Многоканальный фильтр случайных процессов

Союз СоветскихСоциалистическихрестзубпнн ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ СТ 8 У(51)М, Кл. С 06 С 7/19 Гаеударотееиый каиитет СССР во делам изобретений и открытийФДата опубликования описания 30, 01, 82(72) Автор изобретения В.А.Блинов Лаборатория аэрометодов Всесоюзного аэрогеологического научно-производственного об.ьединения "Аэрогеология"(5 Й) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВИзобретение относится к устройствам обработки сигналов и может быть использовано в системах переработки информации, в частности для решения задач распознавания образов наприУ5 мер геологогеографических объектов на снимках.Известны многоканальные фильтры случайных сигналов, предназначенные для выделения на фоне помех многомер ных сигналов, являющихся случайными векторными функциями. Такие фильтры содержат многоканальные сумматоры и интеграторы, а также матричные блоки и представляют собой многомерные динамические системы с отрицательной обратной связью, осуществляе" мой через матричный блок. В этих системах выходной векторный сигнал формирует на выходе многоканального интегратора, охваченного местной обратной связью из сигнала рассогласования, предварительно преобразованного другим блоком 11,Недостатком данных фильтров является неограниченная и неуправляемая длительность переходного процесса, а значит и памяти Фильтра, что может приводить к ухудшению качества выде- ления сигналов в результате устаре.- вания информации.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является, многоканальный Фильтр случайнцх сигналов, содержащий в-канальный и и -канальный сумматоры (и Ъ а), суммирующие входы первого из которых являются входами фильтра, и-канальный интегратор, входы которого соединены с выходами второго сумматора,а выходы являются выходами фильтра, первый матричный блок с щ входами,4подключенными к выходам первого сумматора, и п, выходами подключенными к первым и суммирующим входам второго сумматора, второй матричный блок с и входами, соединенными с выходами интегратора, и и вы 3 924723ф ходами, соединенными с вторыми сум- циентов сФ входами, подключенными к мирующими входами второго суммато" выходам первого сумматора соответра, третий матричный блок с п вхо" ственно, и и выходами подключенными дами, подключенными к вычитающим к суммирующим входам первой группы входам первого сумматора. % второго сумматора соответственно,Первый сумматор вырабатывает раз- второй матричный блок формирования веность между входным и преобразованнымсовых коэффициентов с и входами, соепосредством третьего матричного бло" диненными с выходами интегратора сока выходным векторными сигналами. По" ответственно, и п выходами, соединенлученный щ-мерный сигнал рассогласова ными соответственно с суммирующими ния подается на вход первого матрич- входами второго сумматора, третий ного блока, где он преобразуется в матричный блок формирования весовых п-мерный сигнал, Этот сигнал поступа коэффициентов с и входами, подключенет во второй сумматор, где складыва- ными к выходам интегратора соответется с сигналом местной обратной 1 б ственно и а выходами, подключенными к высвязи, формируемым вторым матричным цитающим входам первого сумматора, блоком. Выходной сигнал второго сум" ;введены четвертый матричный блок форматора покомпонентно интегрируется мирования весовых коэффициентов и интегратором, после чего он подается тп-канальный блок задержки, входы на входы второго и третьего матриц- о которого соединены с выходами первого ных блоков, которые реализуют соот- сумматора соответственно, а выходы . ветственно местную и общую обратные подключены к входам четвертого матсвязи 2 1, ричного блока формирования весовыхНедостатком известного фильтра яв- коэФФициентов соответственно, п выляется. то,что его выходной сигналходов которого соединены с вычитающизависит от всех значений входного ми входами второго сумматора. сигнала начиная с,момента начала ра - На Фиг.1 приведена структурная схеботы, Однако во многих случаях зна- ма Фильтра; на Фиг.2 - схема матрицчения входного сигнала в прошедшие ного блока Формирования весовых коэфмоменты времени, далеко отстоящие от фициентов; на Фиг.3 " структурная данного момента времени, не несут ни- схема блока переменного коэффициента. какой информации о полезном сигнале, Многоканальный Фильтр случайных соответствующем данному моментУ процессов содержит щ-входовцй 1. и Более того, эти значения входного сиг- и-входовый 2 сумматоры, и -канальный нала могут содержать неправильную интегратор 3, аканальный блок 4 заинформацию о полезном сигнале и бу- держки и четыре матричных блока 5-8.35дут только мешать измерению пара- формирования весовых коэффициентов, метров, выделяемых в данный момент Матричный блок Формирования весовремени. Таким образом, неограничен- вых коэффициентов в общем случае именая память Фильтра, вообще говоря, ет А входов ивыходов и содержит ръю40является его недостатком, которыи сумматоров 9, а также ф групп по с может быть устранен путем ограниче- блоков 10 переменного коэффициента ния длительности его импульсной реак- (БПК), причем выходы каждого БПК из ции. 1-й группы подключены к входам 1-гоЦель изобретения - повышение точ- сумматора 9 (=Р), -е БПК 1 О ности фильтрации за счет обеспече- каждой иэгрупп имеют общий вход, ния заданной конечной длительности который является -м входом матричпамяти фильтра. ного блока =1),Указанная цель достигается тем, БПК 10 содержит