DE1616410A1 - Kanonischer Digitalfilter und Schaltung mit einem solchen Filter - Google Patents

Description

JHPL. ING. B.

89 ADGSBUEG

^HIIiIPPINE-WEI₁SEB-STBAeSBl*

E. 665

Augsburg, den 19. Februar 1968.

Raytheon Company,. Lexington (Massachusetts), Vereinigte

Staaten von Amerika ·

Kanonischer Digitalfilter und Schaltung mit einem solchen,

Filter - . ·

Die Erfindung betrifft Digitalfilter und "bezieht sich insbesondere auf kanonische Digitalfilter. Kanonische Filter können hinsichtlich ihres Aufbaues so gestaltet werden, daß sie sich für die verschiedensten besonderen Verwendungszwecke eignen, doch ist es schwierig, die Parameter solcher Filter so zu ändern, daß ein einziger Filter für eine Mehrzahl verschiedener Filtervorgänge

109816/033 5

verwendet werden kann. Ist beispielsweise ein kanonischer Filter für die Ausführung eines besonderen gewünschten Filtervorganges geeignet und wird gewünscht, daß ein anderer FiItervorgang ausgeführt wird, so kann dafür ein solcher kanonischer Filter Anwendung finden, vorausgesetzt, daß derselbe zuvor auf die Anforderungen abgestellt wird, welche der genannte andere Filtervorgang an den Filter stellt. Dies bedeutet, daß in bestimmten Anwendungs fällen jeweils mindestens zwei kanonische Filter Anwendung finden missen, die hinsichtlich ihrer Auslegung dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt sind. Es ist bisher noch nicht möglich gewesen, einen einzigen kanonischen Filter zur Ausführung mehrfacher Filtervorgänge zu benutzen, was seinen Grund darin hat," daß die einmal gewählten EiJ.terkoeffizienten für eine bestimmte Filtertätigkeit ausgewählt werden müssen und sodann festliegen, so daß danach ein solcher kanonischer Filter nicht mehr länger als allgemein anwendbar bzw. kanonisch bezeichnet werden kann. Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen einzigen kanonischen Digitalfilter für mehrere gewünschte Filtervorgänge verwenden zu können, ohne daß an der mechanischen Ausführung bzw. Verdrahtung des Filters irgendetwas geändert wird. Die Erfindung bezweckt also, anstelle bisher mehrerer kanonischer

- 2 109818/6335

.Digitalfilter für verschiedene !E¹IItervorgangenunmehr nur einen einzigen kanonischenDigitalfilter zu verwenden.

Kanonische filter haben bereits sehon Anwendung für die Aüsführung analoger Vorgänge gefunden, doch hat die Forderung nach, einer ernoiiten Ärbeitsgenauigkeit dazu geführt, daß auch.digitalekanonische Verfahren angewendet werden. Bei der Ausführung digitaler Eiltervorgänge ergeben sich gedoeh Schwierigkeiten mit Bezug auf die Brreichung höherer Arbeitsgeschwindigkeiton» waö söiiie Ursache insbesondere darin hat j daß eine zu große Anzahl von Multiplikationen ausgeführt werden muß und daß es bisher nicht gelungen ist, kanonische !filter in Verbindung mit -der Ausführung digitaler Vorgänge mit noiier Geschwindigkeit zu verwenden, obwohl solche Filter bereits bei der Ausführung von langsam ausztLCuhrenden VorgäDgeniBit Erfolg angewandt worden sind* Uie der Erfindung zugrundeliegende Aufgäbe^sbeiiihaltet demgemäß außerdem^ die Vermeidung der durchzuführenden l|uLtiplikationen bei^^ Ausführung eines Filtervorganges, wodurch.es möglieh wird, kanonische Filter slvlcL· mit hoher Geschwindigkeit in digitaler Form · zu betreib eg <';Mit -dem erfindungsgemäßen kanonischen Digitalfilter ist es also möglich, digitale Vorgänge mit hoher Geschwijadigkeit auszuführen und außerdem durch

109β16/033S

1641O

Änderung elektrischer Filterparameter anstatt der bisher üblichen Änderung mechanischer Filterparameter eine Vielzahl von Filtervorgängen ausführen zu können»

Gemäß der Erfindung kann ein derartiger kanonischer Digitalfilter mit einem Fachschlageverzeichnis bzw. Bezugsregister versehen sein, in welchem jeweils bestimmte Sätze von jeweils mit einer Bedeutung versehenen Vierten gespeichert sind, die jeweils einer gewünschten Filtertatigkeit zugeordnet sind, wobei diese Werte jeweils mit Veränderlichen von Eingangssignalen kombiniert werden und wobei außerdem eine Einrichtung vorgesehen ist, in welcher bezüglich einer Anzahl dieser Kombinationen diese Veränderlichen der Eingangssignale nach entsprechender Verzögerung um eine bestimmte Anzahl von jeweils einer Einheit entsprechende Perioden mit den aus dem Bezugsregister herrührenden Werten kombiniert werden, so daß sich Signale ergeben, welche anzeigen, ob die jeweiligen Werte der Eingangssignale innerhalb der durch das Bezugsregister festgelegten Filtergrenzen liegen oder nicht.

