Цифровой фильтр
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для согласованной фильтрации импульсных сигналов на фоне помех в системах передачи информации. Цель изобретения - повышение точности фильтрации при воздействии низкочастотных помех. Цифровой фильтр (ЦФ) содержит аналоговый вычитатель 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, вычислительный блок (ВБ) 3, регистры 4 и 6, накапливающий сумматор 5, цифроаналоговый сумматор (ЦАП) 7, регистры 8.1 - 8.M линии задержки сумматоры 9.1 - 9(M- 1) АЦП 2, блоки 3, 4, 6, 8.1 - 8M имеют одинаковую разрядность K (разрядность блоков 5 и 7 равна L*98К, т.к. диапазон медленно меняющийся помехи больше диапазона полезного сигнала). Поставленная цель достигается введением регистра 4, накапливающего сумматора 5, регистра 6, (M - 1) сумматоров и их соединением с узлами ЦФ. В основу ЦФ положен двухканальный нерекурсивный фильтр, реализующий соответствующую операцию линейной свертки. Первый канал такого фильтра вычисляет оценку U<SB POS="POST">п</SB> импульсного сигнала второй канал - оценку ΔС<SB POS="POST">п</SB> приращения помехи, которая используется для формирования оценки помехи на N тактов, и компонент вектора наблюдений ΔZ. 5 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕС! 1УБЛИК
091 О!) А1 (51)5 Н G3 Н 17/06, 21/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ fHHT СССР
1 (21) 4404367/24-09 (22) 04-, 04.88 (46) 07.06.90, Бюл, N - 21 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Ю,И,Коршунов, Ю,А,Филатов и А, Н,Фокин (53) 681.321(088 ° 8) (56) Патент ФРГ !1- 2703879, кл. Н 03 Н 11/00, 1977, (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть ис— пользовано для согласованной фильтрации импульсных сигналов на фоне помех в системах передачи информации °
Цель изобретения — повышение точности фильтрации при воздействии низкочастотных помех, Цифровой фильтр (ЦФ) содержит аналоговый вы— читатель 1, аналсro-цифровой преобразователь (АЦП) 2, вычислительный
2 блок (ВБ) 3, регистры 4 и 6, накапливающий сумматор 5, цифроаналоговый сумматор (ЦАП) 7, регистры 8, 1-8.М линии задержки, сумматоры 9,1-9 (И-!)
АЦП 2, блоки 3, 4, 6, 8.1-8.M имеют одинаковую разрядность К (разрядность блоков 5 и 7 равна 1)К, т.к, диапазон медленно меняющейся помехи больше диапазона полезного сигнала), Поставленная цель достигается введением регистра 4, накапливающего сумматора 5, регистра 6, (M-1) сумматоров и их соединением с узлами
ЦФ, В основу ЦФ положен двухканальный нерекурсивный фильтр, реализующий соответствующую операцию линейной свертки. Первый канал„такого фильтра вычисляет оценку U „ импульсного сигнала, второй канал — оценку С приращения помехи, которая иск пользуется для формирования оценки помехи на и тактов, и компонент вектора наблюдений hZ, 5 ил.
1569958
Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может. быть использовано " для согласованной фильтрации импульс5 ных сигналов на фоне помех в системах передачи информации и многоканальных системах телемеханики и связи«
Целью изобретенця является новышение точности фильтрации при воздействии низкочастотиых помех, На фиг,) приведена структурная схема цифрового фильтра; на фиг .2-4— временные .диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.5 — структурная схема вычислительíîro блока.
Цифровой фильтр содержит аналоговый вычитатель 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, вычисли- 20 тельный блок (ВБ) 3, регистр 4, накапливающий сумматор 5, выходной регистр 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, регистры 8,1-8.М линии задержки, сумматоры 9.1-9(М-1), 25
ВБ 3 содержит умножители 10 1-10.М и сумматоры 11.1-11,(М-1)..АЦП 2 имеет K-разрядный выход, блоки 3, 4, 6, 8.1-8.М имеют также разряд ность К. Так как медленно меняющая- 30 ся помеха имеет диапазон изменений значительно больший, чем диапазон изменения полезного сигнала, то разрядность, блоков 5 и 7 равна 1 ) К.
