Цифровой фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - уменьшение искажений, связанных с наложением спектров дискретизированных сигналов. Цифровой фильтр содержит АЦП 1, тактовый г-р 2, сумматоры 3 и 12, коммутаторы 4 и 8, регистры 5 сдвига, блок 6 задержки, умножители 7 и 11, блок 9 памяти коэффициентов и блок 10 оценки скорости изменения сигнала. Цель достигается путем раздвижения вдоль частотной оси периодических составляющих спектров входного и выходного сигналов, особенно в тех случаях, когда скорость изменения входного сигнала велика и его основная энергия сосредоточена в относительно высокочастотной части спектра, что требует расширения полосы пропускания фильтра. В данном фильтре используется адаптивное изменение ширины полосы пропускания в зависимости от измеренного значения скорости изменения сигнала, характеризующего его спектральную структуру. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1478298 д1 (51)4 Н 03 Н 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4265713/24-09 (22) 22.06.87 (46) 07.05.89. Бюл. N - !7 (72) Ю.О.Охлобыстин (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1053274, кл. Н 03 Н 17/04, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения уменьшение искажений, связанных с наложением спектров дискретиэированных сигналов. Цифровой фильтр содержит

АЦП 1, тактовый г-р 2, сумматоры 3 и 12, коммутаторы 4 и 8; регистры 5 сдвига, блок 6 задержки, умножители

7 и 11, блок 9 памяти коэффициентов и блок 10 оценки скорости изменения сигнала. Цель достигается путем раздвижения вдоль частотной оси периодических составляющих спектров входного и выходного сигналов, особенно в тех случаях, когда скорость изменения входного сигнала велика и его основная энергия сосредоточена в относительно высокочастотной части спектра, что требует расширения полосы пропускания фильтра. В данном фильтре используется адаптивное изменение ширины полосы пропускания в зависимости от измеренного значения скорости изменения сигнала, характеризующе- с го его спектральную структуру. 5 ил.

1 14782

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в составе систем передачи и обработки дискретной информации, в . электросвязи, гидро- и радиолокации и т.п. для цифровой фильтрации электрических сигналов °

Целью изобретения является уменьыение искажений, связанных с наложением спектров дискретизированных сигналов. 10

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схИма цифрового фильтра; на фиг. 2 — пример выполнения блока оценки скорости сигнала; на фиг. 3— временная диаграмма, поясняющая рабо- 15 ту цифрового фильтра; на фиг. 4 и 5 примеры выполнения тактового генератора и блока задержки соответственно.

Цифровой фильтр содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 1, так-20 товый генератор 2, первый сумматор 3, первый коммутатор 4, регистр сдвига и дополнительные регистры 5.1-5.К сдвига, блок 6 задержки, первый умножитель 7, второй коммутатор 8, блок 9 памяти коэффициентов, блок 10 оценки скорости изменения сигнала, второй умножитель 11 и второй сумматор 12.

Блок 10 содержит регистр 13 сдвига, элементы 14.1-14m задержки, вычи- 30 татели 15.1-15m, сумматор 16, пороговые блоки 17 ° 1-17К.

Тактовый. генератор 2 содержит ге-. нератор 18, первый коммутатор 19, блок 20 делителей частоты и второй коммутатор 21. Блок 6 содержит инвертор 22 и D-триггеры 23.1-23.2К.

Цифровой фильтр работает .следующим образом.

Предварительно ограниченный по 40 спектру входной сигнал преобразуется в АЦП 1 в цифровую форму, причем частота дискретизации сигнала в АЦП 1 определяется частотой тактового генератора 2, после чего подается на пер- 45 вый сумматор 3 и блок 10 оценки скорости изменения сигнала. Вид АЧХ цифрового фильтра определяется весовыми коэффициентами а,, а, подаваемыми с блока 9 памяти коэффициентов на первые входы первого 7 и второго 11 умножителей, и зависит также от частоты F дискретизации сигнала в АЦП 1, равной тактовой частоте работы цифрового фильтРа и определяемой час отой 55 тактового генератора 2. При фиксированных значениях весовых коэффициентов и частоты дискретизации Fq и п1 величине задержки сигнала в цепи

98 сдвигз, равной периоду дискретизации

Тд=Е -„ передаточная функция Н,(Z) цифрового фильтра равна

1+аег-

Ы,(2) = — — — -, (1) (1-а г - ,7„ где г=е"

Передаточную функцию цифрового фильтра в частотной области можно получить подставляя z=e "в (1):

- j> s

1+с е

Н, 44 -;<,>т„°

1-а1е *

Если задержка, вносимая цепью сдвига, состоящей из первого коммута" тора 4, второго коммутатора 8 и регистров 5.1-5 ° К сдвига равна КТд (К вЂ” целое число), то оператор z -" в (1) должен быть заменен на z-", в связи с чем новая передаточная функция Н «() равна

> «АК

Н „(ы) = — — — —.---- (3)

-j u) T45

1-а „e

Если в этом случае уменьшить период дискретизации (соответственно (2) повысив тактовую частоту работы цифрового фильтра и частоту тактового генератора 2) также в К раз (Тд=Т А ."

«К ), то очевидно, что равенства (2) и (3) определяют передаточную функцию одного и того же вида с той разницей, что в последнем случае расстояние вдоль оси их частот между низкочастотной областью и левой боковой полосой при первой гармонике частоты дискретизации увеличивается в

К раз для спектров входного и выходного сигналов за счет увеличения частоты дискретизации и тактовой частоты работы фильтра.

