SU1164653A1 - Адаптивный цифровой фильтр - Google Patents

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для цифровой обработки сигналов, в различных цифровых комплексах.

Известен цифровой фильтр, позво- 5 ляющий вьщелять необходимые полосы частот за счет умножения значений незадержанного входного сигнала, а < также ряда значений задержанных вход-’ ного и выходного сигналов, записан- ¹⁰ ных в запоминающем устройстве, на соответствующие весовые коэффициенты, . хранящиеся в блоке памяти весовых коэффициентов, с последующим накоплением произведений в накапливающем 15 сумматоре [Л 3·

Недостатками известного устройства являются его низкая надежность, обусловленная сложностью управления цифровым фильтром и необходимостью 20 применения для этой цели специальных узлов (например, распределителя адресов), а также малая достоверность результатов обработки из-за отсутствия подстройки параметров фильтра по входному сигналу, что приводит к искажению полезного сигнала и плохому выделению его из шумов.

2

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой перестраиваемый фильтр, содержащий квантующий генератор, управляющий вход которого соединен с управляющим входом фильтра, первый выход квантующего генератора подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с входом фильтра, блок памяти коэффициентов, выход которого подключен.к первому входу блока умножения, выход которого через накапливающий сумматор соединен с выходом фильтра, запоминающее уст^ройство, соединенное двусторонними связями с блоком переключения диапазонов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу квантующего генератора и к первому входу блока памяти коэффициентов, элементы ИЛИ и кольцевые сдвиговые регистры по числу разрядов отфильтрованного сигнала, причем управляющие входы каждого кольцевого сдвигового регистра соединены соответствено с первым и вторым выходами квантующего генератора, информационный вход через соответст3 1164653

вующий элемент ИЛИ соединен с выходами аналого-цифрового преобразователя и накапливающего сумматора, а выход подключен к второму входу блока умножения, второй вход блока па- 5 мяти коэффициентов соединен с вторым выходом квантующего генератора С² 7.

Недостатком такого устройства является отсутствие подстройки параметров фильтра - по входному сигналу, что приводит к искажению полезного сигнала й плохому выделению его из шумов, а следовательно, к малой достоверности результатов обработки.

Цель изобретения - повышение точности фильтраций за счет самонастройки цифрового фильтра по входному сигналу.

20

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный цифровой фильтр, содержащий первый генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к входу синхронизации ΐ-го²⁵ ( ί = 1,т, где т - разрядность) сдвигового регистра и входу синхронизации аналого-цифрового преобразователя,выход ,ί-г-о разряда которого подключен к первому входу ΐ-го 30

элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу д-го сдвигового регистра, информационный выход которого подключен к информационному входу ΐ—го сдвигового ре-' '35 гистра и входу . ΐ-го разряда первого входа умножителя, выход которого подключен к входу накапливающего сум-, матора, выход ΐ-го разряда которого является ί-м информационным выходом 40 фильтра и подключен к второму входу у-го ( ^ = 1,ш) элемента ИЛИ, второй генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого 45 подключен к счетному входу первого счетчика, информационный выход которого подключен к информационному входу первого регистра и первому входу сумматора, выход которого под-50 ключей к адресному входу блока постоянной памяти, информационный выход которого подключен к информационному входу первого регистра, информационный выход которого подключен к 55 адресному входу первого блока памяти, информационный выход которого подключен к второму входу умножите,ля, выход переполнения первого счет· чика подключен к первому установочному входу первого триггера, выход которого подключен к второму входу "первого элемента И, управляющий вход первого блока памяти соединен с управляющим входом ]-го ( ΐ “ 1, ίίί) сдвигового регистра и подключен к второму выходу первого генератора тактовых импульсов, вход запуска и вход подключения диапазонов которого являются соответственно входом запуска и входом переключения диапазонов фильтра, информационным входом которого является инфор· рационный вход аналого-цифровогс /преобразователя, введены управляемый делитель частоты, спект.роанализатор, второй блок памяти, компаратор, второй и третий элемен-* ты И, второй и третий счетчики, второй и третий регистры, шифратор, второй триггер и третий генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к счетному входу второго Счетчика и первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входам разрешения записи третьего и второго регистров, информационные выходы которых подключены соответственно к первому входу компаратора и входу шифратора, выход.которого подключен к второму входу сумматора и второму установочному входу первого триггера, информационный выход второго счетчика подключен к адресному входу второго блока памяти и информационному входу второго регистра, вход разрешения считывания которого соединен с входом обнуления !третьего регистра и первым установочным входом второго триггера и подключен к вьгходу переполнения второго счетчика, первый выход первого генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу управляемого делителя частоты, выход которого подключен к входу синхронизации спектроанализатора, выход синхронизации которого подключен, к управляющему входу второго блока памяти и счетному входу третьего счетчика, выход переполнения которого подключен к второму установочному входу второго триггера, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, информационный выход

