Цифровой фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам цифровой фильтрации радиолокационных сигналов, и может быть использовано для выделения сигналов, в том числе широкополосных, из помех. Сущность изобретения: цифровой фильтр содержит К каналов фильтрации 7-1 - 7-К, каждый из которых состоит из трех блоков элементов И 1,2,3, блока элементов ИЛИ 4, сумматора-вычитателя 5 и регистра результата 6, а также триггер режима 8, регистр импульсной характеристики 9, регистр опроса 10 и регистр сброса 11. В цифровом фильтре осуществляется скользящая во времени установка в нулевое состояние сумматора-вычитателя 5 каждого канала фильтрации перед приходом первого весового коэффициента импульсной характеристики. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам цифровой фильтрации радиолокационных сигналов, и может быть использовано для выделения сигналов из помех.

Известны КИХ-фильтры прямой, каскадной и параллельной форм, состоящие из элементов задержки, умножителей и сумматоров.

Недостатками известных фильтров является невысокое быстродействие и невозможность обработки в реальном масштабе времени широкополосных сигналов.

Известен также адаптивный фильтр, содержащий блок выборки, обеляющий фильтр, состоящий из последовательно включенных автокомпенсатора, ведомого фильтра, источник ожидаемого сигнала, блок перемножения, блоки нормирования.

Недостатками этого устройства является функциональная сложность и малое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой фильтр, содержащий канал фильтрации, состоящий из последовательно соединенных первого блока элементов И, первый вход которого является первым входом канала фильтрации, блока элементов ИЛИ, сумматора-вычитателя и регистра, выход которого соединен с вторым входом сумматора-вычитателя и с первым входом второго блока элементов И, выход которого является выходом канала фильтрации, и третьего блока элементов И, первый вход которого является вторым входом канала фильтрации, второй вход объединен с вторым входом первого блока элементов И и с третьим входом сумматора-вычитателя и является третьим входом канала фильтрации, а также блок элементов НЕ, N-1 каналов фильтрации, идентичных первому, в каждый из которых введен элемент задержки, вход которого объединен с вторым входом второго блока элементов И и является четвертым входом канала фильтрации, а выход подключен к установочному входу регистра, а также блок элементов задержки, регистр импульсной характеристики, регистр опроса и триггер режима, при этом входы блока элементов задержки и блока элементов НЕ объединены и являются входом цифрового фильтра, выход блока элементов задержки подключен к первому входу j-го канала фильтрации (где j=1,2,...,N), выход блока элементов НЕ - к второму входу j-го канала фильтрации, первый вход регистра импульсной характеристики объединен с первым входом регистра опроса и подключен к прямому выходу триггера режима, второй вход объединен с вторым входом регистра опроса и подключен к инверсному выходу триггера режима, третий вход объединен с третьим входом регистра опроса и первым входом триггера режима и является входом тактирующего сигнала, четвертый вход является входом сигнала импульсной характеристики, j-й выход соединен с третьим входом j-го канала фильтрации, четвертый вход которого подключен к j-му выходу регистра опроса, четвертый вход которого является входом кода опроса, а второй вход триггера режима является входом сигнала установки режима.

Недостаток фильтра - узкие функциональные возможности, обусловленные невозможностью обработки сигналов различной длительности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей фильтра.

