Устройство для цифровой фильтрациина ochobe дискретного преобразова-ния фурье

Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Опубликовано 23.06;81, Бюллетень.М 23 ло делам иаабретеиий и открытийДата опубликования описания 30.06.81 А.К.Берендс, В.А.Берсенев, Г,В.Зайцев и И.Б.Цыпий.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИНА ОСНОВЕ ДИСКРЕТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯФУРЬЕ 10 Изобретение относится к цифровойвычислительной технике, в частности к,цифровой фильтрации, основанной на использовании быстрого преобразования Фурье (БПФ) и может быть использовано при цифровой обработке сигналов большой длительности в гидро-, звуко- и радиолокации, в аппаратуре связи, навигации, телеметрии и других областях техники. Известно устройство цифровой.фильтрации, содержащее квадратурныеканалы смесителей и аналого-цифровых преобразователей (АЦП), умножитель комплексных чисел, блок памяти,процессор БПФ и детектор 11,Недостаток известного устройства -наличие разбаланса между квадратурными каналами, приводящего к ограничению точности Фильтрации, сужению20динамического диапазона и эффективно используемого частотного диапазона,2Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство цифровой фильтрации на .основе дискретного преобразования Фурье, содержащее два смесителя, два АЦП, коммутатор, умножитель комплексных чисел с блоком памяти весовых коэффициентов, модифицированный процессор БПФ и детектор. Причем два квадратурных канала с выхода АЦП поступают на коммутатор, который направляет четные выборки на один, а нечетные на другой вход умножителя. С блока памяти на другие входы умно- жителя поступают коэффициенты Фильтра. С выхода умножителя сигналы поступают на входы модифицированного процессора БПФ, после чего детектируются (2(.Недостаток этого устройства - амплитудно-Фазовый разбаланс квадратурных каналов, приводящий к появле-, нию зеркальных гармоник в спектре сигнала.-Если сигналы на выходах11(1) = О саВ (е 1+Ч);з = д( 6 Мь(щ 1+мд"), где 6 С и б, соответственно, амплитудный и Фазовый разбалансы квадратурньгх каналов, то наряду с основной гармоникой на частоте а в спектре сигнала появляется паразитная составляющая на частоте (и дь)=х(Ь 1 ф)=-1(1 мн,)е "1 ф +г 1 1,+р )Де. Е + "11 10 15В реальных системах, работающих в диапазоне температур даже после юстировки разбалансов, не удается уменьшить амплитуду зеркальной гармоники ниже - (30-40) дБ по отношению к ос 20 новной Это приводит к инструментальным ошибкам при спектральном анализе, вызывающем снижение точности цифровой фильтрации, Кроме того, наличие зеркальных гармоник ограничивает динамический диапазон фильтруемого сигнала до тех же (30-40) дБ, ибо сигналы меньшей интенсивности могут оказагься замаскированными паразитными составляющими.30 Цель изобретения - повышение точности фильтрации и расширение динамического диапазона устройства.Поставленная цель достигается35 тем, что в устройство, содержащее два смесителя, два аналого-цифровых преобразователя, коммутатор, умно- житель комплексных чисел, блок памяти, блок быстрого преобразования Фурье и детектор, причем входы смесителей объединены, а выходы смесителей подключены ко входам соответствующих аналого-цифровых преобразо-. вателей, выходы коммутатора соеди 45 нены со входами умножителя комплексных чисел, входы задания коэффициентов которого подключены к выходам блока памяти, а выходы умножителя комплексных чисел соединены со входами процессора быстрого преобразования фурье, выходы которого подключены ко входам детектора, выход которого является выходом устройства,и введены генератор тестового сигнала,пере 55 ключатель, четыре умножителя, шесть сумматоров, четыре регистра и четыре ключа, причем выход генератора тестового сигнала соединен с первым входом 40 3 8409 АЦП являются дискретизацией следующих процессов 22 фпереключателя, второй вход