5 1164653 6

аналого-цифрового преобразователя ₍ подключен к информационному входу спектроанализатора, информационный выход которого подключен к информа- * ционному входу второго блока памяти, 5 информационный выход которого подключен к информационному вхрду третьего регистра и второму входу компаратора, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, '10 установочный вход третьего счетчика и управляющий вход управляемого дели-, теля частоты являются соответственно установочным входом и входом задания частоты подстройки параметров 15 фильтра.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого адаптивного цифрового фильтра; на фиг. 2 функциональная схема-блока переклю- 20 чения диапазонов.

Адаптивный цифровой фильтр содержит генератор 1 тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь 2, управляемый, делитель 3 частоты, < 25

спектроанализатор 4, элементы. ИЛИ 5, счетчик 6 импульсов, блок 7 памяти, регистр 8, сдвиговые регистры 9, триггер 10, компаратор 11, элемент И 12, генератор 13 тактовых импуль- зо сов, элемент Й 14, блок 15 памяти, умножитель 16, счетчик 17, регистр 18, шифратор 19, блок 20 переключения диапазонов, накапливающий сумматор 21, блок 22 постоянной памяти, ₃₅ информационный вход 23 адаптивного цифрового фильтра/вход 24 запуска цифрового фильтра, информационный выход '

25 адаптивного цифрового фильтра.

Блок 20 переключения диапазонов ⁴⁰ содержит панель 26 управления выбором режимов работы, генератор 27 тактовых импульсов, триггер 28, счетчик 29, элемент И 30, регистр 31, сумматор 32.

Фильтр работает следующим образом.⁴^

. Сигнал с. входа 23. поступает на аналого-цифровой преобразователь 2, где квантуется во времени и амплитуде под воздействием импульсов низко- 5° "частотного выхода генератора 1, следующих с частотой квантования. С выхода аналого-цифрового преобразователя 2 сигнал поступает на спектроанализатор 4, который формирует сиг— 55 нал, соответствующий спектру мощности исходного сигнала. С низкочастотного выхода генератора 1 импульсы _

поступают также на вход делителя 3 частоты, который понижает частоту следования импульсов. Частота следования импульсов, поступающих с выхода делителя 3 частоты на спектроанализатор 4,.определяет период повторения анализа входного сигнала (частоту подстройки параметров фильтра).

Под воздействием этих импульсов сигнал, сформированный в спектроанализаторе 4, считывается в блок 7 памяти. При этом каждое значение сигнала сопровождается импульсом синхронизации. Эти импульсы поступают также на вход счетчика 6. После того, как значение сигнала, соответствующего спектру мощности анализируемого процесса, запишутся в блок -7 памяти, на выходе счетчика 6 формируется импульс, который поступает на вход триггера 10. На выходе триггера 10 формируется сигнал, который переводит элемент И 12 в открытое состояние, и '.импульсы с генератора 13 через элемент И 12 поступают на вход' элемента И 14 и вход счетчика 17, где они подсчитываются» Значения сигнала, соответствующее содержимому счетчика 17, появляются на выходе счетчика 17 и поступают на вход регистра 18 и на вход блока 7 памяти. Для блока 7 памяти этот сигнал задает адрес, по которому из него осуществляется считывание значения запомненного в нем сигнала. Это значение сигнала с выхода блока 7 памяти поступает на вход регистра 8, а также на вход компаратора 11, в котором сравнивается со значением сигнала, ранее запомненным в регистре 8. Если значение сигнала, поступившее из/блока 7 памяти, больше значения сигнала, запомненного в регистре 8, то на выходе компаратора 11 формируется импульс, который через элемент И .14 поступает на входы регистров 8 и 18. По этому импульсу в регистры 8 и 18 записываются соответственно значения считанного из блока 7 памяти сигнала и содержимое счетчика 17, Если же значение сигнала,.поступившее из блока 7 памяти на компаратор 11, меньше содержимого регистра 8, то импульс с компаратора 11 на вход регистров 8 и .18 не поступает и за- . пись в них не осуществляется. Когда 'все значения.сигнала, соответствующего спектру мощности анализируемо1164653 . 8

