Устройство для вычисления коэффициентов нерекурсивных полосовых фильтров

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОцИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 19) .ъ 2 55 0 06 Г 15/353 ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРС.КОМ ЕТЕЛ Н(71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта им, М.Т, Елизарова(56) Авторское свидетельство СССР М 1309040, кл. 6 06 Г 15/353, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1322864, кл. 0 06 Р 15/332, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕРЕКУРСИВНЫХ ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для синтеза дискретных полосовых фильтров, и может найти широкое применение при построении цифровых спектральных анализаторов и блоков управления адаптивных полосовых фильтров, построенных на современной технологической базе - микропроцессорах и микроЭВМ. Цель изобретения - упрощение устройства.В устройство входят блок 1 вычисления коэффициентов, блок 2 микропрограммного управления, блок 3 весовой обработки, блок 4 быстрого преобразования Фурье, блок 5 вычисления коэффициентов, формирователь 7 настроечных коэффициентов. 5 ил;Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к усройствам для синтеза дискретных полосовых фильтров, и может найти широкое применение при построении цифровых спектральных анализаторов и блоков управления адаптивных полосовых фильтров. Целью изобретения является упрощение устройства,Рассмотрим принципы, на которых основана конструкция устройства,1. Импульсной характеристикой дискретного полосового фильтра (ДИХ) являетсяфункция Ь(п), определенная на симметричном интервале (-а, а) целых чисел, обладающую свойством й(п) = Ь(-и) при и(-а, а ) иЬ(п) = О при п 6:(-а, а ).2, Частотной характеристикой дискретного полосового фильтра называют функцию Н(а), где а - круговая частота, видаН(и)=2, й(п) спп 1 оэп), 11)и= - аобладающую свойствамиа з)п и -- к)аПоследнее свойство (3) основано на теореме Котельникова, примененной для интерполяции частотной характеристики Н (и ) по конечному числу 2 а ее отсчетов Н( - М )(к=О, а),ф, 7, о -параметры, определяющие требуемые частотные свойства полосового фильтра нижних частот, соответственно ширину полосы пропускания, ширину полосы среза (переходной полосы), неравномерность характеристики,л /а - максимально возможнь)й шаг по частоте щ, при котором с учетом свойства (3) функция Н(а) обладает заданными параметрами ф, м, О. Тогда, учитывая свойство (2), получают, что величина М = 2 а может служить нижней оценкой длительности ДИХ полосового фильтра нижних частот. Если принять л/а= 2 Л и М = М/2, то с учетом свойства (имеют2 Хгде М - половина длительности ДИХ фильт ра, характеризующая число экстремальных--с. с 51 й/2+и:2 79/2+и а где 1, е - константы, требующие определения,Константу я определяют из условияи ри м = ф)/2 или а = ф/2 + м Е со) = 1или Е(в) =О. Получаютд2 Т 1 +д)(6)Константа 1 легко определяется из условия1 Ь=л/2 .Откуда ф 1 = - х-.Л2 ХОценивают величину Лмаксимальновозможного шага по частоте при заданиифункции Е(в), Используют свойство, основанное на свойствах функции с ограниченным спектром и ее максимальнойпроизводной: приведенная к единице функция с ограниченным спектром и большей позначению максимальной производной имеет более широкий спектр и, следовательно,должна иметь меньший по величине периодследования отсчетов при своем задании,чем приведенная к единице функция с меньшей по значению максимальной прбизводной, Из анализа Е(в) следует, что в полосахпропуекания и подавления максимальновозможный шаг по частоте не должен превышать величины 2 Ь(аппроксимирующаяее функция есть косинусоида). При атом наибольшая производная для приведенной кединица данной функции Е(в) в указанныхполосах частот пропускания и подавленияравна-я/2 Ь. (7)Находят наибольшую по величине производную для функции в полосе среза:ф/2; ф/2 +т 7, Данная функция Е(в) в указанной полосе частот является. приведенточек частотной характеристики Н(в) фильтра,Соответственно через й/) и Ир обозначают величины5=Ь "= 2 т 5)характеризующие число точек частотной характеристики соответственно в половинеполосы пропускэния и полосе среза,О Определяют величину А Вводят в рассмотрение функцию Е( в), описывающуюхарактеристику фильтра-Ь( -1) ной к единице, наибольшая по модулю еепроизводная имеет место на частоте(0,5+ я).