Цифровой фильтр

(51)4 Н 03 Н 17/04 ОСУДАРСТБЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР слр л Е ИЗОБРЕТВИДЕТЕПЬСТВУ ОПИСА И А ВТОРСКОМ(57) Изобретение относи вычис бретениянных с налительнои технике, Цель иэ уменьшение искажений, связ кретиэированны ьт одержит аторы 3 2, сум и 8;р гистры 5 ножители ложением спектров дисигналов, Цифровой фАЗП 1, тактовый г-р и 12, коммутаторы 4 сдвига, блок б задер 7 и 11, блок 9 памяти коэффициентови блок 10 оценки скорости изменениясигнала. Цель достигается путем раздвижения вдоль частотной оси периодических составляющих спектров входного и выходного сигналов, особенно втех случаях, когда скорость изменения входного сигнала велика и его основная энергия сосредоточена в относительно высокочастотной части спектра, что требует расширения полосыпропускания фильтра. В данном фильтреиспользуется адаптивное изменениеширины полосы пропускания в зависимости от измеренного значения скорости изменения сигнала, характеризующего его спектральную структуру, 5 ил.50 1 14782Изобретение 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. 10На фиг. 1 приведена структурная электрическая схИма цифрового Фильтра; на Фиг. 2 - пример выполнения блока оценки скорости сигнала; на Фиг.3 - временная диаграмма, поясняющая рабо ту цифрового фильтра; на фиг. 4 и 5 примеры выполнения тактового генератора и блока задержки соответственно.Цифровой фильтр содержит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 1, тактовый генератор 2, первый сумматор 3, первый коммутатор 4, регистр сдвига и дополнительные регистры 5.1-5.К сдвига, блок 6 задержки, первый умно- житель 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 14.1-14 ш задержки, вычи татели 15.1-15 н, сумматор 16, пороговые блоки 17.1-17 К.Тактовый. генератор 2 содержит ге-. нератор 18, первый коммутатор 19, блок 20 делителей частоты и второй коммутатор 21. Блок 6 содержит инвертор 22 и В-триггеры 23.1-23.2 К.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 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 Г дискретизации сигнала в АЦП 1, равной тактовой частоте работы цифрового Фильтра и определяемой частотой тактового генератора 2. При фиксированных значениях весовых коэффициентов и частоты дискретизации Р и п 1 величине задержки сигнала в цепи98 сдвига, равной периоду дискретизации Тд=Гпередаточная Функция Н,(Х) цифрового Фильтра равна1+аг-Ы,(2) = --- -, (1) ( 1-а г -ф,тгде г=е"Передаточную Функцию цифрового фильтра в частотной области можно получить подставляя г=е"в (1):.)мт1+ снеН,=;т1-а 1 еЕсли задержка, вносимая цепью сдвига, состоящей из первого коммута" тора 4, второго коммутатора 8 и регистров 5.1-5К сдвига равна КТд (К - целое число), то оператор г - в (1) должен быть заменен на г-", в связи с чем новая передаточная функция НравнаытН (ы) = ---- . (3)-1 ю 41-а еЕсли в этом случае уменьшить период дискретизации (соответственно(2) повысив тактовую частоту работы цифрового фильтра и частоту тактовогогенератора 2) также в К раз (Тд=Тд.фК ), 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 междунизкочастотной областью и левой боковой полосой при первой гармонике частоты дискретизации увеличивается вК 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 сигналовскорость изменения мала, с ростом частоты она возрастает, По мере уменьшения измеренной скорости изменения сигнала в предлагаемом устрой 5 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 ш=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 2 я структуру при в 1 выгодно использовать, например, если априорно известно, что полезная составляющая входного сигнала концентрируется в основном в низкочастотной области, а уро- З 0 вень шумов в высокочастотной части спектра может быть достаточно большим.В этом случае при в=1 измеренная разность смежных .отсчетов, как пока 35 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 ройства. Использование в этом случае структуры на фиг. 3 при ш)1 обеспечивает усреднение выходных сигналов вычитателей 15.1-15.ш (сумматор 16 вычисляет сумму выходных сигналов вычитателей 15.1-15.ш, умноженную на ш ), 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 первого 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 Ллины 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 1 О 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 изобретения 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, 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 й - с я тем, что, с целью уменьшения исФкажений, связанных с наложением спектров дискритезированных сигналов, введены первый и второй коммутаторы, Кдополнительных регистров сдвига и блок задержки, выход которого соединен с управляющим входом второ 98 6го коммутатора, а вход блока задержкисоединен с управляющим входом тактового генератора, выходом блока оценки скорости изменения сигнала и управляющим входом первого коммутатора,вход которого подключен к выходу первого сумматора, а -й выход первогокоммутатора, где =1,2К. соединен через соответствующий регистрсдвига с 1-м входом второго коммутатора, выход которого соединен с вторыми входами первого умножителя, причем тактовые входы блока задержки идополнительных регистров сдвига соединены с выходом тактового генератора.ректор А,Обручар каз 2371/5 аж 8 Подпнсно агарина, 1 ент", г, Ужгород мбинатосударственного комитета и 113035, Москва, Жроизводственно-издатеиьс обретениям и открытиям нрн ГКНТ СССРРаушская наб., д. 4/5