Адаптивное фильтрующее устройство

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Устройство содержит фильтр Калмана 1, фор ирователь (Ф) 2 коэффициента усиления, блок 3 вычита}{ия, идентификатор 4, блоки 5 Н 6 задержки, Ф 7 и 8 коэффициента нелинейности второго и-третьего порядков, комненсатор 9 помех, решающий блок 10 и имитатор 11 помех. Цель достигается путем оспдествлення компенсации влияния помех нелинейности на передаваемый сигнал в условиях априорной неопределенности параметров канала связи с помощью введенных Ф 7 и 8, компенсатора 9 и 1шитатора 11. Устройство по пп. 2 и 3 формулы отличается вьшолнением компенсатора 9 и имитатора 11. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСХИХ

РЕСПУБЛИХ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕНН11Й ХОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТХРЫТИЙ (21) 4177053/24-09 (22) 07.01.87 (46) 07,11.88. Бюл, Ф 41 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им, IIDDO) Н,А.БончБруевича (72) А.Б.Волчков, В.A,Æàðåíîâ и С.А.Курицын (53) 621.396.96(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

926762, кл, Н 03 Н 21/00, 1981. (54) АДАПТИВНОЕ ФИЛЬТРУ101ЦЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точности фильтрации. Устройство со„„SU» l436273 А1 (5ц 4 Н 03 Н 21/00 дерыгг фильтр Калмана 1, формирователь (Ф) 2 коэффициента усиления, блок 3 вычитания, идентификатор 4, блоки 5» 6 задер>кки., 1 7 и 8 коэффициента нелинейности второго и .третьего порядков, компенсатор 9 помех, решающий блок 10 и имитатор 11 помех.

Цель достигается путем осуществления компенсации влияния помех нелинейности ла передаваемый сигнал в условиях априорной неопределенности параметров канала связи с помощью введенных

Ф 7 и 8, компенсатора 9 и имитатора !

1. Устройство по пп, 2 и 3 формулы отличается выполнением компенсатора

9 и имитатора 11. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1436271

00 ... 00

10 ... 00

0 0

00 ... 10

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации радиосигналов с многопоэиционной модуляцией.

Цель изобретения — повьппение точности фильтрации.

На чертеже представлена электрическая структурная схема адаптивного фильтрующего устройства. 10

Адаптивное фильтрующее устройство содержит фильтр Калмана 1, формирователь 2 коэффициентов усиления, блок

3 вычитания, идентификатор 4, первый и второй блоки 5 и 6 задержки, фор- 15 мирователь 7 коэффициентов нелинейности второго порядка, формирователь

8 коэффициентов нелинейности третьего порядка, компенсатор 9 помех, решающий блок 10, имитатор 11 помех. 20

Компенсатор 9 помех содержит первый, третий, второй и четвертый умножители 12 — 15 и блок 16 вычитания.

Имитатор 11 помех содержит первый, третий, второй и четвертый умножите- 25 ли 17 — 20 и сумматор 21.

Устрдйство работает следующим образом.

Дискретный сигнал у(з.), поступающий на вход фильтра Калмана 1, свя- 30 зан с вектором состояний H(i)

fhp (i ), h (з. ),..., 1з,, (з ) 1 следу,ющим соотношением у(1) = С (з-)Х(з) + п(1} э (1) 35 где С(з.) = Гс з(),...,с„(з)) — вектор параметров канала связи, элементы которого численно равны отсчетам иьпзульсной характеристики канала связи;

n(i) — аддитивная помеха;

X(i)=Гх,(i), ° ° °,хд(з.)) — нелинейная вектор-функция, компоненты которой связаны с ком45 понентами вектора состояния нелинейным преобразованием х () = h (i) + Ah (i) + gh (i) (2) где А и  — коэффициенты нелинейности канала связи второго и третьего порядков соответственно.

