SU769552A1

SU769552A1 - Device for optimum digital filtration of random processes, presented by single substantializations

Info

Publication number: SU769552A1
Application number: SU782684701A
Authority: SU
Inventors: Валентин Николаевич Попов; Александр Алексеевич Матвеев
Original assignee: Рижское Высшее Военно-Политическое Краснознаменное Училище Им. Бирюзова С.С.; Научно-исследовательский институт автоматической аппаратуры
Priority date: 1978-10-16
Filing date: 1978-10-16
Publication date: 1980-10-07

Description

Изобретение относится к системам обработки случайных процессов и может быть использовано в системах диагностики технического состояния подвижных динамических объектов.The invention relates to systems for processing random processes and can be used in systems for diagnosing the technical condition of moving dynamic objects.

Известно устройство фильтрации, которое представляет собой цифровое сглаживающее устройство, содержащее запоминающий блок, состоящий из на-, копителей входных и выходных выборок, блока памяти и коэффициентов, сумматоры единиц, разрядные накопители, выходной сумматор-накопитель и элементы И по числу выборок [1].A filtering device is known, which is a digital smoothing device containing a storage unit consisting of input and output samples accumulators, a memory unit and coefficients, unit adders, bit storage devices, an output storage adder and AND elements according to the number of samples [1] .

Однако получение весовых коэффициентов сглаживающего устройства при априорно неизвестных статических характеристиках сигналов и помех невозможно. Это не позволяет применять устройство в системах обработки с полной априорной неопределенностью.However, obtaining weighting coefficients of the smoothing device with a priori unknown static characteristics of signals and interference is impossible. This does not allow the device to be used in processing systems with complete a priori uncertainty.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство оптимальной фильтрации случайных процессов, представляющее собой адаптивную систему с разомкнутым контуром самонастройки, содержащее входной регистр с одним входом и разрядным выходами, запоминающее устройство с рядом входов и выходов, первую группу блоков умножения, блок формирования эталонного сигнала, многовходовой сумматор-накопитель с входами и одним выходом и вторую группу блоков умножения, блок формирования оптимального весового вектора, содержащее решающий блок и блок формирования матрицы корреляции входного сигнала [2].The technical solution closest to the invention is an optimal filtering device for random processes, which is an adaptive system with an open loop of self-tuning, containing an input register with one input and bit outputs, a storage device with a number of inputs and outputs, a first group of multiplication blocks, a unit for generating a reference signal, a multi-input adder-drive with inputs and one output and a second group of multiplication blocks, an optimal weight vector formation block containing a solution controlling unit and forming unit of the input signal correlation matrix [2].

Недостаток его состоит в том, что в устройстве формирования оптимального весового вектора необходимо производить обращение корреляционной матрицы входного сигнала. Задача обращения корреляционных матриц входных сигналов, заданных единичными реализациями, относится к классу некорректных задач. Существующие методы регуляризации решения с использованием известных алгоритмов псевдообращения матриц сложны в реализации, что приводит к снижению быстродействие фильтра.Its disadvantage is that in the device for generating the optimal weight vector, it is necessary to invert the correlation matrix of the input signal. The inversion problem of correlation matrices of input signals defined by unit implementations belongs to the class of ill-posed problems. Existing methods for regularizing solutions using well-known matrix pseudoinversion algorithms are difficult to implement, which leads to a decrease in filter performance.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.The aim of the invention is to improve the performance of the device.

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее приемный регистр, выходы которого подключены к первым входам соответствующих блоков умножения первой и второй групп и к соответствующим входам блока формирования эталонного сигнала, выход , которого соединен со вторыми входами блоков умножения второй группы, выходы которых подключены к соответствующим входам блока памяти, выходы блоков умножения первой группы подключены к соответствующим входам сумматора-накопителя, введены квадраторы,, второй сумматор-накопитель, нелинейный преобразователь и многоканальный блок умножения, вход которого соединен с выходом нелинейного преобразователя, а группа входов подключена к соответствующим выходам блока памяти, выход многоканального блока умножения соединен со вторыми входами блоков умножения первой группы, входы квадраторов подключены к соответствующим выходам приемного регистра, а выходы — к соответствующим входам второго сумматора-накопителя, выход которого подключен ко входу нелинейного преобразователя.This is achieved by the fact that in the known device containing the receiving register, the outputs of which are connected to the first inputs of the corresponding multiplication units of the first and second groups and to the corresponding inputs of the unit for generating the reference signal, the output of which is connected to the second inputs of the multiplication units of the second group, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the memory block, the outputs of the multiplication blocks of the first group are connected to the corresponding inputs of the adder-accumulator, quadrators are introduced, the second adder-accumulator, nonlinear the converter and the multi-channel multiplication unit, the input of which is connected to the output of the nonlinear converter, and the group of inputs is connected to the corresponding outputs of the memory block, the output of the multi-channel multiplication unit is connected to the second inputs of the multiplication units of the first group, the inputs of the quadrants are connected to the corresponding outputs of the receiving register, and the outputs to the corresponding inputs of the second adder-drive, the output of which is connected to the input of the nonlinear converter.

