Адаптивный фильтр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 22498 119) 01) А 1)4 Н 03 Н 21/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) 1008888 (21) 3799651/2 (22) 08.10.84 (46) 15.04.86. (71) Ташкентск институт связи (72) А.Л.Галие и В.И.Прахов (53) 621,391.8 (56) АвторскоеФ 1008888,кл.(088.8)свидетельство СССР03 Н 21/ОО, 1981. УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к радиотехникеПо отношению к основномуавт.св. Р 1008888 повышается помехоустойчивость. Адаптивный фильтр содержит многоканальный моделятор 1(11 И), формирователь 2 весовых функций (ФВФ), сумматоры 3, 5 и 11, пороговый элемент 4, ФНЧ 6, компарато12, два дополнительных ключа 13, 15и ждущий мультивибратор 14. Входной сигнал - аддитивная смесь неизвестного повторяющегося сигнала и флуктуационной помехи поступает на информационный вход МИ 1, а на его управляющие входы подаются напряжения весовых функций, формируемые в ФВФ 2, Выходные сигналы МИ 1, пройдя сумЪматор 3 и пороговый элемент 4, порог срабатывания которого автоматически регулируется, поступают на ключ 15. Если на выходе сумматора 11 напряжение не равно нулю, то на выход адаптивного фильтра через сумматор 5, ФНЧ 6 н ключ 13 поступает напряжение, пропорциональное огибающей модулированной последовательности- импульсов. Если входной сигнал содержит только шум, то при наличии сумматора 11, компаратора 12, ключа 15 и ждущего мультивибратора 14 ключ 13 запирается и напряжение шума с выхода ФНЧ 6 не попадает на выход адаптивного фильтра, 1 ил.122Изобретение относится к радиотехнике, может быть использованов системах обработки сигналов неизвестной формы и является усовершенствованием изобретения по авт.св.9 1008888.Цель изобретения - повьппение по,мехоустойчивости.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема адаптивногофильтра.Адаптивный фильтр содержит многоканальный моделятор 1, формирователь2 весовых функций, первый сумматор3, пороговый элемент 4, второй сумматор 5, Фильтр 6 нижних частот. Фор.мирователь 2 весовых функций состоит из задающего генератора 7, Мамплитудных модуляторов 8, М запоминающих блоков 9 и М ключей 10 атакже дополнительный сумматор 11,компаратор 12, первый дополнительный ключ 13, ждущий мультивибратор14 и второй дополнительный ключ 15.Адаптивный Фильтр работает следующим образом.Входной сигнал У,(1), представляющий собай аддитивную смесь неизвестного повторяющегося сигналаБ (г.) и флуктуационной помехи (шусма) Б (с),О =П (с)+Нпоступает на объединенный информационный вход многоканального моделятора 1.Число используемых каналов моделятора 1 определяется выражением2 макс Тгде В - база принимаемого сигналаБ с(г.); .Р - верхняя частота спектрасигнала У ;Т - длительность сигнала Бс(г.),На управляющие входы всех М каналов моделятора 1 с соответствующих выходов формирователя 2 подаются напряжения весовых функций.Формирование напряжений весовых функций в формирователепроизводится следующим образом.С М выходов задающего генератора 7 Формирователя 2, на вторые входы соответствующих амплитудных модуляторов 8 Формирователя 2, поступают короткие импульсы постоянной ампли 4983 3 туды (о-импульсы), длительностью с , выбираемой из условиягде Хэ - размер одного элемента проводящего слоя моделятора 1вдоль направления записивесовой функции; б Ч - скорость записи весовойфункции на безинерционномфоторезистивном слое моделятора.Интервал следования о -импульсов 15 на каждом из выходов задающего генератора 7 Формирователя 2 должен бытьне больше длительности сигнала У (г.)причем 3 -импульсы на 1-м выходе задающего генератора 7 (=2-М) смеще ны относительно 1 -импульсов на (11)-ом выходе задающего генератора 7на интервал Ь, определяемый потеореме Кательникова;Ц1 Т2 макс ВНа первый вход каждого из амплитуцных модуляторов 8 формирователя2 с соответствующего запоминающегоблока 9 поступает напряжение О . ЗО о(гце =1 - М), модулирующее по амплитуце 3 -импульсы, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с задающегогенератора 7, Промодулированные поамплитуде 3 -импульсы с выходов амЗ 5 плитудных модуляторов 8 формирователя 2 поступают на соответствующиеуправляющие входы многоканальногомоцелятора 1.