Die Erfindung beinhaltet außerdem allgemein eine Einrichtung zur Aufsummierung der zu messenden Bingangssignale mit einer Anzahl von Signalen, deren jedes jeweils

109816/0335

einen Wert darstellt, welcher jeweils wiederum entsprechend der jeweils gewünschten FiItereigenschaftmiteiner bestimmten Bedeutung versehen ist, wobei eine "lachschlagetabelle" bzw» ein Bezugsregister vorgesehen ist, in welchem jeweils zwei von der Summiereinrichtung herrührende Produktensätze mit einer Bedeutung versehen* und gespeichert werden, wobei ferner eine Bückkoppelungssehleife vorgesehen ist, in welcher sich eine Einrichtung befindet, mittels welcher die gespeicherten Produkte des einen-Satzes der vom Bezugsregister bezogenen, jeweils mit einer Bedeutung versehenen Werte jeweils fortschreitend mit jeweils um eine Einheit größer werdender Verzögerung · verzögert werden, wonach die von dieser Verzögerungseinrichtung gelief ertea. Äusgangswerte an den ihnen zugeordneten Teil der Summiereinrichtung angekoppelt werden, wobei weiterhin eine Vorwärts-Eöppelungssehleife vorgesehen ist, in welcher der jeweils andere Satz der in dem Bezugsregister mit einer Bedeutung versehenen und gespeicherten Produkte mit jeweils fortschreitend um eine Einheit großer werdender Verzögerung verzögert wird, und wobei schließlich, eine Einrichtung vorgesehen ist, in welcher die einzelnen verzögerten und zuvor gespeicherten Produkte dieses zweiten Produktensatzes verzögerter Werte aufsummiertwerden, so daß sich Ausgangs signale ergeben, die angeben, ob die

- .5--. 109816/033S

in den Eingangssignalen enthaltenen Werte innerhalb der Wertgrenzen liegen, die durch den genannten Filter festgelegt sind.

In weiterer Bedeutung beinhaltet die Erfindung einen Vergleich der Eingangssignale mit jeweils bewerteten Größen eines Bezügsregisters und .die Auswahl eines bestimmten Satzes gespeicherter Produkte jeweils in Abhängigkeit von den EingangsSignalen bei gleichzeitiger Verzögerung der jeweils ausgewählten Produkte um eine jeweils um eine Einheit größer werdende Verzögerung und eine Einrichtung zur Aufsummierung der verzögerten Produkte zwecks Erzeugung von Signalen, welche einen Aufschluß über den gewünschten Korrelationsgrad der Eingangssignale zu diesen gespeicherten Werten geben·

Die Erfindung wird nunmehr zum. besseren Verständnis anhand der anliegenden Zeichnungen nachstehend im einzelnen beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar;

Figur 1 ausnahmsweise ein Blockschema einer

bekannten Art eines kanonischen Digitalfilters,

.. - 6 109816/0335

Figur 2 ein Blockschema einer Ausführungs-

formeines kanonischen Digitalfilters nach der Erfindung, /

Figur 3 ein Blöckschema einer weiteren

bevorzugten Ausführungs form eines kanonischen Digitalfilters nach der Erfindung und

I¹IgUr 4- ein Blockschema einer Ausführungs form

eines kanonischen Digitalfilters nach der Erfindung, die sich, zur Verwendung in Verbindung mit Eadarsystemen eignet.

Wegen der Schwierigkeit des Anmeldungsgegenstandes ist in Figur 1 der Zeichnungen ausnahmsweise der bekannte Stand der Technik dargestellt, der nachstehend zunächst zum Zwecke des besseren Verständnisses der Erfindung in großen Zügen beschrieben wird. Die in Figur 1 dargestellte bekannte Ausführungsart eines kanonischen Filters wird normalerweise in Verbindung mit analogen Bestimmungszwecken verwendet. Bei der analogen Bauform bezeichnet Jedes mit "Register" bezeichnete Bauteil· im allgemeinen eine analoge Verzögerungsstrecke. Filter dieser Art sind

- 7 -. , 109816/0335

auf Seite 135 des Buches von Merrill I. Skolnik "Einführung in Radar syst ernte", aufgelegt bei McQ-raw-Hill, 1962, beschrieben. Die Verzögerungsstrecken derartiger bekannter Filter müssen sehr sorgfältig gesteuert werden, damit die entsprechenden Werte, d.h. die Bezugsgrößen aller Verzögerungsstrecken Jeweils gleichzeitig am Ausgang des betreffenden Registers bzw. der betreffenden Verzögerungsstrecken erscheinen. Dies ist im allgemeinen nur sehr ■ schwer zu erreichen, insbesondere dann, wenn der betreffende kanonische Filter .außerdem auch noch den Nachteil hat, auf Amplitudenänderungen anzusprechen, welche das Bestreben haben, den charakteristischen Bandpaß des Filters im Hinblick auf die jeweils gewünschten Werte zu ändern» Bei dem in Figur 1 gezeigten digitalen Äquivalent eines solchen Filters sind die Verzögerungsstrecken der analogen Version durch Speichereinheiten ersetzt, die beispielsweise ein Speiehervermögen von jeweils acht Bits haben» Die anhand einer Anzahl von. Signalen, deren jedes eine entsprechend der jeweils gewünschten Filtereigenschaft in besonderer Weise bewertete Größe darstellt, zu messenden bzw. zu bewertenden Eingangssignale werden mittels" eines mit V-TJJ bezeichneten Signals einer Summierungsstelle bzw. einem Addierwerk zugeführt. Die Werte dieses Signales sind Bezugswerte, welche'auch die zu messenden Eingangs-

