Цифровой фильтр

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕС 1 УБЛИК 091 И 1 А 17/06, 21/О 51)5 Н ЕНИ 21хническ н 888) Г27 00, 19 ыть ацииый вы преоб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(22) 04 . 04. 88 (46) 07.06.90, Бюл,(71) Рязанский радио титут 72) Ю,М,Коршунов, Ю с ( ,А,филатов и А,Н,Фокин (53) 681.32(О (56) Патент ФР 03879, кл. Н 03 Н 11/ 77, (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к вы лительной технике и может б пользовано для согласованной фи рации импульсных сигналов на фо помех в системах передачи инфор Цель изобретения - повышение то ности фильтрации при воздействи низкочастотных помех, Цифровой фильтр (ЦФ) содержит аналогов читатель 1, аналого-цифровой разователь (АЦП) 2, вычислитель блок (ВБ) 3, регистры 4 и 6, накапливающий сумматор 5, цифроаналоговый сумматор (ЦАП) 7, регистры 8.1-8.М линии задержки, сумматоры 9,1-9 (И- АЦП 2, блоки 3, 4, 6, 8.1-8.И имеют одинаковую разрядность К (разрядность блоков 5 и 7 равна 1)К, т,к, диапазон медленно меняющейся помехи больше диапазона полезного сигнала), Поставленная цель достигается введением регистра 4, накапливающего сумматора 5, регистра 6, (И-) сумматоров и их соединением с узлами Цф, В основу ЦФ положен двухканальный нерекурсивный фильтр, реализующий соответствующую операцию линейной свертки. Первый каналтакого фильтра вычисляет оценку Пимпульсного сигнала, второй канал - оценку С приращения помехи, которая иск пользуется для формирования оценки помехи на и тактов, и компонент вектора наблюдений 6 Е, 5 ил.1569958 Изобретение относится к специализированным средствам вычщ".лительнойтехники и может. быть использованодля согласованной фильтрации импульсных сигналов на фоне помех всистемах передачи информации и многоканальных системах телемеханики исвязидЦелью изобретенця является новыйение точности фильтрации при воздействии низкочастотиых помех,На фиг,1 приведена структурнаясхема цифрового фильтра; на фиг.2-4 -временные диаграммы, поясняющие его 5работу; на фиг.5 - структурная охе-ма вычислительного блока.Цифровой фильтр содержит аналоговый вычитатель 1, аналого-цифровойпреобразователь (АЦП) 2, вычислительный блок (ВБ) 3, регистр 4,накапливающий сумматор 5, выходнойрегистр 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, регистры 8,1-8.Млинии задержки, сумматоры 9,1-9(М). 25ВБ 3 содержит умножители 10,1-10.Ми сумматоры 11.1-11.(М), .АЦП 2имеет К-разрядный выход, блоки 3,4, 6, 8,1-8.М имеют также разрядность К. Так как медленно меняющаяся помеха имеет диапазон измененийзначительно больший, чем диапазонизменения полезного сигнала, то разрядность, блоков 5 и 7 равна 1 ) К.В основу предлагаемого технического решения положен двухканальный нерекурсивный цифровой фильтр, реализующий операции линейной. сверткивые .коэффициенты. Первый канал такого фильтра вычисляет оценку П импульсного сигнала, второй - оценку 45ЬСприращения помехи, которая используется для формирования оценкипомехи на п-такте.б: С.,+ ДС. (2)и компонент велктора наблюдений ЬЕЬЕЕ - Св- ,дк.,- х, - ,- дс .,; (з)ДЕн.г Ен-г- Св.з- ДСг- ЬС .,и тедфЦифровой фильтр работает следующим образом,55Исходное состояние цифровогофильтра после завершения всех вычислений на (и)-такте. В выходномрегистре 6 находится код оценки им 4Л пульсного сигнала П 1В регистре 4 и накапливающем сумматоре 5 хранятся коды приращения помехи Д 1, и оценки помехи С ., соответственно. На выходе ЦАП 7 действует аналоговый сигнал С 1 д.,1, соответствующий коду помехи С ;, . В регистрах 8-8 М хра-нятся коды компонент вектора наблюдений (3) на (п"1)-такте, а именно: в регистре 8; находится код величиныл ДЕ.; Е., - Сг, в региглтре 8,2, ДЕы Елг Сег Еиг" С ь ъ ДСг и т.д в регистре 8 М ДЕл-лл= Еллл 6-г Е й-м Сю-мД С н-мд - ВС .г . В сумматорах 9.М(М) хранятся копы следующих разностей соолтветственно ДЕ - ДСи"Еи.С ь.1 ю Д Ел г ДС ь- Е и. г, С и. дддДЕл- м+ д С ю.с Ея-лл С л-Справедливость этих тождеств следует из соотношений (2)Л л л Сп-г +ЬС, С-з + ДС+ДС,Совокупность кодовых комбинаций на выходах сумматоров 9,1-9 (М) образует вектор наблюдений (3) на и-такте без первой компоненты ДЕ, В сумматоре 11(М) ВБ 3 "ранится код величины дс ,В момент времени= пТ (Т - период дискретизации), когда выходной сигнал аналогового вычитателя 1л равен разности Е(С) - С( .,), поступает тактовый импульс У, (фиг.2 а), АЦП 2 преобразует действующий на еговходе сигнал .Е(1) - 1(Т.,) в код Е= Е- б . а Синхроимпульсом Осуществляется запись этого кода в регистр 8,1, Одновременно эти же им-. пульсом в регистры 8,2-8,М записываются кодовые комбинации, хранящиеся в соответствующих сумматорах 9,1- -9.(М), образуют вектор наблюдений (3), используемый для вычисления оценок (1). Вычисление оценки импульсного(и сигнала П. =К Д 2 ., проиэво:о дится ВБ 3 после поступления на его управляющий вход синхроимпульса Уэ (фиг.