Указанные отличительные признаки позволяют производить вычисления оптимального весового вектора настолько быстро, что в итоге устройство можно использовать для обработки нестационарных случайных процессов, заданных единичными реализациями.These distinguishing features allow us to calculate the optimal weight vector so quickly that in the end the device can be used to process non-stationary random processes specified by single implementations.

На чертеже дана структурная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a structural diagram of the proposed device.

Оно содержит приемный регистр 1, выходы которого соединены с первыми входами 2 п блоков умножения 2, входами блока 3 формирования эталонного сигнала и входами квадраторов 4. Вторые входы блоков 2 соединены с выходом блока 3 формирования эталонного сигнала, а выходы — с соответствующими входами блока памяти 5.It contains a receiving register 1, the outputs of which are connected to the first inputs of 2 p blocks of multiplication 2, the inputs of block 3 of the formation of the reference signal and the inputs of the quadrants 4. The second inputs of blocks 2 are connected to the output of the block 3 of the formation of the reference signal, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the memory block 5.

Вторые входы блоков умножения 2 сумматора-накопителя 6 соединены с соответствующими выходами многоканального блока умножения 7, η входов которого соединены с соответствующими выходами блока памяти 5. Выходы квадраторов 4 соединены с η входами второго сумматора-накопителя 8, выход которого через нелинейный преобразователь 9 соединен с первым входом блока умножения 7.The second inputs of the multiplication units 2 of the accumulator-drive 6 are connected to the corresponding outputs of the multi-channel multiplication unit 7, the η inputs of which are connected to the corresponding outputs of the memory unit 5. The outputs of the quadrants 4 are connected to the η inputs of the second adder-drive 8, the output of which is connected via non-linear converter 9 to the first input of the multiplication block 7.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Выборки случайного сигнала поступают на приемный регистр 1, с разрядных выходов которого сигналы поступают на входы 2 η блоков умножения 2, и на входы блока 3 формирования эталонного сигнала, а также на входы квадраторов 4. В блоке 3 происходит формирование эталонного сигнала, который с выхода блока 3 поступает на вторые входы блоков умножения 2 блока памяти 5. С выхода блока 5 сигналы поступают на η входов блока умно жения 7, на выходе которого получается оптимальный вектор весовых коэффициентов, поступающий на вторые входа блоков умножения 2 сумматора-накопителя 6, на выходе которого получается отфильтрованное значение входного сигнала. Сигналы с выхода квадраторов 4 поступают на входы второго сумматора-накопителя 8, а сигнал с выхода которого через нелинейный преобразователь, коэффициент передачи которого обратно пропорционален входной величине, поступает на первый вход блока умножения 7.The samples of the random signal are received at the reception register 1, from the bit outputs of which the signals are fed to the inputs 2 η of the multiplication blocks 2, and to the inputs of the reference signal generating unit 3, as well as to the inputs of the quadrants 4. In block 3, the reference signal is generated, which from the output of block 3 is fed to the second inputs of the multiplication blocks 2 of the memory block 5. From the output of block 5, the signals are fed to the η inputs of the multiplication block 7, the output of which yields the optimal vector of weighting coefficients arriving at the second inputs of the multiplication blocks 2 Matora-storage unit 6, the output of which turns the filtered input signal. The signals from the output of the quadrators 4 are fed to the inputs of the second adder-drive 8, and the output signal from which through a non-linear converter, the transmission coefficient of which is inversely proportional to the input value, is fed to the first input of the multiplication unit 7.