109816/0335

18164JO

signale umfassen. Diese Bezugs werte werden normalerweise .'." zwecks Einführung in das erfindungsgemäße Geräte von einem in der Zeichnung nicht dargestellten digitalen Magnetkerngedächtnis oder einem ähnlichen G-erät bezogen. In Figur Λ sind außerdem eine Rüekkoppelungsstrecke und . eine Torwarts-Eoppelungsstrecke dargestellt, in welchen Werte X^ _ ^ , X^ ^₂ > ^xu -3 Ψ&' ^xn - 4 /bemessen werden, bevor sie deri^vEingangs- und Ausgangs-Summiersteilen zugeführt werden. Bei Digitalsystemen ist eine solche Bewertung gleichbedeutend.mit einem Multiplikatlonsvorgang. So wird beispielsweise irgendein Wert B,, , mit welchem der erste Teil der Filterkehnlinie bewertet wird, mit dem Wert X~ ^ , in dem betreffenden Hegister multipliziert, um auf der ersten in Figur 1 gezeigten Rückkoppelungsstrecke den erstenj in das Addierwerk bzw. die Summiereteile eintretenden '«Tert für das Produkt "B,^ * X_n- _ ^ zu erhalten. Die mit dem Signal Y^*+ gespeiste Summierstelle bzw» das betreffende Addierwerk hat die Form eines üblichen digitalen Addier'-Subtrahiergerätes. Um also den Filter In die Lage zu versetzen, ein Ausgangssignal an den Einlaß des Addierwerkes zu liefern, werden Produkte gebildet, die jeweils aus der vorgenannten Multiplikation hervorgegangen sind und die auf den betreffenden Rückkoppelungsstrecken rückzukoppelnden Werte darstellen« Diese werden sodann

. . - 9—
109816/0335

gesammelt bzw. addiert und gleichzeitig mit der digitalen Bezugsgröße V-™ in dem Eingangs addierwerk summiert. Dadurch wird eine neue Größe. X_n- erzeugt, die beispielsweise am Zeit-'punkt te den Wert X,- haben kann und am Zeitpunkt tg durch X„ ___" wandert, am Zeitpunkt t„ durch X^ _ ρ wandert, am Zeitpunkt t_Q durch Χ*τ _ * wandert und am Zeitpunkt tg durch Xjt _/, wandert* In gleicher Weise werden die fünf vorwärts zugeführten Produkte gebildet, -die mit A₀ · X-vr beginnen und in ihren, ihnen jeweils zugeordneten Addierkreisen aufsummiert werden, so daß sich ein Ausgangssignal V_0OT ergibt. Die Werte von X^, X^_{- 1} , X^ ^₂' X«- __ , und X-^ __ 4_ werden sodann nach rechts verschoben, so daß nunmehr X^ zu X„ ^ wird, Xj, _ . zuL· _ ρ wird, ^N — ?"^ztl ^N — 3 ^w^^r<^· ^Un<^· ^w - % ^zu -^To^- _ 4 wird. Sodann wiederholt sich dieser Vorgang. Jedes Speicherelement bzw. Register stellt mit Bezug auf den Filter einen Pol bzw» eine Null dar. Der dargestellte J¹IIter hat vier Pole bzw. Nullen, wobei bemerkt wird, daß selbstverständlich Filter mit einer beliebigen Anzahl von Polen oder Mullen hergestellt werden können. In digitaler Form ist diese Filterart für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten nicht ausführbar, weil eine zu große Anzahl von Multiplikationen notwendig wäre, um den Filter itt jedem Augenblick auf dem laufenden zu halten. Bei der; in Figur 1 der Zeichnungen dargestellten

- 10 109816/033S

Eilterform würden für jede Umstellung neun Produkte erforderlich sein. Da es vorkommen kann, daß die Filterumstellung mit Geschwindigkeiten zwischen beispielsweise einem Megahertz und zehn Megahertz durchgeführt werden muß, leuchtet es auch ein, daß es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich ist, die jeweils erforderliche Anzahl von Multiplikationen in der Zeit auszuführen, die hierfür zur Verfügung steht. Man könnte selbstverständlich derartige ausgedehnte Multiplikationsvorgänge dadurch vermeiden, daß man die labellentechnik anwendet, um jeweils die Produkte des erforderlichen Multiplikationsvorganges zu bekommen,, doch ist hierfür eine Nachschlage- bzwc Bezugstabeile notwendig,.d«ho bei dem vorstehend behandelten Beispiel eines, vierpoligen Filters wären neun solche Hachschlagungen erforderlich, um innerhalb der jeweils zur Verfügung stehenden Umstellungsperiode die Filterumstellung vornehmen zu können. Eine der Hauptaufgaben, die durch die Erfindung gelöst werden sollen, besteht infolgedessen darin, es zu ermöglichen, kanonische Filter nach dem Digitalverfahren mit hohen Geschwindigkeiten zu betreiben, wobei angestrebt wird, daß hierfür ein Minimum an mathematischen Vorgängen erforderlich ist, so daß sich eine in dieser Hinsicht, flexible Digitalschaltung ergibt.