В фильтре Калмана 1 формируется оценка вектора X(i) в соответствии с известным алгоритмом фильтрации

2 и и

Х(з.) = FX(i — 1) + K(i) (у(з)

- С (i)FX(i - 1)), (3) где Х(з.) = (х (i),...,х,„(i)) — оценка вектора X(1) для

3.-го момента времени;

С(з ) = C c,(i),...,c (i) ) —. оценка вектора параметров канала связи;

K(i) = Ь „(i)... k (i)) - вектор коэффициентов усиления фильтра Калмана 1;

F — матрица сдвига размером

МхМ; т . л

С (i)FX(i — 1) = ы (i) — предсказываемое наблюдение, Неизвестными в уравнении (3) оценивания являются вектор параметров канала С и вектор коэффициентов усиления. Кроме того, дискретный сигнал в канале связи подвергается нелинейным искажениям и коэффициенты нелинейности второго и третьего порядков неизвестны.

Для уменьшения влияния нелинейности амплитудной характеристики канала связи на вынесение решения о принятом сигнале в адаптивное фильтрующее устройство имеется компенсатор 9 помех, работа которого описывается выражением

h (i} = х,„(i) — A(i}x (i)

- B(i)x (з.), (4) и где h„(i) — оценка последнего компонента вектоз>а состояния:

A(i) — оценка коэффициента нелинейности второго порядка;

В(з.) — оценка коэффициента нелинейности третьего порядка, Согласно приведенному выражению компенсатор помех реализован на первом и третьем умножителях 12 и 13, вычисляющих соответственно квадрат и куб оценки последнего компонента вектора X(i} втором умножителе 14, вычисляющем произведение квадрата оценки последнего компонента вектора

Х(з.) на оценку коэффициента нелинейл ности второго порядка A(i) четвертом умножителе 19, вычисляющем произв е" дение куба оценки последнего компонента вектора X(i) на оценку коэффициента не(7) P f (I-) Z(I-) (8) 14362 линейности третьего порядка 5(i)t и блоке 16 вычитания, вычитающем из оценки последнего компонента вектора X(i) результаты произведений второго и четвертого умножителей 14

5 и 15.

Оценка последнего компонента векл тора состояния h (i) поступает на решающий блок 1 О, где вырабатыв аются ) p регенерированные элементы вектора состояния h (i), Сигнал с выхода компенсатора 9 помех сравнивается в решающем блоке 10 с эталонными значениями и наиболее близкое эталонное значение сигнала подается на выход решающего блока 10.

Учитывая, что в линейной части предлагаемого устройства обрабатываются сигналы с нелинейными искажениями для повышения точности фильтрации при использовании в вычислени,ях регенерированного вектора состояния необходимо и его подвергнуть нелинейным искажениям на основе извест- 25 ных оценок коэффициентов нелинейности, для чего в адаптивном фильтрующем устройстве имеется имитатор 11 помех, работающий согласно

xм(i) hì(i) + A(i)ht»(i) +

+ B(i)h (i) . (5) Для определения вектора параметров канала C(i) служит идентификатор 4, осуществляющий идентификацию 35! параметров канала. На вход первого ! блока 5 задержки поступает входной сигнал, а на вход второго блока 6 задержки поступают регенерированные элементы вектора состояний X(i), про- 401 шедшие через имитатор 11 помех. В каждый i-й момент времени на отводах второго блока 6 задержки находится вектор X(i — M + 1), отличающийся от переданного тем, что в некоторых слу- 45 чаях может иметь место ошибочное решение, т.,е. оценка сигнала может отличаться от его истинного значения.

Если вероятность ошибки Рош 0,01, ложные решения практически не ска- . 50 зываются на процесс идентификации и поэтому на управляющих выходах идентификатора 4 вырабатывается оценка вектора параметров канала связи в соответствии с выражением

С(1+ 1) =, C(i) + М,X(i-м+1) (y(i-И+1) — С () х(1-М+1)), (6) 71 а где », — постоянный коэффициент, определяющий шаг подстройки;, y(i-M+1)-С (1)Х(1-И+1) — сигнал ошибки идентикации.