Описанное раздвижение вдоль частотной оси периодических составляющих спектров входного и выходного сигналов используется в предлагаемом цифровом фильтре для уменьшения искажений, связанных с эффектом наложения спектров, особенно в тех случаях, когда скорость изменения входного сигнала велика и его основная энергия сосредоточена в относительно высокочастотной части спектра, что требует расширения полосы пропускания фильтра.

В предлагаемом цифровом фильтре используется адаптивное изменение ши" рины полосы пропускания в зависимости от измеренного значения скорости изменения сигнала, характеризующего

его спектральную структуру. Для относительно низкочастотных сигналов

1478298 скорость изменения мала, с ростом частоты она возрастает. IIo мере уменьшения измеренной скорости изменения сигнала в предлагаемом устрой5 стве соответственно уменьшается полоса пропускания, что обеспечивает дополнительное подавление шумовых составляющих,расположенных в высокочастотной части спектра, и увеличение отношения сигнал/шум.

Блок 10 оценки скорости изменения сигнала может быть построен, например, как показано на фиг. 2.

При m=1 разность двух смежных отсчетов преобразуется в цифровую форму (позиционный код) с помощью К пороговых блоков 17.1-17.К, выходной сигнал которых, поступая на управляющий вход блока 9 памяти коэффициентов, вызывает считывание из этого блока весовых коэффициентов а,а, определяющих АЧХ цифрового фильтра, соответствующую измеренному значению разности отсчетов. Приведенную на фиг.2 2я структуру при m>1 выгодно использовать, например, если априорно известно, что полезная составляющая входного сигнала концентрируется в основном в низкочастотной области, а уро- чп вень шумов в высокочастотной части спектра может быть достаточно большим.

В этом случае при m=1 измеренная разность смежных .отсчетов, как пока35 зано на фиг. 4, может быть большой даже при очень низкочастотных полезных сигналах и из-за расширения полосы пропускания все высокочастотные компоненты шума попадут на выход уст- 40 ройства. Использование в этом случае структуры на фиг. 3 при m)1 обеспечивает усреднение выходных сигналов вычитателей 15.1-15.m (сумматор 16 вычисляет сумму выходных сигналов вычитателей 15.1-15.m, умноженную на

m ), и влияние высокочастотных компонентов шума сказывается в меньшей степени.

Выходной сигнал блока 10 оценки скорости изменения сигнала, поступая на управляющий вход тактового генератора 2, обеспечивает повышение его частоты, если скорость сигнала велика, и понижение — в противном случае.

Одновременно выходной сигнал блока 10 оценки скорости изменения входного сигнала подается на управляющий вход первого коммутатора 4, вызывая подключение выходного сигналя лорвого сумматора 3, и на информационный вход одного из регистров 5,1-5.К сдвига. Количество (К) регистров 5.1-5.К сдвига, включенных между коммутаторами 4 и 8, определяет число ре" жим ов работы цифрового фильтра, соответствующее количеству используемых частот дискретизации. Длины всех регистров 5.1-5.К сдвига (число последовательно включенных элементов задержки в каждом регистре) различны и пропорциональил значениям используемых частот дискретизации.

Для того, чтобы при переключении регистров 5,1-5.К сдвига не бып утерян последний из отсчетов, хранящийся в том из регистров сдвига, через который проходила информация до переключения, процесс переключения входов второго коммутатора 8 необходимо задежать на величину периода дискретизации относительно момента переключения выходов первого коммутатора 4.

С этой целью выходной код блока 10 оценки скорости изменения сигнала задерживается перед подачей на управляющий вход второго коммутатора 8 с помощью блока 6 задержки на величину периода дискретизации.

Таким образом, предлагаемый цифровой фильтр обеспечивает цифровую фильтрацию сигналов, причем с целью повышения помехозащищенности в соответствии со спектральной структурой входного сигнала могут изменяться не только весовые коэффициенты цифрового фильтра, но и частота дискретизации входного и выходного сигналов.

Ф с р м у л а и з обретения

Цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные анаяого-цифровой преобразователь, вход которого является входом цифрового фильтра, первый сумматор и второй сумматор, выход которого является выходом цифрового фильтра, а также тактовый генератор, регистр сдвига, первый и второй умножители, блок памяти коэффициентов и блок оценки скорости изменения сигнала, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход подключен к входу блока памяти коэффициентов, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго умножителей соответственно, 0m

ФФВЩф венера

Ра 2 локо ис.

5 14782 вторые входы которых объединены, а выходы первого и второго умножителей соединены с вторыми входами первого и второго сумматоров соответственно, 5 причем тактовые входы аналого-цифрового преобразователя, регистра сдвига и блока оценки скорости изменения сигнала соединены с выходом тактово-. го генератора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения искажений, связанных с наложением спектров дискритезированных сигналов, введены первый и второй коммутаторы, К-1 дополнительных регистров сдвига и блок задержки, выход которого соединен с управляющим входом второ98 6

ro коммутатора, а вход блока задержки соединен с управляющим входом тактового генератора, выходом блока оценки скорости изменения сигнала и управляющим входом первого коммутатора, вход которого подключен к выходу первого сумматора, à i-й выход первого коммутатора, где i=1,2,...,К. соединен через соответствующий регистр сдвига с i-м входом второго коммутатора, выход которого соединен с вторыми входами первого умножителя, причем тактовые входы блока задержки и дополнительных регистров сдвига соединены с выходом тактового генератора.

1 i 78298

Редактор А.Мотыль

Заказ 2371/53 Тираж 885 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

0Юо 7Р

ZeHe

Рл dno

0g8HA

mu юе сигам

Составитель С,Музычук

Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

1 (