Vergleicht man nunmehr die Figuren 1 und 2 der

109816/0335

Zeichnungen, so zeigt sich, daß die Lösung des Betriebes
mit hoher Geschwindigkeit dadurch erreicht wird, daß zwei
wichtige Maßnahmen getroffen werden. Die erste Maßnahme
besteht darin, daß die Werte B und A jeweils für beliebige Sätze von Filtercharakteristiken spezifische Konstante seien. Ist beispielsweise die Größe B. eine bestimmte Konstante
und hat beispielsweise die Größe Xj- __ ^ acht Bits, so ist nur die Bildung von 256 Produkten des Ausdruckes B^ · X„ _ möglich. Demgemäß ist nach der Erfindung, wie aus Figur 2
der Zeichnungen hervorgeht, ein Bezugsregister bzw. eine
Nachschlagtabelle 10 vorgesehen, in welcher diese Produkte der Größe B- gespeichert werden können. Das Bezugsregister kann beispielsweise die Form eines Magnetkernspeichers haben. Die einzelnen Tabellenwerte werden mittels.einer in der
Zeichnung nicht dargestellten Magnetband-Aufzeichnungseinrichtung in die Spalten Beta und Alpha des Registers eingetragen« Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung enthält das Bezugsregister 10 nur 256 Wörter, die gemäß
dieser Ausführungsform der Erfindung allen möglichen Werten der Größe X^ entsprechen, wobei jeweils die der Größe B-entsprechenden Produkte in einem Teil dieser Wortspeicherplätze eingeschrieben sind. Diese Produkte werden in einem Teil 12 des Registers gespeichert, welches zur Speicherung der verschiedenen Produkte der Größe B- einen Satz besonderer Spalten von Magnetkern-Speichereinheiten aufweist. In

- 12 109816/033S

»■-

gleicher Weise können die dem Ausdruck Bp · X„ _ ρ entsprechenden Produkte gebildet und in Spalte 14- des Registers eingespeichert werden, bevor die Bezugsgroßen V^· in das System eingeführt werden. Die Werte der Größen B, und Β. werden jeweils in Spalten 16 und 18 des Bezugsregisters 10 gespeichert. .

Die zweite wichtige Maßnahme zeigt sich, wenn festgestellt wird, daß die Werte der Größen X„. _ ,. , JL* __ ^ Χγτ __ yr und Xjj _ ^ in identischer Weise zeitlich verschoben werden wie die Größe X^, so daß, wie aus der zu Figur 2 der Zeichnungen gehörigen Gleichung hervorgeht, der am Zeitpunkt IT gültige Ausdruck X^ am Zeitpunkt N + 1 den Wert Xflj. _ ^ annimmt. Die Produkte B^. · X*r _ ^ können einfach durch entsprechendes "Nachschlagen" des Wertes B. · Xjj. im Bezugsregister ermittelt werden und durch Speicherung dieser Produkte in den die Addierwerke 26 und 52 speisenden Registern für späteren Gebrauch bereitgehalten werden. Wie aus Eigur 2 der Zeichnungen außerdem hervorgeht, reicht je Umstellperiode der Werte der Größe V«. jeweils eine einzige "Tabellennachschlagung" aus, wobei der Wert X-^ ausgenutzt wird. Der ganze, dem Bezugswert X„ entsprechende Produktensatz wird aus dem Bezugsregister herausgelesen und in der in Figur 2 gezeigten Weise auf die entsprechenden Speicherelemente verteilt. So wird beispiels-

- 13 109816/033 5

weise der im Gedächtnisabschnitt bzw. Tabellenab.schnitt des Bezugsregisters 10 befindliche Produktensatz herausgelesen u'nd auf das Speicherregister 20 verteilt» Die in dem Element 14 des Bezugsregisters befindlichen Produkte Bp · X^ werden auf das Register bzw. den Verzögerungskreis 22 verteilt. Es zeigt sich dann, daß der im Register um ein Zeitintervall verzögerte Ausdruck B. · X^ sich in B. · Χ« _ . verwandelt, welcher dem ersten Produkt entspricht, welches gemäß Figur 1 der Zeichnungen in Kanonischer Darstellung dargeboten wird. In gleicher Weise verwandelt sich der um zwei Zeitintervalle in den Registern 22 und verzögerte Ausdruck Bp ' X-m- in den Ausdruck Bp · X-^ _ ρ und dieser wird dem Addierwerk 26 gleichzeitig mit dem Ausdruck B_x, » X^. _ ^ zugeführt. Die Werte des Ausdruckes ^B3 * ^XN ^werdeJ1 dann in das Register 28 eingelesen und dort zusammen mit dem Durchlauf durch die Register 30 und 32 um drei Zeitintervalle verzögert, so daß der Ausdruck die form B, · X„ _ , annimmt. Die in Spalte 18 des Bezugsregisters befindlichen Werte werden den Registern 34, 36, 38 und 40 zugeführt und bilden zusammen den Ausdruck ^B4 * ■% 4» welcher dem Addierwerk 26 zugeführt wird. Dies« vier Werte werden zum Zwecke der Umstellung des betreffenden Filterteiles rückgekoppelt und gleichzeitig mit der Größe V™ aufsummiert» In gleicher Weise werden

