Адаптивный фильтр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 33100 51)4005 В ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Д ВТОРСКОМ,/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ- 24 даптации. аптивньп фильтр содержительныевычитатель,рмирования в 1) 19в жит блок фильтров, мно устройства, сумматор, два усилителя, блок фо совых коэффициентов, б блок нормируюших коэфф чик помех, датчик вход квадратор, три фильтра задержки, делитель, тр теля, два нелинейных у дополнительных множите С датчика входного сиг 42387 1980. А,М. Алгоо квадратати. М.:с, .142-143 терсо редне обла 9 1,пает аддитивная смесьсигнала и .сигнала шумапомехи поступает сигна датчикакоррелила на -уппе блоковценки скорос рованньп с шумом. Б гр А формируется сигнал о ти настройки, которьп блок Б управления шаго С выхода вычитателя с фильтрованньп 1 полезньп язи и управлени ружения, с фильтрации соотношени лямало сигналов, имею сигнал/шум. Ц яется повышенипоступает нам адаптации изо быстроза счет етения яв ействия н тмает о т 5 ил игна троики фильт ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(21 ) 3806320/24 (22) 23,10.84 (46) 23.05.86. Бюл (72) О,Н. Гапченко (53) 62-50 (088.8 (56) Патент США Ф кл, С 11 0 27/00,Нараян С,111., Пи ритм наименьшего с ошибки в частотнои ТИИЭР, т.69, 1981(571 Изобретение относится кавтоматики и радиотехники и мбыть использовано в системах лок деления, ициентов, дат ного сигнала,два блока ограничисилителя, два льных звена. ала посту - полезного1 12Изобретение относится к автоматике и радиотехнике и может быть ис пользовано в системах для фильтрации сигналов, имеющих малое соотношение сигнал/шум.Цель изобретения - повышение быстродействия настройки Фильтра за счет адаптации.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на Фиг. 2 - структурная схема блока формирования весовых коэффициентов; на фиг. 3 - структурная схема блока нормируюших коэффициентов; на Фиг. 4 - Функциональная схема второго фильтра; на Фиг. 5 - структурная схема второго нелинейного усилителя.Лдаптивный Фильтр содержит блок 1 фильтров, множительные звенья 2, сумматор 3, вычитатель 4, первый 5 и второй 6 усилители, блок 7 Формирования весовых коэффициентов, блок 8 делепия, блок 9 нормирующих коэфФициентов, датчик 10 помех, датчик .11 входного сигнала, квадратор 12, первый фильтр 13, первый блок 14 задержки, делитель 15, первый ограничитель 16, первый нелинейный усилитель 17, в горой Фильтр 18, второй нелинейный усилитель 19, первое дополнительное множительное звено 20, второй блок 21 задержки, второй ограничитель 22, третий Фильтр 23,третий ограничитель 24 и второе, дополнительное множительное звено 25.В цифровом варианте реализации адаптивного фильтра все блоки строятся на основе стандартных умножителей, суМматоров, делителей и элементов памяти.Блок 1 Фильтров состоит из элементов памяти и блока дискретногобыстрого преобразования Фурье и реализует "гребенку Фильтров".Структурная схема блока 7 формирования весовых коэффициентов содержит М блоков 26 комплексного сопряжения, Б умножителей 27, К сумматоров 8, 1 ь элементов 29 памяти. Входные сигналы поступают через блоки 26 комплексного сопряжения на первые входы умножителей 27. На вторые входы последних поступает сигнал (И+1)-го входа блока 7 формирования весовых коэффициентов. Выходы этих умножителей 27 соединены с первыми входами сумматоров 28, на вторые входы которых подаются теку 33100щие значения весовых коэАФициентов Фильтра в частотной областип 1 и) Сп, После суммирования весовыеЯкоэффициенты для следующего шага 3 . и+11,, и) Си+11 запоминаются9и соответствующих элементах 29 памяти, входы которых соединены с выходами сумматоров 28, и появляются навыходах элементов 29 памяти на следующем шаге.Блок 8 деления предназначен дляреализации процедуры деления каждого сигнала с выхода блока 1 фильтрана, каждый выходной сигнал блока 9нормирующих коэффициентов.Структурная схема блока 9 нормирующих коэффициентов содержит 14каналов, каждьй из которых состоитиз блока 30 комплексного сопряжения,умножителей 31, сумматора 32, элемента 33 памяти, перемножителя 34.