(8) Величину Л определяют из условия равенства производных (7), (8), рассмотренных выше, составляющих функций Ца) на границе полос пропускания и среза или среза и подавления,т,е. нэ частотах в =ф/2 или й) =ф/2+1/(8), (9), приходят к выводу, что величина 2 Ь,определенная формулой (9), является максимально возможным шагом по частоте призадании функции Г(в). Принимают Н(в) = Г(в),Тогда переходя к дискретной частоте К, имеют следующий вид формулы для Н(К) 35Кроме того, подставляя величину Ь(9) вформулу для йр из (5), получают следующеесоотношениепдй)/ = -- . 40ЛНа фиг. 1 дана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - формирователь настроечных коэффициентов, на фиг,3 и 4 - соответственно первый и второйблоки вычисления коэффициентов; на фиг. 5 -блок весовой обработки,Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 вычисления коэффициентов, блок 2 микропрограммного управления, блок 3 весовойобработки, блок 4 быстрого преобразования Фурье, блок 5 вычисления коэффициентов, вход 6 задания режима иформирователь 7 настроечных коэффициентов,55Формирователь 7 настроечных коэффициентов (фиг. 2) содержит делители 8, узел9 постоянной памяти коэффициентов, элемент задержки 10, элемент НЕ 11 и регистры 12,Блок 1 вычисления коэффициентов (фиг, 3) содержит сумматоры 13, ключи 14, умножитель 15 и узел 16 постоянной памяти коэффициентов.Блок 5 вычисления коэффициентов (см. фиг. 4) содержит сумматоры 17, вычитатели 18, делители 19, умножители 20. узел 21 постоянной памяти коэффициентов и ключи 22.Блок 3 весовой обработки (см, фиг. 5) содержит (й+1) регистров 23, (й+1) делителей 24 и умножитель 25.Блок 1 содержит также вычитатели 26,Устройство работает следующим образом. При поступлении единичного значения сигнала на вход задания режима на выходе блока 2 формируется прямоугольный сигнал длительности т; Величина топределяется временем вычисления в формирователе 7 настроечных коэффициентов й, йф й)/, д, - пд, При этом пб заднему фронту данного импульса осуществляется сброс в "0" регистров 23 в блоке 3. По переднему фронту данного фронта через элемент задержки 10 формирователя 7 осуществляется чтение из узла 9 величины - пд по адресу д, Единичное значение сигнала формируется на четвертом выходе блока 2. На втором выходе последнего формируются прямоугольные импульсы, а на первом выходе - соответствующее значение кода сигнала,В зависимости от кода сигнала на выходах группы блока 2 осуществляется запись взвешенного частотного коэффициента в регистры 23 блока 3, Выработка единичного значения сигнала на соответствующем выходе сигнализирует о готовности к преобразованию Фурье всех частотных настроечных коэффициентов, по которым в блоке 4 осуществляется формирование требуемой половины импульсной характеристики полосового фильтра нижних частот с заданными частотными свойствами (вторая половина одинакова с первой, так как в соответствии со свойством (1), импульсная характеристика симметрична). Инициирование нового процесса формирования импульсной характеристики возможно только после сброса в ноль значения сигнала на входе 6 задания режима устройства с последующим переводом его в единичное состояние. Формула изобретения Устройство для вычисления коэффициентов нерекурсивных паласовых фильтров, содержащее первый блок вычисления коэффициентов, блок весовой обработки, блок микропрограммного управления и блок быстрого преобразования Фурье, причем первый, второй, третий и четвертый выходы блока микропрограммного управления подключены соответственно к входу параметра, первому, второму и третьему управляющим входам первого блока Вычисления коэффициентов, выход которого подключен к первому информационному входу блока Весовой обработки, группа выходов которо- го подключена соответственно к группе инФормационных входов блока быстрого преобразования Фурье, группа выходов которого является группой информационных выходов устройства, входом задания режима которого является вход задания режима блока микропрограммного управления, группа выходов которого подключена к группе управляющих входов блока весовой обработки, установочный вход которого подключен к четвертому выходу блока микропрограммного управления, причем первый блок вычисления коэффициентов содержит два сумматора, два вычитателя, умнажитель, шесть ключей и узел постоянной памяти коэффициентов, выход