- 14 -

109816/0335

die für die Größe A_Q im Register 42, für die Größe A_x, im Register 44, für die Größe A₂ im Register.46, für die Größe k-z im Register 48 und für die Größe A. im Register des Bezugsregisters 10 gespeicherten kennzeichnenden . Werte gleichzeitig mit den entsprechenden B-Werten herausgelesen und über Verzögerungsregister 54, 56, 58 und 60 in Vorwärtsrichtung in das Addierwerk 52 eingespeist. Nach entsprechender Verzögerung, die sich in gleicher^r Weise vollzieht, wie dies vorher in Verbindung mit der Einspeisung von Vierten in das Addierwerk 26 beschrieben wurde, werden die Werte im Addierwerk 52 aufsummiert, so daß sich ein Ausgangssignal "^out ergibt, welches den gewünschten Korrelationsgrad des^ Eingangssignales V™ zu den jeweils gespeicherten Werten anzeigte Nachdem die Werte aus dem Bezugsregister 10 herausgelesen worden sind und die Summe Vqt™ gebildet worden ist, wird in üblicher Weise der ganze Satz von jeweils um eine Einheit verzögernden Verzögerungen auf den jeweils nächstniedrigeren Satz von jeweils um eine Einheit verzögernden Verzögerungen verschoben, beispielsweise auf die Register 24, 50 und 36 und sodann ein neuer Wert V™ zugeführt. Anschließend wird der jeweils nächste Wert der Größe X„ ausgerechnet und der Vorgang wiederholt sich in dem Sinne, daß der Korrelationsgrad dieses neu zugeführten Eingangssignales V™

- 15 109 816/0335

zu den gespeicherten Werten angegeben wird» Die Frequenzabhängigkeit elektrischer Schaltungen kann bekanntlich als Verhältnis zweier Polynome ausgedrückt werden. Die Wurzeln des Zählerpolynoms werden "Hüllen" genannt und diejenigen des Henners werden "Pole" genannt. Diese.Wurzeln sind ein wichtiges Hilfsmittel insofern, als sie die Abhängigkeit der Schaltung vollständig angeben« Wünscht man die Anzahl der Pole oder Nullen des Filters zu erhöhen, so erhöht sich auch die Anzahl der bei Ausführung eines solchen Filters erforderlichen Speicherelemente. So erfordert beispielsweise ein fünfter Pol bzw» eine fünfte Null die Einrichtung von fünf zusätzlichen Speichereinheiten sowohl für den Vorwärtskoppe!kreis als auch für den Eückkoppelungskreis. Während also Figur 1 der Zeichnungen eine Schaltung zeigt, die in digitaler Weise nicht mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann, zeigt Figur 2 eine Schaltung, bei welcher nur eine Mindestzahl von Operationsschritten erforderlich ist und die infolgedessen eine praktische Lösung des bisher ungelösten Problems eines.kanonischen Filters für Digitalbetrieb mit hoher Betriebsgeschwindigkeit darstellt. Figur 2 stellt eine praktische Ausführungsform der Erfindung lediglich im Hinblick auf das Prinzip und zur Erläuterung der auftretenden Betriebsgeschwindigkeiten dar, doch zeigt' die Figur nur die Mindestausstattung einer solchen Schaltung,

- 16 109816/0335

was die wirkliche Ausführung derselben anbelangt.

Figur 5 <ier Zeichnungen zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung und leitet sich von zwei Grundgedanken ab. Der erste Grundgedanke" besteht darin, daß die Summierung in geder beliebigen Reihenfolge erfolgen kann. So könnten beispielsweise die Ausdrücke B^ · X^. _ ^ und B^, · X« _ u zuerst gebildet werden. Der zweite Grundgedanke beruht darauf, daß diese Summenbildung auch vorzeitig erfolgen kann. So können diese Summen beispielsweise schon dann gebildet werden, wenn das im Register ?O gemäß Figur 3 nur um ein Zeitintervall verzögerte Produkt B₁. · Xjx ankommt» Führt man diese Summe dem Addierwerk 72 zu, so werden die Speicherelemente 28, 30 und 32 der Spalte B₇. · Xjt der Schaltung nach Figur 2 überflüssig. Die sich ergebende, durch das Addierwerk 7^ um ein Zeitintervall verzögerte Summe wird im Addierwerk 76 mit dem Ausdruck Bp · X« kombiniert* Diese am Ausgang des Addierwerks 76 dargebotene neue Summe wird im Register 78 wiederum um ein Zeitintervall verzögert und im Addierwerk 80 mit dem Ausdruck B_x. · X«. kombiniert. Der Ausgang des Addierwerks 80 wird sodann im Register 82 wiederum um eine, einer Einheit entsprechende Zeitspanne verzögert und im Addierwerk 84 mit dem Bin-