Это достигается тем, что в цифровой фильтр, содержащий блок элементов НЕ и блок элементов задержки, входы которых объединены и являются входом цифрового фильтра, триггер режима, К каналов фильтрации, каждый из которых содержит три блока элементов И, блок элементов ИЛИ, сумматор-вычитатель и регистр результата, регистры импульсной характеристики и опроса, первый, второй и третий входы которых объединены и подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера режима и входу тактирующего сигнала, который соединен также с первым входом триггера режима, четвертый вход регистра импульсной характеристики является входом импульсной характеристики, а его j-й прямой и инверсный выходы соединены соответственно с управляющим входом первого и второго блоков элементов И j-го канала фильтрации (j=1... К), к управляющему входу третьего блока элементов И которого подключен j-й выход регистра опроса, четвертый вход которого является входом кода опроса, второй вход триггера режима является входом сигнала установки режима, выходы блоков элементов задержки и элементов НЕ подключены к информационным входам соответственно второго и первого блоков элементов И всех каналов фильтрации, в пределах j-го канала фильтрации выходы первого и второго блоков элементов И подключены к входам блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами сумматора-вычитателя, к входу младшего разряда которого подключен j-й прямой выход регистра импульсной характеристики, а к вторым входам - выход регистра результата, соединенный также с информационными входами третьего блока элементов И, выход которого является выходом канала фильтрации, выходы каналов фильтрации объединены, образуя блок МОНТАЖНОЕ ИЛИ, выход которого является выходом цифрового фильтра, введен регистр сброса, выходы которого подключены к входу установки в нуль регистра соответствующего канала фильтрации, информационные входы - к соответствующим выходам триггера режима, тактовый вход является входом тактового сигнала, а вход записи - входом кода сброса.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фильтра; на фиг. 2 - структурная схема регистра импульсной характеристики; на фиг. 3 - структурная схема регистра опроса (сброса).

Цифровой фильтр (см. фиг. 1) содержит первый 1, второй 2 и третий 3 блоки элементов И, блок 4 элементов ИЛИ, сумматор - вычитатель 5 и регистр 6 результата, образующие канал фильтрации (КФ) 7_j. Фильтр также содержит триггер 8 режима, регистры импульсной характеристики 9, опроса 10 и сброса 11 соответственно, вход 12, блоки элементов НЕ 13 и задержки 14, входы сигнала установки режима 15, импульсной характеристики 16, кода опроса 17 и кода сброса 18 соответственно, вход 19 тактирующего сигнала.

Регистр импульсной характеристики (см. фиг. 2) содержит два элемента И 20 и 21, элемент ИЛИ 22 и сдвигающий регистр 23, построенный, например, на D-триггерах.

Регистр опроса (сброса) содержит (см. фиг. 3) два элемента И 24, 25, элемент ИЛИ 26 и сдвигающий регистр 27, построенный, например, на D-триггерах.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход 15 сигнала единичного уровня триггер 8 устанавливается в единичное состояние, цифровой фильтр переходит в режим записи. При этом в регистрах 9, 10, 11 разрываются цепи обратной связи (К-й триггер сдвигающего регистра 23, элементы И 21, ИЛИ 22, первый триггер регистра 23; К-й триггер сдвигающего регистра 27, элементы И 25, ИЛИ 26, первый триггер регистра 27) и осуществляется запись в регистры 9, 10, 11 соответственно бинарно квантованной импульсной характеристики (ИХ), дополненной до длины "скользящего окна" нулями, кода опроса (КО) и кода сброса (КС), поступающих на входы 16, 17, 18. Сдвиг информации при записи происходит под воздействием тактирующего сигнала, поступающего на вход 19.

Код опроса содержит единицу на позиции, следующей за последней позицией ИХ, и нули на всех остальных.

Код сброса содержит единицу на позиции, предшествующей первому весовому коэффициенту ИХ, и нули на всех остальных. Это обеспечивает установку в нулевое состояние сумматора-вычитателя КФ перед приходом первого весового коэффициента ИХ.

После окончания записи с входа 15 снимается сигнал единичного уровня. Под воздействием очередного тактирующего сигнала триггер 8 устанавливается в нулевое состояние. При этом замыкаются цепи обратной связи в регистрах 9, 10, 11, обеспечивая в рабочем режиме синхронную циркуляцию информации в этих регистрах. Синхронность обеспечивается поступлением тактирующего сигнала на вход 19.

На информационные входы блоков элементов И 1, 2 всех каналов фильтрации одновременно поступает m-разрядная дискрета сигнала в прямом и обратном кодах с выходов элементов 14 и 13.