В момент включения адаптивногоФильтра на выходе моделятора 1, аследовательно, на входе первого сумматора 3, напряжение практически равно нулю, т,е, заведомо ниже начального порогового напряжения У 4 , поро.гового элемента 4. При этом управляющее напряжение Б 4 на выходепорогового элемента 4 отсутствует,ключи 1 О формирователя 2, управляющие входы которых соединены междусобой и подключены к выходу порогового элемента 4, закрыты. Напряжения Б (:) на запоминающих блоках 9Формирователя 2 отсутствуют, В этомслучае на управляющие входы всех М 55 каналов моделятора 1 поступают немодулированные 3 -импульсы. Через интервал Т (время обработки сигналовв моделяторе) на выходе каждого изканалов моделятора 1 появится выходное напряжение Б ,(, -Т ), определяемое выражениемКвыло а) Т ( о)Тогде 1 - текущий момент отсчета входОного сигнала в ь-м каналемоделятора, пробегающий всезначения со скоростью пере- Омещения весовой функции повесовому слою 1-го каналамоделятора 1; причем1+61;К - коэффициент пропорциональности, зависящий от типамоделятора 1 и его конструктивных особенностей;Т - время обработки входногоасигнала в моделяторе 1. 20Таким образом, в момент С; на выходе всех М каналов моделятора 1 появится напряжение Бб (1; -Т),6 Ыхпредставляющее собой отсчеты мгновен. ных значений входного сигнала, взя- д тые через интервал с Все отсчеты входного сигнала с выходов моделя- тора 1 поступают на первый сумматор 3, выходное напряжение которого определяется соотношением 30К МЭ Т( оТНапряжение Б подается на порогоЭвый элемент 4, где сравнивается с из меняющимся пороговым напряжениемгде ь 4 п (с) - составлЯющаЯ поРогового напряжения, формируемая из сигнала,подаваемого на входпорогового элемента 4.В момент включения адаптивного фильтра пороговое напряжение о (г.) 454 пор равно начальному значению Б4 пораВ течение всего времени приема повторяющегося сигнала напряжение Бформируемое как сумма отсчетов входного сигнала У 1(1)подается на 50 пороговый элемент 4. Это напряжение изменяется во времени как за счет изменения уровня входного сигнала Б 4(1) представляющего собой смесь полезного сигнала и шума, так и за 55 счет адаптивного приближения параметров фильтра на моделяторе 1 к оп тимальным. Если напряжение Б на входе первого сумматора 3 не превышает Б 4, (1) то напряжение И на выходе порогового элемента 4 отсутствует, ключи 1 О в формирователе 2 закрыты, напряжения на запоминающих блоках 9 отсутствуют, а на управляющие входы моделятора 1 и на второй сумматор 5 подаются немодулированные о -импульсы, С второго сумматора 5 немодулированная последовательность о -импульсов, смещенных друг относительно друга на ; поступает на фильтр 6, граничная частота которого выбирается равной Р. При этом на вы" ходе фильтра 6 выделится постоянное напряжение, представляющее собой огибающую немодулированной последовательности 3 -импульсов, которое подается на информационный вход первого ключа 13. Так как напряжение на запоминающих блоках 9 в рассматриваемом случае отсутствует, то и напряжение на выходе дополнительного сумматора 11 равно нулю.Порог срабатывания У компарай портора 12 выбран оптимальным по критерию помехоустойчивостиПг пор 1 2(1 уьгде У ы - эффективное напряжениефлуктуационных помех на входе адаптивного фильтра.Так как в рассматриваемом случае напряжение на входе компаратора 12 равно нулю, т,е. порог Бц п,р не превышен, на выходе его действует сигнал логического нуля. При этом сиг. нал логического нуля будет на выходе второго ключа 15 и ждущего муль" тивибратора 14. Первый ключ Э, на управляющий вход которого подается сигнал со ждущего мультивибратора 14, при этом заперт, и на выходе адаптивного фильтра сигнал отсутствует. В том случае, когда напряжение на выходе первого сумматора 3 превысит пороговое напряжение 04 по (с) порогового элемента 4, на выходе его появится напряжение П 4 отпирающее ключи 10 формирователя 2 и вто рой ключ 15. В самом же пороговом .