Вектор коэффициентов усиления

K(i) в устройстве определяется адаптивно с использованием ошибки фильтрации последнего компонента вектора

X(i). Сигнал ошибки E (i) формируется в блоке 3 вычитания и определяется разностью между последней компонентой регенерированного вектора

X(i), поступающей с выхода имитатора 11 помех, и последней компонентой

A вектора X(i), поступающей с выхода фильтра 1<алмана 1 „,(>) = х (1) — „(i) °

Работа формирователя 2 коэффициентов усиления фильтра 1(алмана l описывается векторным разностным уравнением где Е(1) — вектор, элементы которого равны сигналам с отводов линии задержки вычислителя;

1», — постоянный множитель, определяющий шаг подстройки.

Для оценки коэффициентов нелинейности второго и третьего порядков используется стохастический аналог градиентного метода минимизации функции.

Выражение для вычисления коэффициента нелинейности второго порядка имеет вид:

A(i + 1) = A(i) +Р„h„(i) Ем(1), (9) где К вЂ” постоянный множитель, опреА деляющий шаг подстройки.

Выражение для вычисления коэффициента нелинейности третьего порядка в формирователе 8 имеет вид и л =э.

В(1 + 1) = B(i) +PS hN(i) Е„(1), (10) где — постоянный множитель, опре8 деляющий шаг подстройки.

Таким образом, адаптивное фильтрующее устройство позволяет компенсировать влияние помех нелинейности на передаваемый сигнал в условиях апри14362 орной неопределенности параметров канала связи, Заказ 5659/56 Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная„ 4

Формула и з о б р е т е н и я

1. Адаптивное фильтрующее устройство, содержащее формирователь коэфЦ ициентов усиления, фильтр Калмана, I последовательно соединенные первый блок задержки, вход которого соединен с сигнальным входом фильтра.Калмана и является входом адаптивного фильтрующего устройства, и идентификатор, выходы которого соединены с первьпчи управляющими входами фильтра Калмана, вторые управляющие входы которого соединены с выходами формирователя коэффициентов усиления, первый вхрд которого соединен с первым выходом фильтра Калмана, блок вычитания, первый вход которого соединен с вторым выходом фильтра Калмана, а выход соединен с вторым входом формирователя коэффициентов усиления, второй блок задержки, вход которого соединен с вторым входом блока вЪ читания, а выходы - с управляющими входами идентификатора, а также решающий блок, выход которого является выходом адаптивного фильтрующего устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности фильтрации, введены компенсатор помещ, первый вход. которого соединен с вторым выходом фильтра Калмана, а первый выход — с входом решающего блока, имитатор помех, первый вход которого соединен с выходом решающего блока, а выход — с входом второго блока задержки, формирователь коэффициентов нелинейности второго порядка, первый вход которого соеди.нен с вторым выходом имитатора помех, а выход соединен с вторыми входами компенсатора помех и имитатора помех, а также формирователь коэффициентов нелинейности третьего порядка, первый вход которого соединен с третьим выходом имитатора помех, втосл

Составитель Э.

Редактор Н. Рогулич Техред М.Дидь

71 6 рой вход объединен с вторым входом формирователя коэффициентов второго порядка и соединен с выходом блока вычитания, а выход соединен с тре-. тьими входами компенсатора помех и имитатора помех.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что компенсатор помех выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя, второго умножителя, второй вход которого является вторым входом компенсатора помех, последовательно соединенных третьего умножителя и четвертого умножителя, второй вход которого является третьим входом компенсатора помех, а также блока вычитания, вход вычитаемого которого объединен с первым и вторым входами первого умl ножителя, с первым входом третьего умножителя и является первым входом компенсатора помех, первый и второй входы вычитателя соединены с выходами соответственно второго и четвертого умпожителя, а выход является выходом компенсатора помех, при этом второй вход, третьего умножителя соединен с выходом первого умножителя.

3, Устройство по и, 1, о т л и— ч а ю щ е е с я -ем, что имитатор помех выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя, второго умножителя, второй вход которого является вторым входом имитатора помех, и сумматора, выход которого является выходом имитатора помех, последовательно соединенных третьего умножителя, первый вход которого соединен с входом первого умножите Р ля, и четвертого умножителя, второй вход которого является третьим вхо- дом имитатора помех, а выход соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого объединен с первым и вторым входами первого умножителя, с вторым входом третьего умножителя и является первым входом имитатора помех.

Борисов

IK Корректор Л. Патай