- 17 -109816/033S

gangssignal V™ kombiniert, so daß sich ein Wert X„ ergibt, der in identischer Weise wie dies beim Bezugsregister 10 der in Figur 2 gezeigten Schaltung der Fall war, in das Bezugsregister 86 eingespeist wird. Die Werte der in die betreffenden Register eintretenden Signale sind jeweils in Gleichungen oberhalb dieser Register angegeben. So zeigt sich, daß durch die Summation der Ausdrücke Bp · X«· mit den Ausgängen des Registers 74 tatsächlich die Register 22 und 24 überflüssig werden und daß die Addition des Ausganges des Registers 78 mit dem Ausdruck B. · X^ das betreffende Register 20 der Schaltung nach Figur 2 überflüssig macht. Bs verbleiben also in der Spalte B^, * X«. der in Figur 2' gezeigten Schaltung nur noch die Register 34, 36, 38 und 40, die jeweils den Register-B 70, 74, 78 und 82 der in Figur 3 gezeigten Schaltung entsprechen. Die jeweils in die einzelnen Register eintretenden, oben angegebenen kombinierten Summen sind jeweils in Gleichungen angegeben, die jeweils gegenüber den betreffenden Registern in Figur 3 stehen. In gleicher Weise wird der im Register 90 um ein Zeitintervall verzögerte Ausdruck A^ · X^. im Addierwerk 92 mit dem Ausdruck A, · X™. kombiniert, so daß sich die Summation der Ausdrücke k-, · X_n- _ * und A^ * X^- __ ^ ergibt. Diese Summierung macht die in der Spalte A, · X^. der in Figur 2 gezeigten Schaltung befindlichen Speicherelemente

- 18 -109816/0335

überflüssig. Die im Register 94 um ein Zeitintervall verzögerte Summe wird im Addierwerk 96 mit dem Ausdruck Ap · X-vr kombiniert. Die im Register 98 um ein Zeitintervall verzögerte, vom Addierwerk 96 gelieferte neue Summe wird im Addierwerk 100 mit dem Ausdruck A^ · Xjr kombiniert. Dies ermöglicht, die in den Spalten A₇. · X^ , Ap · X^ und A. · X^ der in Figur 2 gezeigten Schaltung befindlichen Speicherelemente wegzulassen. Das vom Register 102 gelieferte Aus gangssignal wird im Addierwerk 104- summiert und ergibt das Signal Vq™, ." Die Schaltung nach Figur 3 stellt also eine Ausführungsform der Erfindung dar, welche den'Betrieb eines kanonischen Filters in digitaler Weise mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht und in logischer Hinsicht mit einer Mindesfeanzahl erforderlicher Bauelemente auskommt. Es wird besonders darauf hingewiesen, daß für- die einzelnen Pole des Filters jeweils nur eine einzige Speichereinheit und für die einzelnen Vorwärts- lind Rückwärts-Koppelungsschleifen jeweils nur ein übliches Addierwerk benötigt werden.

Das Bezugsregister 86 kann in mehrfacher Weise hergestellt werden. So kann beispielsweise ein Allzweck- * register durch Zusammenfassung bekannter Gedächtnisspeicher von der Bauart "Biax" gebildet werden, deren

- 19 109816/0335

Betriebsgeschwindigkeit zur Zeit bis zu etwa hundert Nanosekunden reicht. Dies gestattet, den so. gebildeten kanonischen Filter mit einer Betriebsgeschwindigkeit von etwa zehn Megahertz zu betreiben» Bezugsregister besonderer Art mit den Merkmalen nach der· Erfindung können unter Verwendung einer Diodenmatrix gebildet werden, in welchem Falle die im Register 86 verfügbaren Produkte mit Jeder gewünschten Genauigkeit gebildet werden können. Mit zunehmender Arbeitsgenauigkeit nimmt auch die Speichergröße zu, d.h. die Anzahl von Bits je Wort und außerdem erhöht sich auch die Zahl der Addierwerkelemente. Die Registerlänge braucht" nur auf den höchststelligen Wert der Größe X^ abgestimmt zu sein, d.h. auf die Anzahl der in dem Register zu speichernden ?/örter. In gleicher Weise kann auch zwecks Erreichung eines Maximums an Arbeitsgenauigkeit das Bezugsregister für die Größe X„ vergrößert werden. Das Bezugsregister müßte beispielsweise für den Fall, daß die Größe X-* eine Länge von zehn Bits umfaßt, ein Speichervermögen

10
von 1024 Wörtern, d.h. von 2 Wörtern aufweisen.'

