Устройство для цифровой фильтрации с регулируемым коэффициентом передачи

(51) РЕТЕ ве ии и ЦИФ УЕМЫМД ВО ОЭ АЧИосится к устройствам быть использовано в цифровой обработки широком динамичею изобретения явля- ности и расширение ожностей за счет изкой характеристики ал поступает на вход ой вход которого поий множитель с выхоачение множителя вливается таким, чтоации и нелинейного используют регулиередачи в цифровых сширение динамичегается без увеличерового фильтра и, ественного увеличева обработки,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 783800, кл. 0 06 Р 15/36, 1979,Авторское свидетельство СССРМ 734711, кл. 6 06 Е 15/353, 1978;(54) УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРАЦИИ С РЕГ ФИЦИЕНТОМ ПЕРЕД (57) Изобретение отн фильтрации и может приборах и системах случайных сигналов в ском диапазоне, Цель ется повышение точ функциональных возм мерения энергетичес сигнала, Входной сигн умножителя 1, на втор дается корректирующ да регистра 12, Зн автоматически устана бы операции фильтр Изобретение относится к цифровой обработке сигналов и может быть использовано в цифровых системах обработки случайных процессов в широком динамическом диапазоне,В устройствах цифровой обработки для расширения динамического диапазона 734106 А 1 преобразования выполнялись в рабочем диапазоне блоков. Выходной сигнал умножителя поступает на вход блока 2 цифровой фильтрации. Отфильтрованный сигнал поступает в качестве составной части - знака и мантиссы - на информационный выход У устройства и через блок 3 постоянной памяти коэффициентов на вход делимого блока 4 деления, Деление сигнала на входе блока 5 усреднения на корректирующий множитель исключают переходные процессы на выходе этого блока при дискретном изменении множителя и делают неизменным масштаб измерения, поступающего на выход 2 устройства и на вторые входы первой и второй групп из К (2 К - число уровней) блоков 6 сравнения. Блоки 6 совместно с первой и второй группами элементов НЕ 7, первой 8 и второй 9 группами элементов И, элементом ИЛИ - НЕ 10, элементом И 11, элементом 13 задержки и блоком 14 постоянной памяти формируют на выходе регистра 12 корректирующий множитель в виде числа 2 "(п - целое число) в гистерезисной зависимости от энергетической характеристики, С выхода блока 15 постоянной памяти, подключенного входом к регистру 12, выдается код числа пь являющегося порядком двоичного кода с плавающей запятой истинного значения отфильтрованного сигнала, 1 ил,фильтруемого сигнала овку коэффициента и фильтрах, При этом ра кого диапазона дости ия разрядности циф ледовательно, без сущ ия габаритов устройстЦель изобретения - повышение точности фильтрации и расширение функционал ьн ых возможностей.Известно устройство для цифровой фильтрации с регулируемым коэффициентом передачи. Данное устройство содержит блок цифровой фильтрации, включающий блок памяти, вход которого является информационным входом устройства, умножитель, накапливающий сумматор и блок задания коэффициентов. К блоку цифровой фильтрации подключен блок сравнения, к второму входу которого подключен датчик уровня выходного сигнала. Выход блока сравнения соединен непосредственно с первым входом и через элемент НЕ с вторым входом накапливающего сумматора, Выход накапливающего сумматора подключен к входу управления коэффициентом передачи блока цифровой фильтрации и через блок сдвига к третьему входу накапливающего сумматора. В данном устройстве изменение корректирующего множителя, регулирующего коэффициент передачи блока фильтрации, производится по специальному правилу, обеспечивающему независимость постоянной времени переходного процеса корректирующего множителя от величины скачка сигнала на входе устройства. Это несколько уменьшает искажения формы фильтруемого сигнала, Однако искажение формы сигнала в данном устройстве оказывается все же значительным, причем искажения связаны с динамикой корректирующего множителя.Сущность изобретения состоит в том, что повышение точности фильтрации и дальнейшего нелинейного преобразования сигнала, достигаемое в результате исключения непрерывно протекающих переходных процессов, реализуется скачкообразным изменением корректирующего множителя при достижении энергетической характеристикой отфильтрованного сигнала пороговых значений, При этом изменение или сохранение текущего значения корректирующего множителя при достижении данного порога ставися в зависимость от предыстории текущего значения энергетической характеристики, причем зависимость эта выбирается гистерезисной, Количество значений М и перепад значений корректируютщего множителя, представленного вЯ +1виде целой степени числа 2, и число пороговых уровней 2 К определяются следующими формулами:40 кциональные возможности путем выдачи45 непрерывно измеряемой для решения основной задачи энергетической характеристики отфильтрованного сигнала,На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства,На чертеже обозначены: множитель 1,блок 2 цифровой фильтрации, блок 3 посто 55 5 10 15 20 25 30 35 Оф - ОДЯы( - т - +- ( 05) (1)(-ДИдПй+12 К = 2("ч - 1)где Одидп - динамический диапазон входного сигнала, дБ;Оф - динамический диапазон блока цифровой фильтрации, дБ;ОД - динамический диапазон петли гистерезиса (отношение ширины петли к левому (порогу), дБ,Епт- обозначение целой части числа, заключенного в скобках.