Структурная схема второго фильтра18 состоит нз вычитателя 35, первого36 и второго 37 умножителей, сумматора 38, элемента 39 памяти. Работа второго фильтра 18 поясняется уравнением:. п 1 = Р, 1 и(1 йп 1 1+ РСтруктурная схема второго нелинейного усилителя 19 состоит извычитателя 40, второго формирователя41, мультиплексора 42 и первого формнрсвателя 43, На первый вход вычитателя 40 поступает сигнал порога., Спиа второи в сигнал оценкискорости., настройки Р Сп 1,5Лдаптивный Фильтр работает следующим образом,С датчика 11 входного сигнала поступает аддитивная смесь полезного сигнала и сигнала, шума. С датчика 10 потех поступает сигнал, коррелированный с шумом. В группе блоков Л формируется сигнал оценки скорости настройки, который сравнивается с пороговым уровнем. Выходной сигнал блоа Л, поступающий на блок Б управпения шагом адаптации, может принимать топько два уровня". больше единичного - соответствующий переходному режиму, и меньше единичного - со" ответствующий установившемуся режиму. В блоке Б Формируется величина шага адаптации р Сп 1 который поступает на вход второго дополнительного множительного звена 25. На вто33100 фстройки с максттматтьньтлт шагом адатггациц происходит значительное уменьшение мощности ошибки. При этом всигнале ошибки значительно возрастает доля составляющей, некоррелцровацной с сигналом опорного входа,Поскольку адаптивньттт фильтр настратт- вается по минимуму мощности составляющей сигнала ошибки, коррелиро ванной с сигналом опорного входа, то 12 рой вход поступает с выхода вычитателя 4 сигнал ошибки Е (и 1. В блоке А производится грубый анализ скорости настройки - определяется какой режим (переходной или установившийся) имеет место в данный момент ттри текущем шаге адаптации. Для этого в блоке А находится оценка скорости настройки, которая сравнивается с пороговым значением, Если оценка ско рости настройки ниже порогового уровня, то это означает, что с даннь 1;: шагом адаптации настройка окончена, поскольку дальнейшей настройке мешают шумы адаптации. Для дальнейшей, более точной настройки, необходимо уменьшить шаг адаптации,При этом уменьшится шум адаптации, но уменьшится и скорость настройки. Для компенсации влияния из- р 0 менения шага ца скорость настройки необходимо соответствующее изменение величины порога. Чтобы реализовать линейную зависимость порога во втором нелинейном усилителе 19 25 от шага адаптации в схему блока А оценивания скорости настройки вве ден первый нелинейный (логарифмический) усилитель 17. При этом для получения опенки скорости настройки выходной сигнал ошибки адаптивного Фильтра с выхода вычитателя 4 поступает на квадратор 12, выходной сигнал которого (мгновенная оценка мощности выходного сигнала) сглаживается в первом (сглаживающем) фильтре 13 и поступает на первый вход делителя 15. Выходной сигнал последнего представляющий собой отношение текущего и задержанного сигналов с выхода первого фильтра 13, является пер вичной оценкой скорости настройки и поступает через первый ограничитель 16, первый нелинейный усилитель 1 и второй фильтр 18 на первый вход второго нелинейного усилителя 19. Ограничение сигнала в первом ограничителе 16, эквивалетное замене заведомо больших значений оценки скорости настройки ца значение порога ограничения, облегчает построение последующих блоков, сокращает время переходных процессов в пост едующих сглаживающих фильтрах, Введение второго фильтра 18 для сгла- живация выходного сигнала первого нелинейного усилителя 17 обосновьтвается тем, что при окончании надля определения оценки скорости настройки по скорости уменьнения мощности выходного сигнала требуется боттее- сильное сглаживание.Коэффттциецт передачи первого усилителя 5 выбирается таким, что при максимальном шаге адаптации коэффициент сглаживания второго фильтра18 минимален, Уттравляемьттт ттторой Фттльтр 18 строится так, что коэффициент ст лстжттваттття увеличивается протторцт то тталт. ттст уменьшению нага адапт ат",тттт .1 соэсттсдттцттеттт передачи второго уси - лптелл б выбирается таким, что при максималт.цом шаге адаптации ца его выходе ттмеетсл сигнал порога, соответствующий ожидаемой митнтмальцо возможттой скорости настройки прц максимальном шаге агтаптацтттт.