В основу предлагаемого технического решения положен двухканальный нерекурсивный цифровой фильтр, реали зующий операции линейной. свертки (. :)-l : : - -)(::.„) вые .коэффициенты. Первый канал такого фильтра вычисляет оценку U< импульсного сигнала, второй — оценку 45
1!С приращения помехи, которая .используется для формирования оценки помехи на п-такте.
С„= С„,+ dCÄ. (2) и компонент вектора наблюдений ДЕ
ЬЕ» Z n С»-i 1 д
ы„,- z.- - («- ьс„.,;, <з>
ЬЕ»-> Z»-г - Cn-s ЬС ti-a dC и т д
Цифровой фильтр работает следующим образом, 55
Исходное состояние цифрового фильтра после завершения всех вычислений на (п-1)-такте. E выходном регистре 6 находится код оценки им4 л пульсного сигнала U(n- 1 ° В регистре
4 и накапливающем. сумматоре 5 хранятся коды приращения помехи 1„, и оценки помехи С », соответственно.
На выходе ЦАП 7 действует аналоговый сигнал С !g>,}, соответствующий коду помехи С „, . В регистрах 8-8М хранятся,коды компонент вектора наблюдений (3) на (n"1)-такте, а именно: в регистре 8;1 находится код величины
6Е» i Z„., - С„г, в регистре 8.2
ЬЕ»г Елг С» г Zn г С»-ъ бС»г
H T. д,, s peracTpe SN ЬЕ»-м=.Еп-м „б-г Е»-м С»-м-1 С»-м ° °- йС» . В сумматорах 9.М-9(М-1) хранятся копы следующих разностей со тветс твенно h Z „, - d C n, „Е „,—
C ni ° 1 . Е» г,АС»- Z n- E -„C»-1 ° ° °
° ° !!Ел- м+ О С»- Zil-pic С»- °
Справедливость этих тождеств следует из соотношений (2)
Л л
С n-z +! С„»С„., = С., + yC»,+dÑ„, ° ° ° ° ° ° ° ° ° °
Совокупность кодовых комбинаций на выходах сумматоров 9. 1-9 (M-1) образует вектор наблюдений (3) на и-такте без первой компоненты 6 Е, В сумматоре 11(М-!) ВБ 3 ранится код величины !!!; „,, В момент времени tn = пТ (Т— период дискретизации), когда выходной сигнал аналогового вычитателя 1 л равен разности Z(t ) — C(t „, ), поступает тактовый импульс У, (фиг.2a), АЦП 2 преобразует действующий на его входе сигнал .Е(1„) — 1(„.,) в код !!Е»= Е - 5 ».(« Синхроимпульсом Осуществляется запись этого кода в регистр 8,1. Одновременно эти же им-. пульсом в регистры 8,2-8,М записываются кодовые комбинации, хранящиеся в соответствующих сумматорах 9.!в
-9.(М-1), образуют вектор наблюдений (3), используемый для вычисления оценок (1).
Вычисление оценки импульсного (n> сигнала U = К, d Z z; проиэво =о дится ВБ 3 после поступления на его управляющий вход синхроимпульса Уэ (фиг.За,б,в). Описание работы ВБ 3 приводится, ниже. Синхроимпульсом
У (фиг.Зг) код вычисленной оценки л
U» записывается в выходной регистр 6.
Вычисление. оценки приращения помехи
Л - (с1
dC» = „7 К; 6.Z», осуществляется
«о
69958 6 преобразуется в код dZ< Е - б1, который записывается в регистр 8. l, Одновременно кодовые комбинации сумматоров 9, L-9.4 переписываются в регистры 8 ° 2-8.5. Выходы регистров 8.18.5 образуют вектор наблюдений Я,Ее
- Е; С,Z1- С,— ЬЕ< — ЬС,— С, (фиг.4б) . Этот процесс продолжается до 11-ro такта, в котором схема возвращается в исходное состояние (фиг,2а-r 4 а-н), Из фиг.2 и 4 видно, что фильтр, вычисляющий оценку бп импульсного
1 5 сигнала является оптимальным по скольку его реакция на информационный импульс имеет характерный максимум, приходящийся на момент окончания импульса, Кроме этого, диапазон
20 изменения сигнала на входе АЦП 2 не зависит от помехи C(t) и определяется только диапазоном изменения импульсного сигнала. Коэффициенты (K" 3, (К,. 11) такого фильтра иокио
25 рассчитать, используя метод наименьших квадратов.
