Цифровой полосовой фильтр

 

(72) Автор изобретения

Л. А. Змих

Рязанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано на вхо де цифрового анализатора спектра в виде

"гребенки полосовых фильтров для расши. рения частотного циапазона анализатора; при проектировании высокочастотных систем текущей индентификации нестационарных динамических инфранизкочастотных объектов; в системах обработки радиолокационных, акустических и гицроакус16 тических сигналов.

Известны полосовые фильтры P), со держащие сумматоры, счетчики, регистры, элементы и блок памяти, весовая функция

15 та ко го фильтра имеет виц

2О

Реализация цифрового фильтра в этом случае требует память значительного объема и высокого быстродействия, и при реализации перестраиваемого по по2 лосе фильтра необхоцимо дополнительное. увеличение памяти и времени на формирование весовых коэффициентов кратное числу перестроек.

Наиболее близким по текнической сущности к предлагаемому изобретению яв ляется цифровой фильтр, содержащий сум матор, счетчики, регистры, матричный блок умножения-деления, блок памяти весовых коэффициентов, блок памяти вкодных отсчетов, первый и второй блоки элементов И, причем выход первого счетчика соединен со входом первого сумматo ра, прямой выход которого соединен с первым входом первого блока элементов

И, а инверсный — с первым входом второго блока элементов И, выходы блоков элементов И подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умножения-деления, выкоц которого соецинен с входом второго сумматора, выход второго счетчика соецинен с первым вкодам блока памяти весовык коэффициентов, выхоц которого подключен

Ко входу первого регистра, выход первого регистра соецинен со вторым входом первого блока элементов И, первый вхоц. флока памяти входных отсчетов соединен с выходом третьего счетчика, второй вход - с выхоцом второго регистра, а выхоц - со входом третьего регистра, вход первого счетчика и второй вхоц первого cyMMaropa являются управляющими вкодами фильтра, а второй вход третье го регистра — информационным вхоцом фильтра (.2).

Недостатком этого цифрового фильтра в случае перестраиваемой полосовой фильтрации с "прямоугольной" амплитудно-частотной характеристикой, когда чисlIo ециничнык частотных отсчетов в полосе пропускания (или число единичных взвешивающих амплитуд 8„> 1) более шести, является его нецостаточное быстродействие как в режиме "генерирования весовых коэффициентов", так и в режиме фильтрации". 1ель изобретения — повышение быстродействия цифрового полосового фильтра.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтр введены дополнительно блок памяти входных отсчетов, регистры, сумматор, счетчик, причем первый вход дополнительного блока памяти входнык отсчетов соецинен с выхоцом первого дополнительного регистра, второй вход — с выходом дополнительного счетчика, а выхоцс первым вхоцом первого и входом второго цополнительнык регистров, выход третьего регистра соединен cG входом второго регистра, со вторым входом первого цополнительного регистра и с первым вхоцом дополнительного сумматора, второй вхоц которого соединен с выходом второго цополнительного регистра, вЫход дополнительного сумматора подключен к третьему вхоцу матричного блока умножения-деления, выхоц которого соединен со входами третьего, четвертого и пятого дополнительных регистров, выкоц третьего дополнительного регистра соединен со вторым вхоцом второго блока элементов И, а выхоцы четвертого и пятого цополнительнык регистров соецинены с третьим и четвертым вкодами первого блока элементов И соответственно, выход второго сумматора соединен с третьим входом второго блока элементов И, со вторым вкодом блока памяти весовых коэффициентов и с выходом фильтра. ф

Ъ =Е. CosrrlСВОП 1

" m=- гце Р и ( — порядковые номера ециничнык частотных

20 отсчетов, соответствующие нижней и верхней частотам полосы пропускания; — число единичных час25 тотнык отсчетов внутри полосы пропускания; — относительная основuuo=-(а)о т ная частота при периоде квантования.

Однако устройство вычисляет весовые коэффициенты быстрее в виде слецующей симметричной дискретной функции, которая получается в результате преобразований ряда (1)

35 собйсo=6 жБйсп (х)

5„.n(H o n) и <Боп с 1A

40 где йс=Жо — средняя частота поло2. сы пропускания ЦФ.

При этом дискретные значения синусоидальных и косинусоидальных сигналов о -й частоты вычисляются по формулам

2.

50 где q — текущий номер цискреты; — емкость числовой линейки вычислителей;

К вЂ” целая часть отношения ). т Л

- 1,„

- целая час pb отношения

3703 4

Фильтр содержит счетчики 1-3, дополнительный счетчик 4, сумматоры 5 и 6, дополнительный сумматор 7, регистры

8-10, дополнительные регистры 11-15, блоки 16 и 17 элементов И, блок 18 умножения-целения, блок 19 памяти весовых коэффициентов, блок 2О памяти входных отсчетов, дополнительный блок 21 памяти вхоцных отсчетов.

10 Устройство работает в двух режимах:

"генерирование весовых коэффициентов" и "полосовая фильтрация".

Вычисление весовых коэффициентов устройством можно осуществлять в вице

На чертеже представлена блок-схема цифрового полосового фильтра. (Alh+ +/г. ) .

2 л

81 в (ьа), 25

45

, =п)п- ив (З,a) и )т н=mp-KN 2 .

- масштабный коэффициент.

Л

Для формирЬвания 4 „необходимо вычислять дискреты синусоицальных сиг налов частот 0ua/ и hl uuog гце ) (Н fA, также косинусоидального сигнала частоты <,) (%+ Р);,„ (в = х\ю

2. о (при максймальном значении, ф=М и минимальном — P = О) °

Принцип работы устройства в режиме

"генерирование весовых коэффициентов" заключается в слецующем.