При превт,ттттетттттт порогового уровня сцгцалом оттетттстт скорости настрой - тсц, ттоступающит тта первый вход вто - рого нелинейного усттлителтт 19, на выходе последнего появляется почожцтельный сигна:т, больший едштичцого уровня (1+ ес), г, противном случае - меньший едиццчцога уроттття (1 - сс ), где 0сс. - 1.Особенностью изменения шага адаптации ,сс 1 и 1 в блоке Б управления шагом адаптации является использование сигттала вспомогательного шага адаптации т.т( и 1, который меняется в более широких пределах, чем шаг адаптации.т.ст ит,. Это позволяет с помощью второго фильтра и третьего (двусторонцего) ограничителя 2 й, которыми преобразуется сигнал вспомогательного шага адаптации сс 1. п 1, получить более плавный характер изменения сигнала шага адаптации тс Г и 1 и избежать, так называемого отражения от границ (реализоватцтых в третьем огратцтчителе 24), обусловленного стохастическим характером сигналов в блоке Б управления шагом адаптации. Верхний порог ограциче 1233100ния третьего ограничителя 24 определяется границей области устойчивости цели настройки весовых коэффициентов, нижний - допустимым уровнем шумов адаптации на выходе адаптивного фильтра в установившемся режиме. Сигнал вспомогательного шага адаптации Р п, поступающий с выхода второго ограничителя 22 на второй вход первого дополнительного положительного звена 20, домножается на выходной сигнал второго нелинейного усилителя 19 на 1+ Ы ) или (1-) и через второй блок 21 задержки на время тактового периода поступает на второй ограничитель 22, вьгходной сигнал которого является сигналом вспомогательного шага адаптации д 1 п. Величина верхнего по- ф 2 О рога второго ограничителя 22 выбирается в два раза выше верхнего порога третьего ограничителя 24, а величина нижнего порога - в два раза меньше нижнего порога третьего ог раничителя 24, исходя из того, чтобы ускорить окончание переходных процессов в третьем Фильтре 23 и чтобы при этом эффекты отражения от границ во втором ограничителе 22 не сильно сказывались на сигнале шага адапта" ции Г п 1. Величина коэффициентов сглаживания первого 13 и третьего 23 Фильтров, а также минимальный коэффициент сглаживания второго Фильтра 18 выбираются таким образом, чтобы эффектная длина их импульсных характеристик была на порядок меньше ожидаемого минимально возможного времени настройки адаптивного Фильт О ра. Время задержки первого блока 14 задержки должно быть на порядок меньше эффективной длины импульсной характеристики первого фильтра 13. Формула и з о б р е т е н и яЬдаптивный Фильтр, содержащий датчик помех и блок Фильтров, каждый выход которого через множительноезвено соединен с соответствующимвходом сумматора, ,выход которого соединен с входом вычитателя, второйвход которого соединен с датчикомвходного сигнала, а выход являетсявыходом фильтра, а также последовательно включенные блок нормирующихкоэффициентов, блок деления, блокФормирования весовых коэффициентов,каждый вьгход которого соединен с вторым входом соответствующего множительного звена, каждый выход блокафильтров соединен с соответствующими дополнительными входами блоканормирующих коэффициентов и блокаделения, о т л,и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия настройки, в него дополнительно введены первый блок задержки, первый и второй усилители, атакже последовательно соединенныеквадратор, первый фильтр, делитель,первый ограничитель, первый нелинейный усилитель, второй фильтр,второй нелинейный усилитель, первоедополнительное множительное звено,второй блок задержки, второй ограничитель, третий фильтр, третий ограничитель и второе дополнительноемножительное звено, выход которогосоецинен с дополнительным входом.блока Формирования весовых коэффициентов, а второй вход соединен свьгходом вычитателя и входом квадратора, первый вход делителя черезпервый блок задержки соединен сего вторым входом, выход третьегоограничителя соединен соответственночерез первый и второй усилители свторыми входами второго фильтра ивторсго нелинейного усилителя, авьход второго ограничителя соединен с вторым входом первого дополнительного множительного зве2331001233100 Фиг.ю рректор И. Муск обкова одп НИИ 4/ 1130Проектная, 4 оизводственно-полиграфическое предприятие жгор едактор Н.аказ 2768/4 Составитель БКирсано Техред Л,Сердюкова Государственного комитета СССРелам изобретений иоткрытий Москва, Ж, Раушская наб.,