которого подключен к г,ервому Входу умнажителя, выхад катарога подклОчен к информационному входу первого ключа и первому входу первого сумматора, Выход которого подключен к информационному входу второго ключа, выход котааога соединен с Выходам первого ключа и является выходом первого блока Вычисления коэффициентов, первым и вторым информационными входами кото- рога являются Соответственно первый и второй входы второго сумматора, выход которого подключен к первому входу первого вычитателя, выход которого подключен к информационному входу третьго ключа, выход которого соедлнен с выходом четвертого ключа и подхвачен к адресному входу узла постоянной памяти коэффициентов, второй вход первого вычитателя соединен с информационным входам четвертого ключа и является входом параметра первого блока вычисления коэффициентов, третьим инФормационным входом которого являются соединенные между собой информационный вход пятого ключа и первый вход второго вычитателя, выход которого подключен к информационному входу шестого ключа, выход которого соединен с выходом пятого ключа и подключен к второму входу умно- жителя, вход разрешения чтения узла постоянной памяти коэффициентов является первым управляющим входом первого блока вычисления коэффициентов, вторым управляющим входам которого являются соединенные между собол управляющие входы первого, третьего и шестого ключей, а соединенные между сарой управляющие входывторого, четвертого и пятого ключей являются третьим управляющим Входом первогоблока вычисления коэффициентов, второйвход первого сумматора и второй вход второго вычитателя являются входами задания соответственно логической "1" и логического "О" устройства, при этом блок весовой обработки содержит умножитель, й + 1 Ивчисло вычисляемых каэффлциентов) делителей и 8+1 регистров, причем Выход 3-га ( =1,И+1) делйтеля подключен к информационному входу 1-го регистра, выход которого является 1-ым выходом гру 1 пы блока Весовой обработки, установочным Входом которого явля;атся соединенные между собой установочные входы всех регистров, тактовые входы которых образуют группу управляющих входов блока весовой обработки,первым информационным входом которога являются соединенные между собой первые 25 входы всех делителей, второй вход )-га ) =2,8+1) делителя соединен с первым Входам умножителя и является вторим информационным Входом бла а весовой обработки.второй Вход первого делителя подключен к ЗО Выходу умножителя, второГ Вход котарагаявляется входом задания константы блока. Весовой обработки, а т л и ч э ю щ е е с ятем, что, с целью упрощения устройстваоно содержит второй блок вычисления коэфФициентов и формирователь настроечных коэффициентов, первый и второй выходы которого подключены соответственна к первому и второму информационным Входам первого блока Вычисления коэффициентов, соответственно первому и второму информационным входам второго блока вычисления коэффициентов,соответственно первому и второму входам нас; райки блока микропрограммногоуправления и являются соответственно выходами первого и второго параметров устройства, первым, Вта;:.:ь;м и третьим информационными входами которого являются соответственно первый, Второй и третий информационные входыформирователя настроечных коэффициентов, третий Выход которага является Выходом третьего параметра устройства и подключен к второму информационному входу блоа Весовой обработки и третьему входу настройки блока микропрограммного управления, четвертый выход которого подключен к управляющему входу формирователя настроечных коэффициентов, четвертый выход которого является выходом четвертого параметра устройства и под5 10 15 ключен к третьим информационным входам первого и второго блоков вычисления коэффициентов, пятый выход формирователя настроечных козффициен-ов является выходом пятого параметра устройства и подключен к четвертому информационному входу второго блока вычисления коэффициентов, вход параметра которого подключен к первому выходу блока микропрограммного управления., второй, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам второго блока вычисления коэффициентов, выход которого подключен к первому информационному входу блока весовой обработки, причем формирователь настроечных коэффициентов содржит узел постоянной памяти коэффициентов, элемент задержки, элемент НЕ, четыре делителя и пять