КФ 7 представляет собой фильтр, согласованный с сигналом, появление которого возможно в фиксированные моменты времени. Расстройка во времени прихода сигнала между соседними КФ равна периоду Т дискретизации. Минимальное значение Т не должно превышать время обработки одной дискреты сигнала (задержки информации в цепочке узлов 1 (2), 4, 5, 6, 3. Совокупность К каналов фильтрации 7 обеспечивает обнаружение сигнала в "скользящем окне" длиной К, которая может определяться длиной ИХ самого длинного из используемых сигналов (максимальная длина импульсной характеристики не должна превышать К-2).

Работа КФ 7 начинается с установки в нуль регистра результата 6 сигналом кода сброса единичного уровня, поступающего с соответствующего выхода регистра 11. В следующем такте на вход канала 7 поступает первый весовой коэффициент ИХ. Каждый КФ обеспечивает накопление информации в сумматоре-вычитателе 5 и регистре 6 в соответствии со значениями и взаимным положением сигнала и ИХ. В зависимости от значения весового коэффициента (0 или 1) для произвольного КФ 7_j на тактовом интервале дискрета входного сигнала поступает на сумматор-вычитатель 5 либо в прямом (сигнал единичного уровня с j-го инверсного выхода регистра 9 на управляющем входе блока 2), либо в обратном (сигнал единичного уровня с j-го прямого выхода регистра 9 на управляющем входе блока 1) коде через соответствующие блоки элементов И, блок элементов ИЛИ 4. В последнем случае на сумматор-вычитатель 5 поступает также единица в младший разряд с j-го прямого выхода регистра 9, обеспечивая работу с дополнительным кодом.

После поступления последнего весового коэффициента ИХ на j-й КФ по сигналу кода опроса единичного уровня, поступающего с j-го выхода регистра 10 в следующем тактовом интервале, через блок элементов И3 на выход фильтра поступает содержимое регистра результата 6.

В сумматоре-вычитателе 5 и регистре 6 j-го КФ продолжается накопление шумовых составляющих сигнала, поступающих через блоки элементов И 1, ИЛИ 4, но на выход фильтра они не выдаются. Новый цикл j-го канала фильтрации начинается с поступления сигнала кода сброса единичного уровня.

Формула изобретения

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий триггер режима, K каналов фильтрации, каждый из которых содержит три блока элементов И, блок элементов ИЛИ, сумматор-вычитатель и регистр результата, регистры импульсной характеристики и опросы, первый, второй и третий входы которых объединены и подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера режима и входу тактирующего сигнала, который соединен также с первым входом триггера режима, четвертый вход регистра импульсной характеристики является входом сигнала импульсной характеристики, а его j-е прямой и инверсный выходы соединены соответственно с управляющими входами первого и второго блоков элементов И j-го канала фильтрации (j = 1, ..., K), к управляющему входу третьего блока элементов которого подключен j-й выход регистра опроса, четвертый вход которого является входом сигнала кода опроса, второй вход триггера режима является входом сигнала установки режима, прямой и инверсный входы цифрового фильтра подключены к информационным входам соответственно второго и первого блоков элементов И всех каналов фильтрации, в j-м канале фильтрации выходы первого и второго блоков элементов И подключены к входам блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами сумматора-вычитателя, к входу младшего разряда которого подключен j-й прямой выход регистра импульсной характеристики, а к вторым входам - выход регистра результата, соединенный также с информационными входами третьего блока элементов И, выход которого является выходом канала фильтрации, выходы каналов фильтрации объединены и являются выходом цифрового фильтра, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения обработки сигналов различной длительности, введен регистр сброса, выходы которого подключены к входу установки в "0" регистра соответствующего канала фильтрации, информационные входы - к соответствующим выходам триггера режима, тактовый вход является входом тактового сигнала, а вход записи - входом сигнала кода сброса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3