которогоявляется вхОдом устройства, а выходпереключателя подключен ко входам смесителей, выход первого аналогоцифрового преобразователя соединен с первыми входами первого и второго умножителей, выходы которых подключены к первым входам, соответственно, первого и второго сумматоров, выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с первыми входами третьего и четвертого умножите" лей, выходы которых подключены ко вторым входам, соответственно, первого и второго сумматоров, выходы которых подключены, соответственно, к первому и второму входам коммутатора, первый выход блока быстрого преобразования Фурье соединен со входами первого и второго ключей, выходы которых соединены со входами соответственно первого и второго регистров, второй выход блока быстрого пре - образования Фурье соединен со входами третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены со входами, соответственно, третьего и четвертого регистров, выходы первого и второгорегистров соединены, соответственно,с первыми и вторыми входами третьего и четвертого сумматоров, выходыкоторых подключены ко вторым входам,соответственно , третьего и второгоумножителей, выходы третьего и четвертого регистров соединены соответственно, с первыми и вторыми входамипятого и шестого сумматоров, выходыкоторых подключены ко вторым входам,соответственно, первого и четвертого умножителей,На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства,Устройство содержит вход устройства 1, генератор 2 тестового сигнала, переключатель 3, смесители 4, аналого-цифровые преобразователи 5, первый умножитель б, второй умно- житель 7, третий умножитель 8, четвертый умножитель 9, первый сумматор 10, второй сумматор 11, коммутатор 12, умножитель 13 комплексных чисел, блок 14 памяти, блок 15 быстрого преобразования Фурье, первый и третий ключи 16, второй и четвертый ключи 17, первый и третий регистры 18, второй и четвертый регистры 19, третий сумматор 20, четвертый сумма-, тор 21, пятый сумматор 22, шестойФормула изобретения 5 8409сумматор 23, детектор 24, выход устройства 25.Устройство работает следующим образом.Возникающие в квадратурных каналахразбалансы подвергаются коррекции,Причем исполнительным элементом корректирующей схемы служит ее часть,содержащая умножители 6-9 и сумматоры 10 и 11. В качестве датчикаразбалансов попутно с основным назначением используется процессор БПФ 15,сигналы на выходе которого служаттем исходным материалом, из которогопреобразователь корректирующей схемы, содержащий ключи 16 и 17, регистры 18 и 19 и сумматоры 20-23, формирует корректирующие множители дляумножителей 6-9 исполнительного элемента.20Периодически, с частотой, за период которой амплитудно-фазовые разбалансы меняются незначительно (обычноот единиц до сотен секунд), входысмесителей 4 с помощью переключателя3 отключаются от входа устройства исоединяются с выходом генератора 2гармонического тестовогс сигнала известной частоты Ю + Ьо и амплитудыаПосле преобразования в смесителях 4 и АЦП 5 тестовые сигналы с квадратурных каналах имеют вид дискретизации следующих выраженийХ,6: С соь (Ла Ю )Ой: со(1+Д ) Э 1111 Ы. бфД),где 1 - произвольная начальная фаОза тестового сигнала.Исполнительный элемент в режиме40прохождения тестового сигнала (2)пропускает его без искажений. Корректирующие множители, поступающиев этом случае на умнояители 6-9 равны, соответственно, 1, О, 0 и 1. При45единичных коэффициентах, поступающих с выхода блока 4 памяти, коммутатор 12, умножитель 13 комплексныхчисел и процессор БПФ реализуют.каки в известном прямое БЛФ комплексной50выборки (2 )Действительная и мнимая частиспектра комплексного сигнала (2) по-ступают на ключи 16 и 17 преобразователя, причем ключи 16 пропускают55на запись в регистры 18 спектральные отсчеты на частоте Ь ш, а ключи17 пропускают на запись в регистры19 отсчеты на частоте Ао . Из содер 22 6жимого регистров 18 и 19 на выходахсумматоров 20-23 формируются, соответственно, корректирующие множители КеГх.