UA23124U

UA23124U - Device for frequency automatic tracking of time-dependent filters

Info

Publication number: UA23124U
Application number: UAU200612923U
Authority: UA
Inventors: Volodymyr Fedotovych Tunyk
Original assignee: Dnipropetrovsk Academician Laz
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2007-05-10

Abstract

The device of frequency automatic tracking of time-dependent filters (ATTDF) consists of a controlled filter (CF). Filter feedback loop consists of a series connected frequency discriminator (FD), a smoothing low-pass filter (LPF), a control element (KE). The KE output is linked with CF control input, the output of which being ATTDF output connected with FD output. CF is one of the tunable electric filters having higher then second order with determined pass band that retune or not retune.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до обробки нестаціонарних процесів системами самонастроювання з метою 2 досягнення максимуму відносини сигнал - перешкода як, наприклад, у пристроях для апаратурного спектрального аналізу звукових сигналів.A useful model refers to the processing of non-stationary processes by self-tuning systems with the aim of 2 achieving the maximum signal-interference ratio, as, for example, in devices for hardware spectral analysis of sound signals.

Відомі системи автоматичного настроювання резонансних контурів (АНК), що розділені на системи фазовоїThere are well-known systems of automatic adjustment of resonance circuits (ANC), which are divided into phase systems

АНК (ФАНК) і на системи АНК по амплітуді (АНКА). У системах ФАНК за допомогою фазового детектора автоматично підтримується відома умова зсуву фази при резонансі між вхідним і вихідним гармонійними 70 коливаннями, а в системах АНКА за допомогою різних блоків виділення максимуму досягається інша умова резонансу - максимум миттєвої амплітуди.ANC (FANK) and on ANC systems by amplitude (ANKA). In FANK systems, using a phase detector, the known phase shift condition is automatically maintained during resonance between the input and output harmonic 70 oscillations, and in ANKA systems, another resonance condition is achieved - the maximum instantaneous amplitude - with the help of various maximum selection blocks.

Відомі також структурно-сигнальні нестаціонарні фільтри (ССНФ), управління параметрами яких створюється з урахуванням структурних особливостей вхідних нестаціонарних сигналів і відомої умови узагальненого резонансу. Для досягнення цієї умови необхідно виділити миттєві амплітуду і частоту саме вхідного сигналу, що 12 у присутності перешкод неможливо одержати.Structure-signal non-stationary filters (SSNF) are also known, the control of whose parameters is created taking into account the structural features of the input non-stationary signals and the known condition of generalized resonance. To achieve this condition, it is necessary to select the instantaneous amplitude and frequency of the input signal, which cannot be obtained in the presence of obstacles.

Отже, відповідно до відомого визначення слідкувальних систем, ні ФАНК, ні АНКА, ні ССНФ не є слідкувальними фільтрами.Therefore, according to the known definition of surveillance systems, neither FANK, ANKA, nor SSNF are surveillance filters.

Найбільш близьким аналогом до заявленого технічного рішення прийнято відомі слідкувальні фільтриThe closest analog to the declared technical solution is the well-known tracking filters

ІМодулированнье фильтрьї и следящий прием ЧМ сигналов. М. - Изд. "Советское радио", 1969). Ці фільтри містять одиночний коливальний контур з резонансною частотою, що управляється, петля зворотного зв'язку якого містить послідовно з'єднані частотний дискримінатор, згладжуючий фільтр нижніх частот і керуючий елемент.Modulation of filters and tracking reception of FM signals. M. - Izd. "Soviet Radio", 1969). These filters contain a single oscillating circuit with a controlled resonant frequency, the feedback loop of which contains a series-connected frequency discriminator, a smoothing low-pass filter, and a control element.

Оскільки коливальний контур - це смуго-пропускний фільтр (СПФ) усього лише другого порядку, він не може забезпечити необхідну вибірковість при необхідній смузі пропускання, у результаті чого виходять неприпустимі перекручування виділеної складової нестаціонарного процесу при недостатньому згладжуванні діючих в перешкод.Since the oscillating circuit is a band-pass filter (BPF) of only the second order, it cannot provide the required selectivity at the required bandwidth, resulting in unacceptable distortions of the selected component of the non-stationary process with insufficient smoothing of the interference.