Kanonische Filter finden bekanntermaßen in vielfacher Weise Anwendung. In Figur 4- der Zeichnungen ist beispielsweise eine typische Anwendung eines kanonischen Filters in Verbindung mit einem Radarsystem dargestellt. Andere

- 20 109816/0335

Anwenduncszwecke schließen die Signalverarbeitung in Fernmeldesystemen oder dergl. ein. Bei der in Figur 4 der Zeichnungen dargestellten Schaltung wird der kanonische Filter als Signalversrbeiter benutzt, in welchem die von einem nicht dargestellten Objekt zurückgeworfenen Echosignale in das Radarsystem 120 eintreten und bei welchem ein bipolarer Bildsignalausgang erzeugt wird. Dieser in analoger Form gegebene Bildsignalausgang wird dann in einem herkömmlichen Aaalog-Digitalumsetzer 122 in digitale Form umgesetzt. Eine Folge dieser umgesetzten Werte wird zeitweilig in einem an sich bekannten Digit al-G-edächtnisspeicher 124 gespeichert. Diese gespeicherten Werte werden danach aus dem Gedächtnis in beliebiger gewünschter Folge herausgelesen, die nicht-notwendigerweise der Folge zu entsprechen braucht, in welcher sie gespeichert wurden; Ist die Signalfolge, in welcher die Angaben aufgenommen warden, mit dieser Signalfolge identisch, dann wird der Digital-Gedächtnisspeicher nicht benötigt. Die aus. dem Digital-Gedächtnisspeicher 124 herausgelesenen Angaben entsprechen sodann den in den kanonischen Filter 126 einzuspeisenden Werten

Ein Anwendungszweck der in Figur 4 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform eines kanonischen Filters

- 21 109816/0335

ist die Aufklärung von Zielen in einer stark mit Objekten Desetzten Umgebung, wie dies beispielsweise in Verbindung • mit dem auf Seite 133 der obengenannten Arbeit von Skolnik in Verbindung mit kanonischen Filtern bereits beschrieben ist. Im Rahmen der oben in Verbindung mit den Figuren 2 und der Zeichnungen gegebenen Beschreibung der Erfindung wurde angegeben, daß das Bezugsregister zuerst mit bestimmten Bedeutungen entsprechenden Werten aufgefüllt bzw. geladen wurde, die von einem Einspeisegerät bzw. Bandspeichergerät bezogen wurden. In Figur 4 der Zeichnungen ist ein solches Bandspeichergerät bei 128 angedeutet. Nachdem das Bezugsregister 128 mit Werten aufgefüllt worden ist, die jeweils den gewünschten FiIt er eigenschaft en entsprechen, kann das System aur Verarbeitung von Radar-Echosignalen Verwendung finden» Bei dem Bezugsregister 130 brauchen die darin gespeicherten Bedeutungswerte erst dann geändert zu werden, wenn in Verbindung mit dem Filter 132 jeweils ein neuer Satz von Filtereigenschaften gewünscht wird. So kann beispielsweise bei guter Sicht ein bestimmter Satz vorgegebener Filtereigenschaften zur Aufklärung von Objekten besonders geeignet sein. Es kann jedoch erforderlich sein, daß bei einsetzendem Hegen die Filtereigenschaften erfordern, daß zum Ausgleich der veränderten Umgebung ein neuer Satz von Bedeutungswerten in das Bezugsregister eingespeichert

- 22 109816/0335

werden muß. Bin Ausgangssignal des Filters 132 zeigt die Ermittlung eines Zieles an, wenn sein digitaler Wert eine gegebene Schwelle überschreitet, die jeweils für einen bestimmten Radar-Aufklärungsvorgang vorgegeben ist.

Damit ist die Beschreibung der in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung abgeschlossen. Dem Fachmann ergeben sich daraus jedoch zahlreiche Abwandlungen und weitere Vorteile de*s Erfindungsgegenstandes, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Der oben beschriebene kanonische Filter kann beispielsweise auch für andere Anwendungszwecke eingesetzt werden, bei welchen ein Betrieb mit großer Geschwindigkeit nötig ist. Derartige Anwendungszwecke schließen auch die Analysis von Sprachfrequenzspektren bzwo Tonfrequenz-Spektren ein. Die Erfindung ist demgemäß nicht auf besondere Einzelheiten der in der obigen Beschreibung dargelegten Ausführungsformen beschränkt.

- 23 109816/0 33

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Kanonischer Digitalfilter, gekennzeichnet durch ein Bezugsspeicherregister.

   2. Digitalfilter nach Aiispruch 1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß in den Filter eintretende, in digitaler Form gegebene Signale aufgrund von in dem BezugsSpeicherregister gespeicherten Vierten mit einer bestimmten Bedeutung bzw. Wertung versehen werden und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels welcher von dem Filter AusgangssignaIe abgenommen werden können, die anzeigen, daß die in den Filter eintretenden Signale innerhalb von dem Filter festgelegter Bedeutungsgrenzen liegen»

   3. Digitalfilter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einspeicherung von in digitaler Form gegebenen Werten in das Bezugsspeicherregister.