За счет введения квадраторов 4, сумматора-накопителя 8, нелинейного преобразователя 9 и многоканального блока умножения 7 удалось повысить быстродействие вычисления оптимального весового вектора настолько, что стало возможным применение устройства для обработки нестационарных случайных процессов.Due to the introduction of quadrants 4, an accumulator-accumulator 8, a nonlinear converter 9, and a multi-channel multiplication unit 7, it was possible to increase the speed of calculating the optimal weight vector so that it became possible to use the device for processing non-stationary random processes.

Claims

and to the corresponding inputs of the unit for generating the reference signal, the output of which is connected to the second inputs of the multiplication units of the second group, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the memory unit, the outputs of the multiplication units of the first group are connected to the corresponding inputs of the accumulator adder, quadratures are entered, the second an accumulator, a nonlinear converter and a multichannel multiplication unit, the input of which is connected to the output of the nonlinear converter, and a group of inputs is connected to the corresponding outputs of the unit the memory of the output of the multichannel multiplication unit is connected to the second inputs of the multiplication units of the first group, the inputs of the quadrants are connected to the corresponding outputs of the receiving register, and the outputs to the corresponding inputs of the second accumulator, the output of which is connected to the input of the nonlinear converter. These distinctive features allow the calculation of the optimal weight vector so quickly that, as a result, the device can be used to process non-stationary random processes, with these single implementations. The drawing is a structural diagram of the proposed device. It contains the receiving register 1, the outputs of which are connected to the first inputs 2 n of multiplication units 2, the inputs of the reference signal generating unit 3 and the inputs of the quadrants 4. The second inputs of the 2 units are connected to the output of the reference signal generating unit 3, and the outputs to the corresponding inputs of the unit memory 5. The second inputs of multiplication unit 2 of accumulator 6 are connected to the corresponding outputs of the multichannel multiplication unit 7, n inputs of which are connected to the corresponding outputs of memory block 5. The outputs of quadrants 4 are connected to n in by the moves of the second accumulator 8, the output of which through the nonlinear converter 9 is connected to the first input of the multiplication unit 7. The device operates as follows. Samples of a random signal are fed to the receive register 1, from the bit outputs of which signals are fed to the inputs of 2 n multiplication blocks 2, and to the inputs of the reference signal generation unit 3, as well as to the inputs of the quadrants 4. In unit 3, a reference signal is generated, which from the output of block 3 goes to the second inputs of blocks multiplying 2 of memory block 5. From the output of block 5, signals go to n inputs of block multiplication 7, the output of which is the optimal vector of weighting coefficients arriving at the second inputs of multipliers 2 accumulator b, the output of which is the filtered value of the input signal. The signals from the output of the quadrants 4 are fed to the inputs of the second accumulator-accumulator 8, and the signals from the output of which through a non-linear converter, the transmission coefficient of which is inversely proportional to the input value, is fed to the first input of the multiplication unit 7. Due to the introduction of the accumulator 4, the accumulator 8, nonlinear converter 9 and multichannel multiplication unit 7 were able to increase the speed of calculating the optimal weight vector so that it became possible to use the device for. processing non-stationary random processes. Apparatus of the Invention A device for optimal digital filtering of random processes defined by single implementations, contains a receive register whose outputs are connected to the first inputs of the corresponding multiplication units of the first and second groups and to the corresponding input signal forming unit of the standard, the output of the multiplication units the second group, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the memory block 9, the outputs of the multiplication units of the first group are connected to the corresponding inputs accumulator, characterized in that, in order to improve speed, quadrants are introduced into it, a second accumulator, nonlinear converter and a multichannel multiplication unit, the input of which is connected to the output of the nonlinear converter, and a group of inputs connected to corresponding outputs of the memory unit, the output of the multichannel multiplication block is connected to the second inputs of the multiplication blocks of the first group, the inputs of the quadrators are connected to the corresponding outputs of the receiving register, and the outputs to the corresponding inputs of second accumulator, the output of which is connected to the input of the nonlinear converter. Sources of information taken into account in the examination 1. The author's certificate of the USSR 543944, cl. G About F 15/34, 1975.

2. Technical cybernetics. Ed. Solodovnikoaa. M., Mechanical Engineering, 1967, Vol. 34, It, p. 311. -. f /. p | A (A V W W W I