За,б,в). Описание работы ВБ 3 приводится, ниже, Синхроимпульсом У (фиг,Зг) код вычисленной оценки л Бд, записывается в выходной регистр 6. Вычисление. оценки приращения помехиЛ - 1 ДС =К; Д.Е , осуществляетсяо69958 6преобразуется в код Е Е - 61, который записывается в регистр 8,1, Одновременно кодовые комбинации оуммвторов 9,1;9.4 переписываются в регистры 82-8.5. Выходы регистров 8.18,5 образуют вектор наблюдений б 12 е(фиг.4 б). Этот процесс продолжаетсядо 11-го такта, в котором схема возвращается в исходное состояние(фиг.2 а-г, 4 а-н),Из фиг.2 и 4 видно, что фильтр,вычисляющий оценку бп импульсногосигнала, является оптимальным, поскольку его реакция на информационный импульс имеет характерный максимум, приходящийся на момент окончанияимпульса, Кроме этого, диапазонФ20 изменения сигнала на входе АЦП 2 независит от помехи С(С) и определяется только диапазоном изменения импульсного сигнала. Коэффициенты1 МД, 1 к,11) такого фильтра иокио25 рассчитать, используя метод наименьшихквадратов,функциональная схема вычислительного блока 3 (фиг.1) приведена нафиг.5. ВБ 3 состоит из М К-разрядных30 умножителей 10.1-10.М на постоянныйкоэффициент и (М) сумматоров 11,111,(М), Каждый, умножитель выполненв виде постоянного программируемогозапоминающего устройства (ППЗУ) с35(К+1)-разрядным адресным входоми К-разрядным выходом. На первые Кразрядов входа 1-го ППЗУ (д 1,М)поступает число б Е , на (К+1)-йразряд - управляющий сигнал Хф, в за 4 О висимости от которого считываетсякод произведения К, 62 и, (Хъ=1) или11)1КОд К,.62 у) 1 (ХЗ=О) а 5 15 ВБ 3 после снятия с управляющего входа синхроимпульса Х (на управляющем. входе действует сигнал. "Лог. 0"), В этом режиме ВБ 2 находится до прихода следующего синхроимпульса Х, Синхроимпульсом Х (фиг.Зд) код вычисленной оценки 6 С 1 записывается в регистр 4, что приводит к изменению кодовых комбинаций в сумматорах 9,1-9 (М), В сумматоре 9,1 образуется разность Ь Е р) - Ь С = Е - Сф. л )л в сумматоре 9. 2 Й Е, - б С = Е , - С и т,д, Таким образом, совокупность этих комбинаций образует неполный вектор наблюдений (3) на (и+1)-такте, Синхроимпульсом Х (фиг,3 е) производится вычисление и запись оценки С (2) в накапливающем сумматоре 5, Код оценки помехи С(п) преобразуется ЦАП 7 в соответствующий аналоговыйлсигнал С (Т), поступающий на первый вход аналогового вычитателя 1, Схема возвращается в исходное состояние.Рассмотрим процесс формирования вектора наблюдений 1)2 (3) на каждом такте, привлекая для этого диаграммы, показанные на фиг.2 а-г, 4 а-м, Память фильтра равна М=5. За исходное состоряние примем ситуацию, когда в наблюдаемом сигнале отсутствует информационный импульс, т,е, 2(1) = С(С) (шумна диаграммах не показан), Предположим, что к этому моменту вычислена оценка помехи, равная помехе С(,) = С. Тогда, накапливающий сумматор 5 хранит кодлоценки помехи С , которому соответстА вует аналоговая величина С.о) на выходе ЦАП 7, Врегистре 4 хранитсялкод приращения помехи С = О, в регистрах 8,1-8,5 и сумматорах 9,1-9,4 хранятся нулевые кодовые комбинации, в выходном регистре Ь находится также нулевая кодовая комбинация 1)= О, (фиг.2 г)При поступлении на вход фильтра информационного импульса 2(С) = С(С) + " АЦП 2 в такте 1 преобразует разность Ь 2(1) = Е (;) - С (г.о) в код ЬЕ, который записывается в регистр 8,1 (фиг.2, 4 а). В этом такте на основании вектора наблюдения ЬЕ =ЬЕр 003 (фиг.4 а) вы 1числяются оценки 11 т, 6 С, Сар (фиг,2), В сумматоре 9,1 появляетсякод величины 621 -611 = 21-с 4 р в сумматорах 9, 2-9.4 - коды 6 С а. В следующем такте п=2. разность 62 Формула изобретения45 1)ифровой Фильтр, содержащий вычислительный блок, М регистров линии задержки, выход -го иэ которых. (.=1,М) соединен с д-м входом вычис О лительного блока, н последовательносоединенные цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вычитатель), вто-.рой вход которого является входом циф-.рового фильтра, и аналого-цифровой пре образователь, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности фильтрации при воздействии низкочастотных помех, введены последовательно соединенные регистр и накап ливающий сумматор, выход которогосоединен с входом цифроаналоговогопреобразователя, а также выходнойрегистр, вход которого соединен свходом регистра и. выходом, вычислительного блока, и (М) сумматоров,1 й из которых включен между выходом -го н входом (+1)-го регистров 1569958линии задержки, вторые входы сумматоров соединены с выходом регистра, причем выход выходного регистра является выходом цифрового фильтра, а выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу первого из И регистров линий задержки.,Мак Тираж 656 дписно Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул ина, 10 Заказ 1456ВНИИПИ Государ Составитель С Техред М.Диды венного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская на крытиям при ГКНТ СССд. 4/5