Функциональная схема вычислительного блока 3 (фиг.1) приведена на фиг.5. ВБ 3 состоит из М К-разрядных
30 умножителей 10.1-10.М на постоянный коэффициент и (И-1) сумматоров 11, l11, (M- l ), Каждый. умножитель выполнен в виде постоянного программируемого запоминающего устройства (ППЗУ) с
35 (K+1)-разрядным адресным входом и К-разрядным выходом. На первые К разрядов входа i-го ППЗУ (i 1 M) поступает число Q Z „.,, на (К+1)-й разряд — управляющий сигнал У в sa4О висимости от которого считывается код произведения К, ЬЕ, (Уъ=l) или (М код К . 1 Е n- (У з О)
5 15
ВБ 3 после снятия с управляющего входа синхроимпульса Y (на управляющем. входе действует сигнал. "Лог. О"), В этом режиме ВБ 2 находится до прихода следующего синхроимпульса У .
Синхроимпульсом Yq (фиг.3д) код Bbl» численной оценки 6С1 записывается в регистр 4, что приводит к изменению кодовых комбинаций в сумматорах
9,1-9 (M-l), В сумматоре 9,1 образуется разность ЬЕр, — 6С„= Z С„
Л 1 П Л в сумматоре 9. 2 Й Z, — g С,„= Z „, — С„ и т,д, Таким образом, совокупность этих комбинаций образует неполный вектор наблюдений (3) íà (n+1)-такте, Синхроимпульсом Y (фиг.3е) производится вычисление и запись оценки С„ (2) в накапливающем сумматоре 5, Код оценки помехи P,(n) преобразуется
ЦАП 7 в соответствующий аналоговый л сигнал С (tÄ ), поступающий на первый вход аналогового вычитателя 1. Схема возвращается в исходное состояние.
Рассмотрим процесс формирования вектора наблюдений 11Z (3) на каждом такте, привлекая для этого диаграммы, показанные на фиг,2а-г, 4 а-м, Память фильтра равна M=5. За исходное состояние примем ситуацию, когда в наблюдаемом сигнале отсутствует информационный импульс, т.е, Z(t)
= C(t) (шум ((t) на диаграммах не показан). Предположим, что к этому моменту вычислена оценка помехи, равная помехе C(t„) = C(t). Тогда. накапливающий сумматор 5 хранит код л оценки помехи С, которому соответстл вует аналоговая величина C(tо) на выходе ЦАП 7, В регистре 4 хранится л код приращения помехи С = О, в регистрах 8,1-8,5 и сумматорах 9.1-9. 4 хранятся нулевые кодовые комбинации, в выходном регистре 6 находится также нулевая кодовая комбинация b
О, (фиг.2г) °
При поступлении на вход фильтра информационного импульса Z(t)
= C(t) + (t) AIijl 2 в такте 1 преобразует разность Е() = Е (;) — С (t ) в код ЬЕ, который записывается в регистр 8,1 (фиг.2, 4а). В этом такте на основании вектора наблюдения dZ =(АЕ,О„..О .(фиг.4а) вы1. числяются оценки Ь t 6С, С<, (фиг,2). В сумматоре 9,1 появляется код величины ЬЕ1 -66 = Z<-„С, в сумматорах 9, 2-9. 4 — коды 6 С <. В следующем такте n=2. разность 6Z(tg) Формула изобретения
I„ èôðîâîé фильтр, содержащий вычислительный блок, М регистров линии задержки, выход i-го иэ которых . (i=1,M) соединен с i-м входом вычислительного блока, н последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вычитятель1, вто-. рой вход которого является входом циф-. рового фильтра, и аналого-цифровой пре55 образователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации при воздействии низкочастотных помех, введены последовательно соединенные регистр и накапливающий сумматор, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, а также выходной регистр, вход которого соединен с входом регистра и. выходом, вычислительного блока, и (М-)) сумматоров, iA из которых включен между выходом i-го и входом (i+it)-го регистров
1569958 линии задержки, вторые входы сумматоров соединены с выходом регистра, причем выход выходного регистра asляется выходом.цифрового Фильтра а выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу первого из И регистров линий задержки.
1569958
82
О гг б О
dZ б
az
О
О нг
О
„дг
0 дг нdZ
О сьа4
1569958
Тираж 656
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
Редактор В, Бугренкова
Заказ 1456
Составитель С.Музычук
Техред М.Дидык, Корректор M,Màêñèìèøèíeö