элементе происходит при этом автоматическая регулировка порогового напряжения.При отпирании ключей 10 формирователя 2 на запоминающие блоки 9формирователя 2 переносятся значения отсчетов входного сигнала Б(г.) с выхода моделятора 1, модулирующие (в амплитудных модуляторах 8) о-импульсы, поступающие с,задающего генератора 7, С выхода амплитудных модуляторов 8 Формирователя 2 модулированные по амплитуде оо -импульсы подаются на управляющие вхоцы много- О канального моделятора 1 и на сумматор 5, с выхода которого модулированная по амплитуде последовательность о -импульсов поступает на фильтр 6 нижних частот, выделяющий 15 напряжение, пропорциональное огибающей этой последовательности, которое подается на информационный вход первого ключа 13. Напряжение о 9, с запоминающих блоков 9 Формиро О вателя 2, пропорциональное отсчетам входных сигналон, подается на дополнительный сумматор 11, на выходе которого выделяется напряжениеИ 25Пн= , Ит 1Если это напряжение превышает порог срабатывания компаратора 12, тона выходе компаратора 2 появляется зОсигнал логической единицы, которыйчерез второй ключ 15 подается на ждущий мультивибратор 14. При этом ждущий мультивибратор 14 вырабатываетсигнал логической единицы, длитель-ностью Т, отпирающий первый ключ 13через который на выход адаптивногофильтра поступает напряжение, пропорциональное огибающей модулированнойпоследовательности 3 -импульсов с вы Охода фильтра 6,Если входной сигнал П,(с) содержит только шуи П, , то моиенты срабатывания порогового элемента 4 будут совершенно случайными и значения отсчетон входного сигнала, переносимые с выходов многоканального моделятора 1 через ключи О в закомиЙагощие блоки 9 формирователя 2, также будут случайными, В результате напряжения Б.(С) на запоминающих9блоках 9 будут случайно флуктуировать, оставаясьн среднеи близкиии к нулю. При этом с формирователя 2 иа управляющие входы моделятораи 55 на второй сумматор 5 поступают о- импульсы, амплитуда которых флуктуирует относительно среднего значения в очень малых пределах, На выходе фильтра 6 при этом действует напряжение шума Б , (с), которое подается на информационный вход первогоключа 13,Усредненные отсчеты напряженияшума П; поступают на дополнительный сумматор 11, с которого напряжение Б, = Е Б подается на компаратор 12.Так как напряжение П в рассмат 9ринаемом случае близко к нулю, топорог Б,. компаратора 12 не будетпревышен йапряжениеи Пи, на выходекомпаратора 12 при этом действуетсигнал логического нуля, Сигналлогического нуля будет также на выходах второго ключа 15 и ждущегомультивибратора 14.Первый ключ 13 при этом заперти напряжение шума с выхода фильтра6 не попадает на выход адаптивногоФильтра.В том случае, когда входной сигнал представляет собой сумму напряжений шума П (г) и полезного сигналаБ , вероятность срабатывания порогового элемента 4 возрастает всвязи с увеличением энергии входного сигнала Б а следовательно,и суммарного напряжения отсчетоввходного сигнала Бэ(С), подаваемогона порогсный элемент 4. Чем выше отношение сигнал/шум на входе адаптивного фильтра, тем вероятнее срабатывание порогового элемента 4 в моменты появления полезного сигнала П (С),Но и при небольших отношенияхсигнал/шум срабатывание пороговогоэлемента 4 будет происходить чащепри наличии полезного сигнала навходе адаптивного фильтра, чеи приего отсутствии,После нескольких повторений полезного сигнала, вызвавших срабатывание порогового элемента 4, значения напряжений Б ,) на запоминающиг блоках 9 формирователя 2 приблизятся к значениям отсчетов полезного сигнала, Это происходит засчет усреднения выбросов напряженийП, , нызнанньгх шумами, при накоплении отсчетов входного сигнала назапоминающих блоках 9.