Г, КеР и 1,Г,аде 0,(1+,)е 1 о УЗатем с помощью переключателя 3входы смесителей 4 отключаются отгенератора 2 тестового сигнала и подключаются ко входу устройства 1,Квадратурные составляющие входногОсигнала (1) после преобразованияв исполнительном элементе на выходах сумматоров 10 и 11 имеют вид дискретизации следующих выраженийХМ=ЙЕ) рР - ЗЮ РеРх1 Ж= ЗФ -Х(. 1=,Амплитуды составляющих Х(С) иЧ(С) равны, а фазы отличаются на 90О44)=ХИ)+ЯЧф=аСЯ 0(1+Р )Е 1 а Д)Хф Х Я ( 1)Результатом коррекции являетсяотсутствие амплитудно-фазовых разбалансов квадратурных каналов, азначит, и зеркальных гармоник в спектре сигнала.Увеличение объема устройства цифровой фильтрации, вызванное введением в его состав тестового генератора и корректирующей схемы, при работе в реальном масштабе времени ипри объеме выборки .М ) 2 не превы.шает 3-42.Использование изобретения позволяет существенно увеличить точностьцифровой фильтрации путем устраненияпаразитных гармоник и расширить ди.намический диапазон устройства и представляется наиболее целесообразнымв системах с высокими требованиямик точностным характеристикам и динамическому диапазону. Устройство для цифровой фильтрации на основе дискретного преобразования Фурье, содержащее два смесителя, два аналого-цифровых преобразователя, коммутатор, умножитель комплексных чисел, блок памяти, блок быстрого преобразования Фурье и детектор, причем входы смесителей объединены, а выходы смесителей подключены ко входам соответствующих анало7 84 го-цифровых преобразователей; выходы коммутатора соединены со входами умно- жителя комплексных чисел, входы задания коэффициентов которого подключены к выходам блока памяти, а выходы умножителя комплексных чисел соединены со входами блока быстрого преобразования Фурье, выходы которого подключены ко входам детектора, выход кото- Эрого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности фильтрации и расширения динамического диапазона устройства, в него введены генератор тестового сигнала, переключатель, четыре умножителя, шесть сумматоров, четыре регистра и четыре ключа, причем выход генератора тестового сигнала соединен с первым входом переключателя, второй вход которого является входом устройства, а выход переключателя подключен ко входам смесителей, выход первого аналогоцифрового преобразователя соединен с первыми входами первого и второго умножителей, выходы которых подключены к первым входам, соответственно, первого и второго сумматоров, выход . второго аналого-цифрового преобразователя соединен с первыми входами третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены ко вторым входам, соответственно, первого и 0922 второго сумматоров, выходы которыхподключены, соответственно, к первомуи второму входам коммутатора, первыйвыход блока быстрого преобразованияФурье соединен со входами первого ивторого ключей, выходы которых соединены со входами, соответственно,первого и второго регистров, второйвыход блока быстрого преобразованияФурье соединен со входами третьегои четвертого ключей, выходы которыхсоединены со входами, соответственно,третьего и четвертого регистров, выходы первого и второго регистров соединены, соответственно, с первыми ивторыми вхоцами третьего и четвертогосумматоров, выходы которых подключены ко вторым входам, соответственно,третьего и второго умножителей, выходы третьего и четвертого регистров соединены, соответственно, с первыми и вторыми входами пятого и шестого сумматоров, выходы которыхподключены ко вторым входам, соотг ветственно, первого и четвертого умножителей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Великобританиизо Р 1546173, кл. С 06 Г 16/34, 1976.2, Авторское свидетель"тво СССРР 607224, кл, С 06 Г 15/34, 975840922 илиал ППП "Патент", Ужгород, ул. Проектная,4 ВНИИПИ Тираж аказ 4768/ 5 Подписно