Цифровой интерполирующий фильтр

Изобретение относится к средствам обработки экспериментальнойинформации и может быть использовано при обработке н реальном мас 5штабе времени случайных процессов,представляющих собой аддитивнуюсмесь случайной низкочастотной компоненты и дискретного белого (высокочастотного) шума. 10Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей за счетобеспечения регулирования интервалапамяти фильтра,На фиг. 1 приведена электрическая структурная схема цифрового интерполирующего Фильтра на фиг, 2 и3 - временные диаграммы, поясняющиеего работу; на фиг. 4 - пример выполнения весового блока; на Фиг,5 -графики функций, реализуемых функциональными преобразователями,Цифровой интерполирующий фильтрсодержит накапливающий сумматор 1,первый делитель 2, регистры 3-6 с пер ного по четвертый, весовые. блоки 7-10с первого по четвертый, сумматор 11,блок 12 управления, счетчик 13, цифрозой компаратор 14, второй делитель15 и квадратичный интерполятор 16. ЗОВесовой блок содержит функциональный преобразователь 7-1 и умножйтель 7-2.Цифровой интерполяционный фильтрработает следующим образом.Обрабатываевый процесс Х, в параллельном двоичном коде подается навход цифрового интерполирующего Фильтра (фиг.За). На тактовый вход интерполирующего фильтра подаются тактовые 4 Оимпульсы ТИ (фиг.Зб), определяющиешаг1 временной дискретизации входного процесса. Двоичный код, соответствующий длине интервала группирования и , подается на управляющий 45вход фильтра, который соединен с втоРыми входами первого 2 и второго 15делителей, цифрового компаратора 14.Блоком 12 управления, включающимсчетчик 13 и цифровой к:омпаратор 14, 5 Оформируются импульсы следующие с периодом п 6, (Фиг.2 б,в, фиг.З в),Подаваемые на вход сброса накапливаюшего сумматора 1 и тактовые входы пер-,вого 3, второго 4, третьего 5 и четвертого 6 регистров.На выходе накапливающего сумматора 1 на -том шаге временной дискретизации Формируется сумма 1 Фсрф х; (1) сР 1 Текущий -тый шаг интерполяции (и дискретизации) представляется в виде 1=п+ чГ 11 р(2) где п- интервал группирования,- номер ближайшего узла интерполяции, расположенногослева от текущего интервала временной дискретизации;ч - номер текущего интерваладискретизации, отсчитываемый от ближайшего (слева)узла интерполяции:ч.=О, (п), З=Е( -)9(3)где Е( ) - целая часть числа,.На выходе первого делителя 2,формируются нормированные значения(фиг,З г):у (1) = - у(1) (4)1И иВ интервалах дискретизации, соответствующих узлам интерполяции, на выходе первого делителя 2 формируются отсчеты (Фиг.З г):1 1(1+11"ру = у = -(5)р 1 Ьр а 1 которые по синхроимпульсам , формируемым на выходе цифрового компаратора 14 (Фиг.Зв), записываются в первый 3, второй 4, третий 5,и четвертый 6 регистра (при этом последовательно соединенные регистры,З"6 образуют регистр Сдвига).Синхроимпульсы на выходе цифрового компаратора 14 (Фиг.Зв) формируются в интервалах дискретизации, соответствующих узлам интерполяции.Код переменной ч Формируется на выходе счетчика 13. На выходе второго делителя 15: Формируются коды нормированных значений переменнойч = чн(1) ч, 1 нппп(6) Коды переменной чя подаются на вторые (управляющие) входы управляемьж первого 7, второго 8,третьего 9 и четвертого 10 весовыхб локов, на первые входы которых подаются соответственно двоичные кодыотсчетов ун, 1+1 Ун, 3, Ун 3-1,У, 3-2.Благодаря применению управляемых весовых блоков, в которых произво" дится управление весами в зависимости от положения текущего момента времени относительно узлов интерполяции, в интерполяторе 16 осуществляется симметричная квадратичная интерполяция значений текущего средлнего ш,) по четырем отсчетам уН 3+1, Ун 3, Ун 3 1 Ун 3-2, подаваемые на первые входы весовых блоков.