Напряжения Б . (С) модулируют 8 - им 9пульсы, подаваемые на амплитудныемодуляторы 8 с задающего генерато24983 0 С 5 20 25 30 40 45 7 12 ра 7, При этом значения напряжений весовых функций, подаваемых с формирователя 2, приближаются к опти мальным, которые соответствуют отсчетам мгновенных значений полезного сигнала Б (с), За счет приближения формируемых весовых коэффициентов к оптимальным увеличится частота правильных (при появлении полезного сигнала) срабатываний порогового элемента 4, так как начнет возрастать отклик каждого канала моделяторана полезный сигнал, что приведет к увеличению напряжения Б (г:) на выходе первого сумматора 3.Процесс адаптации ускорится. Для одновременного уменьшения случайных срабатываний порогового элемента 4 под действием шума в интервалы, когда полезный сигнал Уна входесотсутствует, порог срабатывания порогового элемента 4 автоматически увеличивается с увеличением напряжения на выходе первого сумматора 3,Модулированная отсчетами полезного сигнала У (1) последовательность 3 -импульсов с выхода формирователя 2 через второй сумматор 5 поступает на фильтр 6, выделяющий напряжение, которое все точнее повторяет форму полезного сигнала. Это на. пряжение подается на информационный вход первого ключа 13.Напряжение Б; на запоминающих блоках 9 формирователя 2 в этом случае существенно превышает напряжение шума, поэтому напряжение Б, поступающее на вход компаратора 12 с дойолнительного сумматора 11, выше его порога срабатывания Б р, При этом на выходе компаратора 12 действует сигнал логической единицы, поступающий на информационный вход второго ключа 15. Если суммарное напряжение отсчетов входного сигнала Бз(Т) превышает порог срабатывания порогового элемента 4 (фиксируя тем самым появление на входе полезного сигнала У(1, на выходе порогового эле мента 4 появляется напряжение Ц , отпирающее второй ключ 15, Сигнал логической единицы с компаратора 12 через второй ключ 15 поступает на ждущий мультивибратор 14, вырабаты вающий сигнал логической единицы длительностью Т, который отпирает первый ключ 13, При этом напряжение по 8лезного сигнала с фильтра 6 через первый ключ 13 поступает на выход адаптивного фильтра, Если же пороговый элемент 4 не сработал при поступлении на его вход напряжения БЗ (что происходит при отсутствии полезного сигнала на входе), второй ключ 15 заперт, на выходе ждущего мультивибратора 14 действует сигнал логического нуля, запирающий ключ 13 и сформированное на выходе фильтра 6 напряжение не поступает на выход адаптивного фильтра,Таким образом, когда во входномнапряжении Б, (1) адаптивного фильтра нет повторяющегося сигнала Б (Т),происходят случайные срабатыванияпорогового элемента 4, средние значения напряжений на запоминающихблоках 9 формирователя 2 остаются нулевыми, порог Б ;й) в пороговомэлементе 4 сохраняет значение, близкое к У а первый ключ 13 заперти сигнал на выходе адаптивного фильтра отсутствует,При появлении повторяющегося сигнала Б ,с) процент случайных срабатываний порогового элемента 4 постепенно уменьшается, напряжение на запоминающих блоках 9 все более приближается к оптимальным значениям, модулированные этим напряжением 0 - импульсы, подаваемые на второй сумматор 5 отсчетов выходного сигнала, стремятся к значению отсчетов ПС 1 полезного сигнала, пороговое напряжение на выходе фильтра 6 все точнее повторяет форму полезного сигнала Б (г.), так как представляет собой огибающую совокупность отсчетов полезного сигнала Бс;, взятых через инттервал ьС = - что позволяет точно8 эвосстановить форму .этого сигнала. Формула изобретения Адаптивный фильтр по авт.св.У 1008888, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, между выходами фильтра нижних частот и адаптивного фильтра включен введенный первый дополнительный ключ, а между выходами М запоминающих блоков формирователя весовых функций и входом управления первого дополнительного ключа включе1224983 Составитель А.ОсиповичТехред Л,Олейник Корректор А. Зимокосов Редактор И,Сегляник Заказ 1963/57 Тираж 86 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наЬ., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4 ны последовательно соединенные дополнительный сумматор, компаратор,второй дополнительный ключ, вход управления которого подключен к входуформирователя весовых функций, и ждущий мультивибратор.