го процесса, окажутся считанными из бцока 7 памяти и проанализированы, будут записаны в регистре 8 значения максимума спектра сигнала,, а в регистре 18 - положение этого 5 максимума. После этого счетчик 17 обнуляется, а на его первом выходе появляется импульс, который поступает на вход триггера 10 и вторые управляющие входы регистров 8 и 18. Ю По этому импульсу на 'выходе триггера 10 формируется сигнал, который закрывает элемент И 12 и импульсы с генератора 13 через него не проходят; регистр 8 обнуляется; содержи- 15 мое регистра 18 считывается и через шифратор. 19 поступает на вход блока 20 переключения диапазонов.

Блок 20 переключения диапазонов производит· настройку цифрового 20

фильтра на нужный диапазон частот.

Для этого по сигналу, поступающему с шифратора 19, он обращается в блоку 22 памяти, считывает ‘оттуда необходимые коэффициенты и записывает 25 их в блок 15 памяти. Поеле этого начинается новый цикл анализа входного сигнала и выбора частотного диапазона .

С выхода аналого-цифрового гфеоб— 30 ра-зователя 2 сигнал поразрядно проходит через элементы ИЛИ 5 на информационные входы кольцевых сдвиговых ·; регистров 9, куда он записывается под воздействием импульсов высоко- $$ частотного выхода генератора 1, поступающего на управляющие входы сдвиговых регистров 9. При этом они : . поочередно проходят через выходной' разряд сдвиговых регистров 9 таким до образом, что на выходных разрядах всех сдвиговых регистров 9 поочередно, оказываются сформированными все значения входного и выходного сигналов, хранящиеся в сдвиговых регистрах 9, .45

Соотношения частот следования импульсов на низкочастотном и высокочастотном выходах генератора 1 подобрано таким образом, что все значения входного и выходного сигналов прохо- 50 дят через выходные разряды сдвиговых регистров 9 точно за один период

квантования входного сигнала.

> . ·

С выходных разрядов регистров 9 значения входного и выходного сигна— 55 лов поступают на умножитель 16, на вход которого синхронно поступают соответствующие весовые коэффициенты

с блока 15 памяти,, работа которого по управляющему входу также синхро-? низирована импульсами высокочастотного выхода генератора 1. С выхода умножителя 16 произведения значений входных и выходных сигналов на соответствующие весовые коэффициенты поступают в накапливающий сумматор 21, где производится их сложение, в результате чего формируется очередное значение выходного сигнала. Оформи- рованное значение выходного сигнала поступает на выход 25 фильтра и одновременно поразрядно подается на входы элементов ИЛИ 5, через которые оно поступает на информационные входы сдвиговых регистров 9 и записывается в них на место наиболее старого, уже ненужного для дальнейшей обработки, значения выходного сигнала. После этого начинается следующий такт работы цифрового фильтра, и очередное значение входного сигнала записывается в сдвиговые регистры 9 на место наиболее старого значения входного сигнала.

Перед началом обработки входного сигнала- производится настройка цифрового адаптивного фильтра, для чего производится дискретное переключение частоты генератора Г по сигналу от блока 20 переключения диапазонов (вход задания диапазона фильтра). Плавная на.стройка частоты генератора 1 производится управляющим сигналом, поданным на вход плавной перестройки частоты квантующего генератора 1 (вход 24 фильтра). Кроме того, осуществляется настройка делителя 3 частоты и счетчика 6, для чего по сигналу от блока 20 переключения диапазонов (вход задания частоты под-? стройки параметров и установочный вход фильтру) ^осуществляется дискретное переключение соответственно величины деления частоты в делителе 3 частоты, которая определяет период повторения анализа входного сигнала (а следовательно, и подстройки параметров фильтра); порога срабатывания счетчика 6, который определяет число спектральных составляющих сигнала, подлежащих анализу.

Работа блока 20 переключения диапазонов, приведенного иа фиг. 2, ζ

заключается в следующем.