Симметричная квадратичная интер" поляция реализуется следующим образом:а) по трем отсчетам у 3-2 уНН 3-1 Ун, 3 Формируется левый интерполирующий полином Ун 3-2 Ун 3 1 Ун 3 УН 3 2+(Ун 3 1 Ун 32)1чн (1 + 2(ун 3-2 - 2 У, 3-1 ++ (Ун 3 1 + 2 Ун 3 + Ун 3+")" х ч(1.) (ч) х)-1),(8) В выражениях (7), (8) переменная чн(1) определяется согласно Формуле (б),Симметричньй относительно интервала оценивания (3- 1) 3 интерполирующий полином Формируется как среднее значение левого и правого интерполирующих полиномов:б) по трем отсчетам ун, 3 1 УН 3 Ун 3+1 формируется правый интерполирующий полиномУН 3 " Ун 3Ун Оценка текущего среднего щ в каждый момент времени 1 равна значению интерполирующего полинома Р: Лп 1(1) = уннт(1) =( ч 3 2 ун3 1 Ун 3 Ун 3+1) (10)Формирование левого Р 1(1)право- О го Р и симметричного Р интерполирующих полиномов поясняются эпюрами фиг,Зе. Подставляя выражение (7), (8) в (9) и приводя подобные члены, можно записать15Р(1) = А(ч (1) )ун, 3-2 + В(чН(1 у 3-1 + С(ч(1 Ун 3 + й(ч,(1 хХ УН 3+"20Формирование каждого слагаемого,входящего в выражение (10), осуществляется управляемыми весовыми блоками 7-10, на первый вход которых по 25 даются отсчеты ун, а на второй вхол -переменная ч(1) . Благодаря этомузначения коэффициентов А, В, С, Р вформуле (11) изменяются в зависимости от положения текущего моментаЗ 0 времениотносительно узлов интерполяции (3-1)3, интервал аргументов между которыми и является интервалом интерполяции. При переходе аргумента д через узел интерполяциипроисходит сдвиг четырех участвую 35щих в процедуре интерполяции отсчетов уна один узел вправо.Применение симметричной квадратичной интерполяции позволяет фор 4 О мировать с малой полной ошибкойфильтрации оценку среднего значенияпроцессов с динамично изменяющимсяво времени нестационарным среднимзначением. При этом интервал памяти45 интерполирующего фильтра определяется интервалом группирования отсчетов п,р,Изменение интервала сглаживания(интервалы памяти) в предлагаемом50 устройстве не влечет за собой изменения объема аппаратурных затрат иобеспечивается изменением значениядвоичного кода пподаваемого науправляющий вход устройства. Приэтом изменяется период следованияимпульсов с выхода цифрового компаратора 14 которые соответствуют расстоновке узлов интерполяции на временной оси (фиг.З в, г, д).(15)Из приведенных выражений видно,что А(чн) = 0(чн). Графики ФункцийА(чН), В(чН), С(ч), П(чн) приведенны на Фиг.5,Ф о р м у л а изобретения Цифровой интерполирующий Фильтр, содержащий квадратичный интерполятор выполненный в виде сумматора, первого, второго, третьего, и четвертого весовых, блоков и последовательно соединенных первого, второго,Структура весового блока 7 непосредственно следует из выражения (11) и приведена на Фиг, 4 (весовые блоки 8-10 имеют аналогичную структуру), где 7-1 - Функциональный преобразователь, реализующий Функцию А(ч ) (блоки 8-10 реализуют соотНветственно Функции В(чН), С(чн), 0(чн, 7-2 - умножительнФункции, реализуемые Функциональными преобразователями 7-1, 8-1, 9-1, 10-1, имеют вид: третьего и четвертого регистров, выходы которых соединены через соответ.ствующие весовые блоки с первым,вторым, третьим и четвертым входами 5сумматора соответственно, а такжеблок управления, первый выход которого соединен с тактовыми входамирегистров с первого по четвертый,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения Фнукциональныхвозможностей за счет обеспечения .регулирования интервала памяти фильтра, в него введены последовательносоединенные накапливающий сумматори первый делитель, выход которогосоединен с входом первого регистра,и второй делитель, .выход которогоподключен к вторым входам всех весовых блоков, а блок управления выполнен в виде последовательно соединенных счетчика, вход которого является тактовым входом блока управления и соединен с тактовым входом на капливающего сумматора, и цифровогокомпаратора, выход которого являетсяпервым выходом блока управления и соединен с входами сброса накапливающегосумматора и счетчика, выход которогосоединен с первым входом второго делителя,второй вход которого соединен с вторыми входами первого делителя и цифровогокомпаратора и является управляющимвходом цифрового интерполирующегофильтра, входом которого являетсявход накапливающего сумматора.1653132 дг 28. 5 Составитель С. Муэ Техред к актор Т щкарева орректор Н,Ревска ираж 458 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 2 б 62БНИИПИ Гост рс гневного коми 11 ЗОЗ 5 Мос ета по иэобра, Ж, Рау Подписноетениям и открытиям при ГКНТ ССС екая наб д, 4/5