регистров, причем выход элемента задержки подключен к входу разрешения чтения узла постоянной памяти коэффициентов, выход которого подключен к информационному входу первого регистра и первому входу первого делителя, выход которого подключен к информационному входу второго регистра и первому входу второго делителя, выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого делителей, выходы которых подключены к информационным входам соответственно третьего и четвертого регистров, вторые входы третьего и второго делителей являются соответственно первым и вторым информационными входами формирователя настроечных коэффициентов, третьим информационным входом которого являются соединенные между собой адресный вход узла постоянной памяти коэффициентов и информационный вход пятого регистра, вход элемента задержки соединен с входом элемента НЕ и является управляющим входом формирователя настроечных коэффициентов, выходами с первого и пятый которого являются выходы соответственно третьего, четвертого, второго, пятого и первого регистров, тактовые входы которых подключены к выходу элемента НЕ, а вторые входы первого и четвертого делителей подключены к входу задания константы формирователя настроечных коэффициентов, при этом второй блок вычисления коэффициентов содержит три делителя, четыре умножителя, три сумматора, четыре ключа, шесть вычитателей и узел постоянной памяти коэффициентов, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, выход которого подключен к первому входу. первого вычитателя, выход которого подключен к первым входам второго вычитате-. 20 25 30 35 40 45 50 55 ля и первого сумматора. выходы которых подключены к информационным входам со. ОтВЕСтВЕННО ПЕРВОГО И ВТОРОГО КЛЮчвй, ВЬ- ходы которых соединень между содой и являются выходом второго блока вычисления коэффициентов, первым информационным входом которого является первый вход второго сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего вычитателя, выход которого подключен к информационному входу третьего ключа и первому входу четвертого вычитателя, выход которого подключен к информгционному входу четверо- ГО КЛЮЧЗ. ВЫХОД КОТОРОГО СОЕДИНЕН С выходом третьего ключа и подключен к первому входу второго умножителя, гыход кОтО" рсго подключен к первому входу трегьего умножителя, выход которого подключен к адресному входу узла постоянной памяти коэффициентов, вход разрешения чтения которого является первым управляющим входом второго блока вычисления коэффициентов, вторым информационным входом которого являются соединенные между собой первые входы первого и вторсго делителей, выходы которых подключены к вторым вхоцам вторых соответственно сумматора и умножителя, упоавляющие входы второго и третьего ключей подкл Очены к второмууправляющему входу второго блока вычисления коэффициентов, третьим информационным входом которого являются соединенные между собой первые входы первого делителя и пятого вычитателя, выход которого подключен к первому входу четвертого умножителя, выход которого подключен к второму входу тре.ьего делителя, выход которого подключен к второму входу первого вычитателя и первому входу третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу первого умножителя, управляющие входы первого и ЧЕтВЕРтОГО КЛЮчЕй ПОДКЛЮЧЕНЫ К тРЕтЬЕМУ управляющему входу второго блока вычисления коэффициентов, четвертым инфоомационным входом которого является первый вход шестого вычитателя, выход которого подключен к второму входу третьего умно- жителя, второй вход третьего вычитателя является входом параметра второго блока вычисления коэффициентов, первым входом константы которого являются соединенные между собой вторые входы первого и второго делителей и четвертого умножителя, второй вход третьего сумматора является вторым входом константы второго блока вычисления коэффициентов, входом логического "0" которого являются соединенные между собой вторые входы второго, четвертого и шестого вычитателей, а в 1 арые входыпервого сумматора и пятого вычитателя соединены между собой и являются входом логической "1" второго блока вычислениякоэффициентов.1647587Составитель А,Баранов едактор М,Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор В,Гирняг Заказ 1649 Тираж 416 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета во изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10