1164653 Ю

На управляющий вход блока 20 переключения диапазонов поступает сигнал ,с шифратора 19. По этому сигналу триггер 28 формирует сигнал, который переводит элемент И 30 в 5

открытое состояние. Импульсы с генератора 27 через элемент И 30 начинают поступать на счетчик 20, где они подсчитываются. Содержимое счетчика 29 поступает с его выхода 10 на вход регистра 31 и .вход сумматора 32. Сигнал, поступающий на первый вход сумматора 32, соответствует начальному адресу, с которого в блоке 22 памяти записаны весовые 15 коэффициенты фильтра выбранного частотного диапазона. На выходе сумматора 32 формируются абсолютные адреса весовых коэффициентов, соответствующих выбранному частотному диапа- 20 зону, которые поступают на вход блока 22 памяти. Под воздействием сигналов, поступающих на блок 22 . памяти, весовые коэффициенты, соответствующие выбранному частотному 25 диапазону, считываются и поступают на вход регистра 31. Сигналы, поступающие на вход регистра 31, определяют значения весовых коэффициентов фильтра, а сигналы, поступающие на зд

другой вход регистра 31 - абсолютные адреса, по которым они должны быть записаны в блок 15 памяти. На выходе регистра 31 формируются сигналы, соответствующие значениям весовых коэффициентов совместно с адресами, по которьм они должны быть записаны в блок 15 памяти. Когда все коэффициенты фильтра будут считаны из блока 22 памяти и записаны в блок 15 памяти, счетчик 29 обнуляется, а на его выходе формируется импульс, который поступает на второй вход триггера 28. Под воздействием этого импульса триггер 28 формирует сигнал, который закрывпет элемент И 30, и импульсы с генератора 27 через него не проходят.

Таким образом, использование предлагаемого адаптивного цифрового фильтра позволяет по сравнению с известным устройством (за счет более точной настройки параметров фильтра на исследуемый сигнал) уменьшить искажение полезного сигнала и лучше выделять его из шумов (например, из-за появления возможности применения для обработки более узкополосного фильтра), а следовательно, повысить точность фильтрации.

ФигЛ

1.164653

Фиг/

Claims (1)

1. АДАПТИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий пе'рвый генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к входу синхронизации ^; ΐ-го ( ί = ·1, тгде η - разрядность) сдвигового регистра й входу синхронизации аналого-цифрового преобразователя, выход ί-го разряда которого подключен к первому входу

   ΐ-го элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу ΐ-го сдвигового регистра, информационный выход которого подключен к информационному входу ΐ-го сдвигового регистра.и входу ί-го разряда первого входа умножителя,'выход которого подключен к входу накапливающего сумматора, выход ΐ-го разряда которого является ΐ-м информационным выходом фильтра ключей к второму входу рго = 1, т ) элемента ИЛИ, второй тор тактовых импульсов,выход го подключен к первому входу

   го элемента И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, информационный выход которого подключен к информационному входу первого регистра и первому входу

   и под( ΐ · ; генеракоторопервосумматора, выход которого подключен к адресному входу блока постоянной памяти, информационный выход которого подключен к информационному входу первого регистра, информационный выход которого подключен к адресному входу первого блока памяти, информационный выход которого подключен к второму входу умножителя", выход переполнения первого счетчика подключен к первому-установочному входу первого триггера, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, управляющий вход первого блока памяти соединен с управняющим входом )-го ( ]= 1,т) сдвигового регистра и подключен к второму выходу первого генератора тактовых импульсов, вход запуска и вход переключения диапазонов которого являются соответственно входом запуска и входом переключения диапазонов фильтра, информационным входом которого является информационный вход аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены управляемый делитель частоты, спектроанализатор, второй блок памяти, компаратор, второй и третий элементы И, второй и третий счетчики, второй и третий регистры, шифратор, второй триггер и третий генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика и первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входам разрешения записи третьего

   30,..,1164653

   1

   1164653

   и второго регистров, информационные выходы которых подключены соответственно к первому входу компаратора и входу шифратора, выход которого подключен к второму входу сумматора и второму установочному входу первого триггера, информационный выход второго счетчика подключен к адресному входу второго блока памяти и информационному входу второго регистра, вход разрешения считывания которого соединен с входом обнуления' третьего регистра и первым установочным входом второго триггера и подключен к выходу переполнения второго счетчика, первый выход первого генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу управляемого делителя частоты, выход которого подключен к входу синхронизации спектроанализатора’, выход синхронизации которого подключен к управляющему входу второго блока памяти и счетному входу третьего счетчика,выход переполнения которого подключен ко второму установочному вхрду второго триг· гера, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, информационный выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу спектроанализатора, информационный выход которого подключен к информационному входу второго блока памяти, информационный выход которого подключен к информационному входу третьего регистра и второму входу компаратора, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, установочный вход третьего'счетчика и управляющий вход управляемого делителя частоты являются соответственно установочным входом и входом задания частоты подстройки параметров₍фильтра.

   I