Число счетчика 1 — номер цискреты, деленный на два (n/-. . ) добавляют в обнуленный импульсами Т накапливающий сумматор 5 по цепи перезаписи, т. е. в. числовой линейке сумматора образуется величина ", тт) = 1. Пря мой и обратный ее коцы через первые входй блоков 16 и 17 поступают на матрйчный блок 18. Результат перемножения, являющийся дискретным значением сигнала записывается в регистр 15. Далее путем

N -кратного добавления числа счетчика в сумматор 5, где N= g-p+a принимает значение от 1 до Щ, формируется фаза, а затем путем умножения и сам отсчет синусоицального сигнала

L Втв(— с" ), 1y) который записывается в сумматор 6.

После этого в сумматоре 5 формируется число (†- ) и, вычисляется циск +в ретное значейие косинусоицального сиг ов <йоh =(Соэйр, (6) кс)торое записывается в регистр 14. Затем отсчеты (5) и (4) через соответствующие входы блоков 16 и 17 подают ся на блок 18, который выполняет операцию деления. Результат деления

gin(N — и)

00 (7) „-„(акоп) .

2. записывается в регистр 1 3.

Вслед эа этим с помощью блока 18 происходит умножение этого результата на цискретный отсчет (6) и результат умножения - )-) -й весовой коэффициент — записывается в сумматор 6, а затем в блок 19 по адресу, установлен» ному в реверсивном счетчике 2.

3703 6

Одновременно с формированием весов коэффициентов в устройстве происходит послецовательная запись отсчетов входного сигнала (Х„,„ ) = Х„

S Х N в блок 20 памяти (с помощью " .2. адресного счетчика 3 и регистров 9 и

10) в втсчетсв (К„„) Х„м „,,х,„г Т" "

- в блок 21 памяти (с помощью рев)1осивного ацресного счетчика 4 и регист» ров 11 и 12 памяти, текущий вкоцной отсчет запоминается в регистре 10 памяти.

Режим полосовая фильтрация". Вычисление свертки входных отсчетов Х

М- и весовых коэффициентов 1)о (2} выпол няется путем использования симметрии весовой функции, согласно выражениям

И g =ЕЬ„ х х „,„)+% х „, . (а)

Вычисления начйнаются считыванием весового коэффициента Но из блока 19 памяти в регистр 8. Одновременно входной отсчет Х.) считывается иэ бло«

K& 21 памяти в регистр 12. Затем осуществляется суммирование входных отсчетов Х .фК ) комбинационным сумматором 7 и послецующее вычисление произведения Ио (х-)) t Х q ) в блоке

1 8, при этом весовой коэффициент Ю„ поцается в блок 1 6.

Представление памяти отсчетов вхоцного сигнала в виде двух блоков входных отсчетов) общая емкость которых равна блоку памяти входных отсчетов иэвестно-!

ro цифрового нерекурсивного фильтра, введение при этом цополнительно двух регист1 ров 11 и 12, реверсивного адресного счетчика 4 и комбинированного сумматора ра 6, а также использование при вычислении свертки симметрии весовой функции

ЦФ, позволяют повысить быстродействие предлагаемого цифрового полосового фильтра в два раза в режиме полосовая фильтрация и генерирование весовых коэффициентов".

Формула изобретения

Цифровой полосовой фильтр, содержащий сумматор, счетчики, регистры, матричный блок умножения-деления, блок памяти весовых коэффициентов, блок памяти входных отсчетов, первый и второй блоки элементов И, причем выход первого счетчика соединен со входом первого сумматора, прямой выход которого соединен с

813703 первым входом первого блока элементов

И, а Инверсный - с первым входом в1орого блока элементов И, выходы блоков апементов И подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умножения-деления, выход которого соединен со входом второго сумматора, выход второго счетчика соецинен с первым входом блока памяти весовых коэффициентов, выход которого подключеН ко вхоцу первого регистра, выход первого регистра соединен со вторым вхо дом первого блока элементов И, первый вход блока памяти входых отсчетов сое- : динен с выходом третьего счетчика, второй вход - с выходом второго регистра, а выход — со входом третьего регистра, вход первого счетчика и второй вход первого сумматора являются управляю- . щими входами фильтра, а второй вход третьего регистра — информационным входомфильтра, отли чаюши йс я тем, что, с целью повышения быст1 роцействия, в фильтр введены дополнительно блок памяти входных отсчетов, регистры, сумматор, счетчик, причем первый вход дополнительного блока памяти входных отсчетов соединен с выходом первого дополнительного регистра, второй вход — с выходом дополнительного счетчика, а выход — с первым входом первого и входом второго дополнительных регистров, выход третьего регистра соединен со входом второго регистра, со вторым входом первого дополнительного регистра и с первым входом дополнительного сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго цополнительного регистра, выход дополнительного сумматора подключен к третьему

1о входу матричного блока умножения-деления, выхоц которого соединен со входами третьего, четвертого и пятого дополнительных регистров, выход третьего дополнительного регистра соединен со вторым вхоцом второго блока элементов

И, а выходы четвертого и пятого дополнительных регистров соецинены с третьим и четвертым входами первого блока элементов И соответственно, выхоц второго сумматора соединен с третьим входом второго блока элементов И„ со вторым входом блока памяти весовых коэффициентов и с выходом фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 466499, кл. 5 06 F 1/02, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

N 516043, кл. G 06 F 15/36, 1975 (прототип) .

ВНИИПИ Заказ 808/76

Тираж 988 Подписное б

Филиал ППП Патент", г. Уятород, ул. Проектная,4