   4. Digitalfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Bezugsspeicherregxster gespeicherten, in digitaler Form gegebenen Werte jeweils gewünschte Filterkennwerte bestimmen und daß der Filter eine Anzahl von Verzögerungsregistern aufweist, daß ferner mit dem

   - 24- 109816/0335

   Bezugsspeicherregister ein Rückwärts- und ein Vorwarts-Koppelkreis gekoppelt sind, die -jeweils eine Anzahl von dxesen Verzö'gerungsregistern sowie diesen Verzögerungsregistern jeweils zugeordnete Summierungseinrichtungen umfassen, daß weiter eine Einrichtung zur Zuführung von in digitaler Form gegebenen Signalen in den genannten Eückkoppelungskreis vorgesehen ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe von dem Vorwärtskoppelkreis Ausgangssignale abgegriffen werden, die anzeigen, daß die Werte der Eingangssignale innerhalb der durch den Filter festgelegten Wertgrenzen liegen.

   5ο Datenverarbeitungsgerä-t mit einem kanonischen Digitalfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4· als Bezugsregister zur Speicherung von Digitalwerten entsprechend jeweils gewünschten Geräteeigenschaften, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einkoppelung von Signalen in dieses Bezugsregister, ferner durch eine Einrichtung zur Auswahl eines bestimmten Satzes solcher gespeicherter Digitalwerte jeweils in Abhängigkeit von den genannten Eingangssignalen, weiter durch ein Vorwärts-Schieberegister mit Kreisen zur Verzögerung der jeweils aus dem Bezugsregister ausgewählten Werte jeweils fortschreitend um eine dem Wert "eins" entsprechende Zeit-

   ·■ j - 25 -

   1098Ϊ6/0335

   spanne und endlich, durch eine Einrichtung zur Auf summier ung der verzögerten Werte zum Zwecke der Erzeugung von Ausgangssignalen, die anzeigen, daß die genannten Eingangssignale innerhalb der durch das Gerät festgelegten Wertgrenzen liegen.

   6. Datenverarbeitungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Bezugsregister die Form eines labellenregisters hat und daß die genannten Anzeigesignale angeben, ob die in das Gerat eingespeisten Signale innerhalb der genannten Wertgrenzen liegen oder nicht.

   7· Datenverarbeitungsgerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Verzögerungsregistern und Summiereinrichtungen, die jeweils in Serie in die Vorwärts- und Rückwärtskoppelkreise geschaltet und an das Bezugsspeicherregister angekoppelt sind.

   8. Datenverarbeltungsgerät nach einem, der Anspräche bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Register ausgebildeten Bezugsspeicher Produkte gespeichert werden, die in besonderer Weise jeweils je nach den gewünschten Eigenschaften des Gerätes gewertet werden, daß ferner die Hückkopp©lungs-schleife eine Einrichtung enthält, welche

   109816/0335

   diese im Bezugsspeicher gespeicherten Produkte jeweils gemäß ihrer Bewertung jeweils fortschreitend mit dem 7/ert "eins" entsprechend großer werdender Verzögerung verzögert und daß weiter eine weitere Einrichtung die Eingangssignale mit den verzögerten Eingangssignalen der Rückkopp elungsschleife aufsummiert und daß die Ausgangssignale dieser Summiereinrichtung dem Bezugsspeicher zugeführt werden.

   9. Kombination eines Empfangs systems, welches irgendwelchen empfangenen Signalen entsprechende Signale liefert, mit einer Einrichtung zur Umwandlung der empfangenen Signale in digitale Form und mit einem kanonischen Digitalfilter nach einem der Ansprüche 1 bis A- zwecks Wertung der genannten, in digitaler Form gegebenen Signale entsprechend Werten, die in dem Bezugsspeicherregister des genannten Filters, gespeichert sind.

   10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssystem ein Radarsystem ist, dessen Echosignale einem Analog-Digitalumsetzer zugeführt werden, der sie in Digitalform umsetzt und in den kanonischen Digitalfilter einspeist.

   11.' Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

   - 27 -109816/0335

   daß die Einspeisung der Digitalsignale in den kanonischen Digitalfilter mittels Magnetband-Zwischenaufzeichnung erfolgt ο

   12. Schaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abgriff von Ausgangssignalen von diesem kanonischen Digitalfilter, welche anzeigen, ob die in den !Filter eingespeisten Signale innerhalb oder außerhalb der durch den Filter bestimmten 7/ertgrenzen liegen.

   1J. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die, die Echosignale darstellenden Signale bipolare Bildsignale sind. ■ ,

   14-. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schaltung des Analog-Digitalumsetzers und des kanonischen Digitalfilters ein Digitalspeicher einbezogen ist.

   15· Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsignale eine Bezugsfunktion darstellen und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche Digitalwerte von Veränderlichen Jeweils eines Eingangssignales liefert, dessen Wert sich in

   - 28 109816/0335

   meßbaren Grenzen ändert, daß ferner eine Einrichtung zur Verzögerung dieser Werte in bestimmter, jeweils um "eins" fortschreitender Folge vorgesehen ist, daß weiter eine Einrichtung zur Kombination dieser verzögerten Werte dieser Veränderlichen mit jeweils ihnen zugeordneten ϊ/erten der Bezugsfunktion vorgesehen ist und daß endlich eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels welcher diese kombinierten Werte der genannten "Veränderlichen für eine Anzahl solcher Kombinationen mit den betreffenden Werten der Bezugsfunktionen wieder stellenrichtig gesetzt werden«

   109816/0535