Для сохранения масштаба отфильтрованного сигнала последний представляется кодом с плавающей запятой, знак и мантисса которого снимается непосредственно с блока цифровой фильтрации, работающего с фиксированной запятой, а порядок определяется степенью числа 2 текущего значения корректирующего множителя, взятой с обратным знаком. Для сохранения масштаба энергетической характеристики, исключения скачков на входе блока усреднения и соответствующих этим скачкам переходных процессов на выходе блока усреднения одновременно с изменением корректирующего множителя производят деление текущего значения сигнала на входе блока усреднения на значение корректирующего множителя для модуля сигнала или на значение квадрата множителя для квадратичного преобразования сигнала; Таким образом, скачкообразные изменения корректирующего множителя, расширяя динамический диапазон работы цифрового фильтра и нелинейного преобразователя, не вызывают изменений отфильтрованного сигнала и его энергетической характеристики, Предлагаемая организация устройства для цифровой фильтрации позволяет расширить и его фунянной памяти коэффициентов, блок 4 деления, блок 5 усреднения, блоки 6 сравнения, элементы НЕ 7, элементы И 8, 9, 11, элемент ИЛИ - НЕ 10, регистр 12, элемент задержки 13, блоки 14, 15 постоянной памяти; Х - информационный вход устройства; Т - тактовый вход устройства; А - входы задания констант; У - выход отфильтрованного сиг30 бо дисперсии, либо модуля сигнала. В 35первом случае в блоке 3 реализована квад 40 5 усреднения на корректирующий множитель исключает переходные процессы навыходе этого блока при скачкообразном из 50 55 нала, 2 - выход энергетической характеристики сигнала,Устройство работает следующим образом,Входной сигнал, представленный двоичным кодом, поступает на вход умножителя 1, на второй вход которого подается корректирующий множитель с выхода регистра 12. Значение корректирующего множителя автоматически устанавливается таким, чтобы операции фильтрации и нелинейного преобразования выполнялись в рабочем динамическом диапазоне соответствующих блоков. Выходной сигнал умножителя 1, представляющий собой произведение входного сигнала и корректирующего множите.ля, поступает на вход блока 2 цифровой фильтрации. Работа блока 2 тактирована частотой тактового сигнала, поступающего с тактового входа устройства, За период тактовой частоты блок 2 цифровой фильтрации выполняет фильтрацию очередного значения входного сигнала. Фильтрация производится в соответствии с правилом каскадной реализации, например, цифровых рекурсивных фильтров с элементарными звеньями второго порядка.Отфильтрованный сигнал с выхода блока 2 цифровой фильтрации поступает в качестве составной части на выход У устройства и в блок 3 постоянной памяти коэффициентов, выполняющий нелинейные преобразования сигнала, Нелинейное преобразование обеспечивает вычисление лиратичная функция, а во втором - функции модуля сигнала, Преобразованный сигнал поступает на вход делимого блока 4 деления. На второй вход блока 4 - вход делителя- поступает значение корректирующего множителя. Деление сигнала на входе блока менении множителя и делает неизменным масштаб измерения энергетической характеристики. Сигнал, пропорциональный энергетической характеристике, поступает с выхода блока 5 усреднения на вторые входы блоков 6 сравнения и на выход 2 устройства (выход энергетической характеристики) для использования в качестве дополнительного результата в задачах анализа энергетических свойств входного сигнала,Устройство реализует формирование корректирующего множителя в гистерезисной зависимости от текущего значения энергетической характеристики согласно следующему правилу: 5 10 15 20 25 ВпприА 12 пФЖ;АЪА 4,йн 2 пЖКВ 1 при 2 п А 1;В 2 и Ри А 22 пАЗ; В 2 кпри А-2 п 2 в; (2) В 2 кпРи А 2 2 п.Такой закон формирования корректирующего множителя устраняет возможность возникновения его колебаний при значениях характеристики, близких к пороговым уровням.Формирование корректирующего множителя Вп (при к=2) происходит следующим образом.Пороговые значения А 1, А 2, Аз, А 4 поступают на входы блоков 6 сравнения. На вторые входы этих блоков поступает текущее значение энергетической характеристики отфильтрованного сигнала 2 п, Если 2,А 1, то на выходе блока 61 появляется сигнал логической единицы, который поступает на первый вход блока 14 постоянной памяти, В блоке 14 по адресу 100 прошито значение множителя В 1, Одновременно на выходе элемента И 11 появляется импульс для записи множителя В 1 в регистр 12. Этот импульс формируется следующим образом. Сигнал логической единицы на выходе элемента 61 инвертируется элементом НЕ 71, Логический ноль на выходе элемента НЕ 71 вызывает появление логического нуля на выходе элемента И 81 И (на входе элемента ИЛИ-НЕ 10). На втором входе элемента ИЛИ-НЕ 10 также логический нуль, Логические нули на входах элемента ИЛИ - НЕ 10 приводят к появлению логической единицы на его выходе, Единичный уровень на входе элемента И 11 является разрешающим для прохождения тактового импульса на второй (управляющий) вход регистра 12. Задержка, вводимая элементом 13 задержки, обеспечивает появление тактового импульса для записи в регистр 12 в момент, когда информация на его первом входе уже установилась. Аналогичным образом формируются корректирую- щИЕ МНОжИтЕЛИ ПрИ А 22 пАЗ И ПрИ А 42 п, В случае, когда А 12 пАг, на выходах элементов 61 и 62 сравнения одновременно появляются сигналы логического нуля. Эти сигналы вызывают логические единицы на выходах элементов 71 и 72, логическую единицу на выходе элемента И 81, логический ноль на выходе элемента ИЛИ - НЕ 10 и запрещающий потенциал на входе элемента И 11, Тактовый импульс не проходит на управляющий вход регистра 12, запись не производится, и в регистре 12 остается55 предыдущее значение корректирующего множителя Яп, Аналогично работают блоки при Аз Ь Ад.