Многоканальное цифровое сглаживающее устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯСоюз Советских

Социалистических

Республик

<г633028

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г

;(к,, f (6t) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. Кл. (22) Заявлено 270976 (2() 2408698/.18-24 с присоединением заявки № (т 06 V 15/36

Госудврстггенный коми гег

Совета финист рон C;(;(;I но лелин ин>бретений и открнтнй

$23) Приоритет (43) Опубликовано 15.1178.Ьюллетень ¹42 (45) Дата опубликования описания 20,1178

{53) УДК 681. 325 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. С. Магданов, В.Д.Шершуков, Ю. В. Воронин и А.A.Äoõíåíêî

{73) Заявитель (5 4 ) МНОГОКАНАЛЬНОЕ ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для сглаживания и подавления гармонических составляющих случайных процессов.

Известно цифровое сглаживающее устройство Pl), содержащее сумматор, регистр, триггер, элементы И, ИЛИ.

Выходы старших рязрядов сумматора соединены с соответствующими входами регистра, выходы которого соединены с младшими разрядами сумматора через элементы ИЛИ. Параметры фильтрации в данном устройстве устанавливаются конструктивным способом.

Устройство позволяет решить задачу цифровой фильтрации детерминированного сигнала на фоне аддитивной случайной помехи.

Однако это устройство не позволя- @ ет подавлять гармонические составляющие сигнала в низко- и инфраниэкочастотном диапазонах с амплитудой, соизмеримой с дисперсией случайной части сигнала. 25

Наличие одной или нескольких гармонических составляющих в сигнале характерно, например, для автоматических систем регулированйя, работающих в режиме автоколебаний, для автоматизированных систем контроля технологических процессов, в которых пс тезный сигнал модулируется периодической помехой из-за флуктуационных явлений в газовой и жидкой среде, пульсаций в гидравлических и механических системах замера параметрон, вибрации и других факторов.

Йз иэнестных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство (21, которое содержит формирователь тактов, вход которого соединен с первым входом устройства, и н каждом канале элемент задержки и накапливающий сумматор, информационный вход накаплинающего сумматора первого канала соединен с информационным входом у=тройства, выход накапливающего сумматора каждого предыдущего канала соединен с информациионным входом накапливающего сумматора последующего канала, выход накапливающего сумматора последнего канала соединен с выходом устройства.

Данному устройству присущи те же недостатки, что и устройству рассмотренному выше, которые не позволяют достигнуть высокого качества сглаживания. б 33028

Каждый канал рассматриваемого устройства реализует частный случай цифрового алгоритма оператора экс:поненциального сглажинания, описынае;мого следующим рекуррентным соотно- 45 шением:

У =Х Х < б(1- d }У + „(1) где (. текущая дискрета входного процесса, Yj — выходная текущая дискрета сглаженного процесса, А — постоянная сглаживания.

При р = 2 имеем

« - 1/2. (Х;+ Y„„)

Для рассматриваемого щ -к ан ального устройства алгоритм цифроного сглаживания записывается в следующем виде:

РассмОтрим цикл работы определенI ного звена устройства н режиме сглаживания. Цикл состоит из двух тактов. «д

Целью изобретения является поньпцение эффективности сглаживани.". путем обеспечения воэможности подавления ,гармонических составляющих сигнала в низкочастотном и инфранизкочастотном диапазонах с амплитудой,соизмеримой с дисперсией случайной части 8 сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый канал устройства введен делитель частоты и регистр, первый вход которого подключен ко второму входу устройства, инверсные выходы поразрядно соединены со входами делителя частоты, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу формирователя тактов, а выход соединен со вторым нхо15 дом регистра, первым управляющим входом накапливающего сумматора и через элемент задержки со вторым управляющим входом накапливающего сумматора.

Блок-схема устройства приведена на чертеже, где приняты следующие обозначения: канал 1; накапливающие сумматоры 2; элементы 3 задержкиу блоки 4 деления тактовой частоты, 25 включающие регистры 5 для ввода коэффициентов деления и делители частоты б, формирователь тактов 7, включающий элементы задержки 8, входы 9-11 и выход 12 устройства. 30

Текущие значения исходного процесса поступают через вход 9 на вход сумматора 2 первого канала. Со входа

10 н регистр 5 заносится прямой код коэффициента деления тактовой частоты. Последняя с периодом, равным периоду дискретизации исходного случайного процесса, поступает на вход

11 устройства.

В пеРвом такте тактирующий сигнал производит сложение текущей дискрепредыдущего канала с содержимым данного канала.

Во втором такте этот же сигнал, задержанный посредством элемента задержки Л на время, равное или бЬЛьшее продолжительности операции сложения в первом такте, сдвигает содержимое сумматора 2 рассматриваемого канала вправо на один разряд в соответствии с выражением. В этом же такте тактирующий сигнал, задержанный элементом задержки 8 на время, равное или больше времени сложения и сдвига в рассматриваемом канале, поступает для управления сумматором

2 последующего канала и производит описанные выше операции в этом канале, но уже в следующем цикле.