постоянное започто в многоканальный фильтр случайных минающее устройство (ПЗУ)11, сумма- процессов, содержащий щ-канальный торы 12,первые входы которых подклюи и-канальный сумматоры (и ),в), сум- цены к выходам ПЗу соответственно, мирующие входы первого из которых интеграторы 13, выходы которых соеявляются входами фильтра п -канальный аиненц с вторыми входами сумматоров интегратор, входы которого соединены 12 соответственно, выход К-го сумсоответственно с выходами второ- ф матора (11р) соединен с го сумматора, а выходы являются входом 1+1 интегратора, выход послед- выходами фильтра, первый матричный него р-го сумматора подключен к блок формирования весовых коэффи- первому входу узла 14 умножения, втоформула изобретения 5 Э 247 рой вход которого является входом блока, а выходом блока является выход узла 14 умножения, вход первого интегратора соединен с дополнительным выходом ПЗУ 11.5фильтр работает следующим образом.Сумматор 1 вырабатывает разность между векторным входным сигналом и сигналом, вырабатываемым матричным блоком 7. Поэтому для матричного о блока 7 Р =в, На его вход же поступает выходной векторный сигнал, имеющий размерность и . В соответствии с этим для блока 7 д. =и. 1-я компонента выходного сигнала =1 4 ) поступает на вход БПК 10 1 каждой 1-й группы. Выходные сигналы БПК 1-й группы суммируются в соответствующем сумматоре 9, вырабатывая 1-ю ,компоненту выходного сигнала матрйчно- о го блока, БПК 10, входящий в состав матричных блоков, в том числе и блока 7, осуществляет умножение сигнала, поступающего на вход, на заданную функцию времени посредством узла 14 25 умножения. Учитывая, что любая непрерывная функция сколь угодно точно ,может быть аппроксимирована полиномомостаточно высокой степени, сигнал, .соответствующий упомянутой заданной зо функции времени, может быть сформирован следующим образом. Выходные сигналы ПЗУ 11 соответствуют (р+1) коэффициентам аппроксимирующего по" линома, которые заносятся в ПЗУ 11 перед началом работы Фильтра. (р+1)-й сигнал после интегрирования в интеграторе 131 поступает на второй вход сумматора 12, где он складывается с .первым выходным сигналом ПЗУ 11, после чего выходной сигнал сумматора 12подается в интегратор 13и т.д. Выходной сигнал сумматора 12 подается на первый вход узла 14 умножения, где в результате умножения на входной сигнал и вырабатывается выходной сигнал БПК 10.в-мерный сигнал рассогласования с выхода сумматора 1 поступает в матричный блок 5, для которого А=щ, 9=п, где он преобразуется в и-мерный сигнал. Все матричные блоки ра" ботают одинаково.Одновременно выходной сигнал сумматора 1 подается в блок 4 запазды- . вания, в котором осуществляется временной сдвиг на величину заданной длительности памяти фильтра. Полу" ченный сигнал с выхода блока 4 задержки поступает в блок 8, где онтакже преобразуется в п-мерный сигнал Ф=щ, 9 =и), В сумматоре 2, куда поступают сигналы О 5 и О с выходов блоков 5 и 8, а также сигналО 6 с местной обратной связи, формиру.емый блоком 6, вырабатывается сигнал равныи (О- ОВ+ О). Этот сигнал покомпонентно интегрируется интегратором 3, после чего подаетсяна входы блоков б и 7, которые реализуют соответственно местную и общую обратные связи в многоканальномфильтре случайных процессов. Техническое преимущество изобретения перед аналогичными известными решениями состоит в том, что применение данного фильтра позволяет улучшить качество обработки сигналов за счет устранения мешающего влияния устаревшей информации при перехо де к новым, выделяемым на фоне шу- мов объектами. Многоканальный фильтр случайныхпроцессов, содержащий в-канальный и и-канальный (и в) сумматоры, суммирующие входы первого из которых являются входами фильтра, и-канальный интегратор, входы которого соединены соответственно с выходами второго сумматора, а выходы являются выходами фильтра, первый матричный блок формирования весовых коэффициентов с в входами, подключенными к выходам первого сумматора соответственно, иФи выходами, подключенными к суммирующим входам первой группы второго сумматора соответственно, второй матричный блок формирования весовых коэффициентов с и входами, соединенными с выходами интегратора соответственно и и выходами, соединенными соответственно с суммирующими входами второго сумматора, третий матричный блок Формирования весовых коэфФициентов с п входами, подключенными к выходам интегратора соответственно и в выходами, подключенными к вычитающим входам первого сумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности фильтрации за счет обеспечения заданной конечной длительности памяти фильтра, он содержит четвертый матричный7 9247 блок формирования весовых коэффициен- . тов и щ-канальный блок задержки, входы которого соединены с выходами первого сумматора соответственно, а выходы подключены к входам четвертого матричного блока формирования весовых коэффициентов соответственно, и выходов которого соединены соответственно с вычитающими входами второго сумматора. 23 8Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. ШепЬегдег 0.6, Ап 1 пгодцст,1.оп йо оЬзерчегз, ТЕЕЕ Тгапз. апАцйоаай 1 с. Сопйго 1 Чо 1. АС, ю 6,ОесееЬег, 1971,2. Солодов А,В, Методы теориисистем в задаче непрерывной линейной фильтрации. М., "Наука", 1976,с. 219 (прототип).92723 иг,Составитель В. ФукаловТехред Е. Харитончик Реаетн Редак орректсрПилипе Тираж 32 ПИ Государственного комитета СС едлам изобретений и открытий 35 Москва, 3-35, Раушская наб, Заказ 2821/68 дписн пиал ППП "Патент"