Таким образом обеспечивается требуемый закон формирования корректирующего множителя, значение которого хранится в регистре 12 в течение одного такта работы устройства, и в зависимости от значения энергетической характеристики отфильтрованного сигнала изменяется или остается равным предыдущему значению.Значение корректирующего множителя Яп с выхода регистра 12 поступает на адресный вход элемента 15 постоянной памяти. В ячейках блока 15 с адресами, соответствующими значениям множителя, прошиты двоичные коды степени числа 2 данного множителя, но взятые с обратным знаком (если Р = 2 О, Р 2 = 2, Рз = 2 , то в ячейках .прошиты коды О, Р, г соответственно. Указанные коды определяют порядок двоичного кода с плавающей запятой истинного значения отфильтрованнсго сигнала, знак и мантисса которого снимаются с выхода блока 2 цифровой фильтрации, не зависящего от текущего значения корректирующего множителя. Выход блока 15 совместно с выходом блока.2 цифровой фильтрации составляют выход У устройства.Таким образом, в устройстве повышена точность фильтрации сигнала, изменяющегося в динамическом диапазоне, превышающем динамический диапазон фильтра. Это достигается исключением переходных процессов в отфильтрованном сигнале путем дискретного изменения корректирующего множителя, автоматического учета текущего масштаба отфильтрованного сигнала, исключения колебаний корректирующего множителя в окрестности точек перехода за счет использования гистерезисной характеристики, а также исключения переходных процессов при измерении энергетической характеристики входного сигнала, используемой при формировании корректирующего множителя, Кроме того, расширены функциональные возможности устройства - одновременно с фильтрацией сигнала устройство измеряет энергетическую характеристику входного сигнала,Формула изобретения Устройство для цифровой фильтрации с регулируемым коэффициентом передачи, содержащее умножитель и блок цифровой фильтрации, информационный вход которого подключен к выходу умножителя, первый вход которого является информационным входом устройства, тактовым входом кото 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 рого является тактовый вход блока цифровой фильтрации, отл и ч а ю щ ее ся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей путем измерения энергетической характеристики сигнала, в него введены блок постоянной памяти коэффициентов, блок деления, блок усреднения, первая и вторая группы из К(2 К - число уровней) блоков сравнения, первая и вторая группы из К элементов НЕ, первая группа из К элементов И, вторая группа из К - 1 элементов И, элемент ИЛИ - НЕ, регистр, элемент И, элемент задержки и два блока постоянной памяти, причем выход блока цифровой фильтрации подключен к адресному входу блока постоянной памяти коэффициентов, выход которого подключен к первому входу блока деления, выход которого подключен к информационному входу блока усреднения, выход которого является выходом энергетической характеристики устройства и подключен к первым входам блоков сравнения первой и второй групп, выходы которых подключены к входам соответствующих элементов НЕ соответственно первой и второй групп, выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам соответствующих элементов И первой группы, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ - НЕ, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к тактовому входу регистра, выход которого подключен к адресному входу первого блока памяти, вторым входам умножителя и блока деления, выход 1-го ( = 2, К) блока сравнения первой группы подключен к первому входу ( - 1)-го элемента И второй группы, выход которого подключен к 1-му адресному входу второго блока постоянной памяти, выход которого подключен к информационному входу регистра, выход 3-го ц = 1, К - 1) блока сравнения второй группы подключен к второму входу)-го элемента И второй группы, выход первого блока сравнения первой группы и К-го блока сравнения второй группы подключены соответственно к первому и (К+1)-му адресным входам второго блока постоянной памяти, второй вход элемента И подключен к выходу элемента задержки, вход которого соединен с тактовым входом блока усреднения и подключен к тактовому входу устройства, информационный выход которого образует выход блока цифровой фильтрации и выход первого блока постоянной памяти, а вторые входы блока сравнения первой и второй групп являются входами задания констант соответственно первой и второй групп устройства.173410 б едактор М.Цитки кун Заказ 1671 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород агарина, 10 тавитель Ю. Ште ред М,Моргентэл буртКорр