Принцип подавления содержащихся в исходном случайном процессе низкочастотных гармонических составляющих с амплитудой, соизмеримой с дисперсией случайной части процесса, заключается и следующем.

Передаточная функция одного канала устройства имеет следующий вид:

- Е-рт, > (4) а амплитудно-частотная характвристика (5) где р=1/Тр — начальная частота дисс кретиэации процесса.

Минимальный коэффициент передачи из выражения (5) получается при / р

1/2, т. е. для гармоники частота

9 г которой вдное меньше частоты дискретизации.

Таким образом, для подавления периодических составляющих случайного процесса необходимо задавать тактовые частоты их выборки вдвое больше, чем частоты этих составляющих, при условии, что высокочастотные гармоники исходного случайного процесса предварительно сглажены или они имеют пренебрежимо малую амплитуду.

Из (5) при г- „ /2 имеем

)((f 2 = 1!3 & И 4 (б) где q — фазовый сдниг между подавляемой гармонической компонентной процесса и начальным тактом ее выборки, причем при «р = o - К (< г) " 0 (полное подавление составляющей), при « = 1«) К(Я) - 1(Ввиду полной неопределенности момента включения устройства по отношению к исходному случайному процессу и его гармонических составляющих, которые к тому же, как правило, не стабильны по частоте, а колеблются относительно своих средних значений, фазовый сдвиг является неличиной слу633028 чайной. Поэтому и передаточный коэффициент для данной гармонической составляющей можно рассматривать как независимую случайную переменную, равномерно распределенную в диапазоне (0,1/3) с математическим ожиданием, равным 0,1 (б) и среднеквадратичным отклонением, равным 0,096.

Так как каналы в устройстве соединены последовательно, то результирующий коэффициент передачи для данной подавляемой гармоники может быть получен из формулы: п г)=(a(iгЧ (7) 10 (8) В целях упрощения устройства тактовая частота выборки каждой подав-. ляемой гармонической компоненты процесса выбирается кратной начальной частоте дискретизации исходного случайного процесса путем деления последней.

Коэффициент деления вычисляется по формуле (д î 2 г

Работа устройства в режиме подавления отличается от описанного выше режима сглаживания (К = 1 — для всех

А каналов) только тем, что в каждый канал 1 на регистр 5 со входа 10 из

ЭВМ или другого устройства перед началом работы заносится код коэффициента деления тактовой частоты дискретизации процесса, соответствующий из выражения (8) подавляемой гармонической компоненте.

Тактирующий сигнал с выхода делителя частоты б каждого канала 1 одновременно поступает для управления

"умматором 2, производя описанные зыше операции и для опроса инверсного кода регистра 5, занося в делитель 40

6 код коэффициента деления тактовой частоты для следующего цикла работы устройства.

Сначала в каналах с младшими номерами подавляются гармоники с относительно более высокими частотами, причем для подавления одной состав- 45 ляющей можно выделить один, два или более каналов; так, при использовании двух каналов можно ожидать из выражения (7) уменьшения амплитулы этой составляющей более чем в 30 раз.

Выходной результат, считываемый с выхода 12 устройства, можно считать скользящей оценкой математического ожидания исходного случайного процесса, содержащего гармонические компоненты значительной амплитуды.

Формула изобретения

Многоканальное цифровое сглаживающее устройство, содержащее формиро1ватель тактов, вход которого соединен с первым входом устройства, и в каждом канале элемент задержки и накапливающий сумматор, информационный вход накапливающего сумматора первого канала соединен с информационным входом устройства, выход накапливающего сумматора каждого предыдущего канала соединен с информационным входом накапливающего, сумматора последующего канала, выход накапливающего сумматора последнего канала соединен с выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности сглаживания путем обеспечения воэможности подавления гармонических составляющих сигнала в низкочастотном и инфраниэкочастотном диапазонах с амплитудой, соизмеримой с дисперсией случайной части сигнала, в каждый канал его введены делитель частоты и регистр, первый вход которого подключен ко второму входу устройства, инверсные выходы поразрядно соединены со входами делителя частоты, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу формирователя тактов, а выход соединен со вторым входом регистра, первым управляющим входом накапливающего сумматора и через элемент задержки со вторым управляющим входом накапливающего сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

9 356644, кл. & 06 Г 7/38, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 377785, кл. & 06 F 15/32, 1971.

33ог8

Составитель A.Æåðåíoâ

Техред Н,Андрейчук КорректорН.Ковалева

Редактор Д.Зубов

Заказ 6556/40 ТиРаж 784 Подписное

СССР

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров ССС по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Y®город, ул. Проектная,