Технічною задачею, яка вирішується корисною моделлю є одержання таких слідкувальних фільтрів, вибірковість і смуга пропускання яких забезпечують неперекручуване виділення корисної (з активним спектром) складової нестаціонарних процесів при максимально можливому згладжуванні діючих перешкод. ЗThe technical problem solved by the useful model is to obtain such tracking filters, the selectivity and bandwidth of which ensure undistorted selection of the useful (with an active spectrum) component of non-stationary processes with the maximum possible smoothing of active interference. WITH

Ця задача вирішується пристроєм для автоматичного слідкування за частотою нестаціонарними фільтрами Га (АСНФ), який містить керований фільтр (КФ), петля зворотного зв'язку якого містить послідовно з'єднані частотний дискримінатор (ЧД), згладжуючий фільтр нижніх частот (ФНУ) і керуючий елемент (КЕ), вихід якого -- з'єднаний із входом керування КФ, вихід якого, будучи виходом АСНФ, з'єднаний із входом УД. Відрізняється цей со пристрій тим, що КФ є будь-який з відомих перестроюваних електричних фільтрів вище другого порядку з визначеною початковою смугою пропускання, яка перестроюється чи не перестроюється. сThis task is solved by a device for automatic frequency tracking with non-stationary filters Ha (ASNF), which contains a controlled filter (CF), the feedback loop of which contains a series-connected frequency discriminator (FD), a low-pass smoothing filter (LFF) and a control element (KE), the output of which is connected to the control input of the CF, the output of which, being the output of the ASNF, is connected to the input of the UD. This device is distinguished by the fact that the CF is any of the known tunable electrical filters above the second order with a defined initial bandwidth, which is tunable or non-tunable. with

У якості КФ в АСНФ можуть використовуватися не тільки СПФ, але і ФНЧ, і ФВУ, і іншого типу, як поліноміальні, так і не поліноміальні і не тільки каскадні, але також і, наприклад, богатопетлеві фільтри.As a CF in ASNF, not only SPFs can be used, but also FNL, and FVU, and other types, both polynomial and non-polynomial, and not only cascade, but also, for example, rich-loop filters.

Наприклад, для відділення низькочастотного сигналу від високочастотних перешкод немає потреби у « використанні СПФ, досить використовувати ФНЧ. Аналогічно, при зворотних умовах краще використовувати 70 ФВу. не с На кресленні, що додається, наведена структурна електрична схема АСНФ, на який позначено керованийFor example, to separate a low-frequency signal from high-frequency interference, there is no need to use an SPF, it is enough to use a low-pass filter. Similarly, in reverse conditions, it is better to use 70 FVu. not with The attached drawing shows the structural electrical diagram of the ASNF, which is marked controlled

Із» фільтр (КФ)-1, частотний дискримінатор (ЧД)-2, згладжуючий фільтр нижніх частот (ФНЧ)-3 і керуючий елемент (КЕ)-4.Iz" filter (CF)-1, frequency discriminator (HF)-2, low-frequency smoothing filter (LFF)-3 and control element (KE)-4.

Входом АСНФ є сигнальний вхід КФ-1, вихід якого є виходом АСНФ. Цей вихід з'єднаний із входом керуванняThe input of the ASNF is the signal input of KF-1, the output of which is the output of the ASNF. This output is connected to the control input

КФ.1 через петлю зворотного зв'язку, яка містить послідовно з'єднані ЧУД-2, ФНЧУЧ-3 і КЕ-4. ді Працює запропонований пристрій таким чином: оз Нехай напруга, що надходить на сигнальний вхід КФ-1 запропонованого пристрою АСНФ, являє собою довільний нестаціонарний процес, наприклад звуковий сигнал, чи процес зміни струму в контактному проводі при - русі електропоїзда і інші процеси в загальному випадку разом з перешкодами. У початковий момент після ка 20 підключення зазначеної напруги чи з появою звуку після чергової паузи, коли зовнішнє діяння являє собою короткий імпульс, широкосмуговий спектр якого є суцільним і однорідним, на виході КФ-1 ще не встигаєKF.1 through a feedback loop, which contains serially connected CHUD-2, FNCHUCH-3 and KE-4. д The proposed device works as follows: оз Let the voltage supplied to the signal input KF-1 of the proposed ASNF device represent an arbitrary non-stationary process, for example, a sound signal, or the process of changing the current in the contact wire during the movement of an electric train and other processes in the general case along with obstacles. At the initial moment after ka 20 connection of the specified voltage or with the appearance of sound after the next pause, when the external action is a short pulse, the broadband spectrum of which is continuous and homogeneous, at the output of KF-1 it still does not have time

Т» сформуватися початковий фронт перехідного процесу. З цієї причини на виході ЧД-2 відсутня управляюча напруга (відсутні коливання визначеної частоти), тому зворотний зв'язок виявляється відключеним і КФ-1 працює в режимі стаціонарного фільтра. Такий режим буде продовжуватися доти, поки на виході КФ-1 не сформується 22 визначена частина початкового фронту перехідного процесу. У залежності від смуги пропускання КФ-1, він с виділить із зазначеного спектра лише відповідну вузькосмугову частину його. Відповідно до основ спектрального синтезу, тривалість зазначеного початкового фронту, який визначає тривалість відзначеного режиму, обернено пропорційна смузі пропускання і частоті початково настроєного цього фільтра.T" to form the initial front of the transition process. For this reason, there is no control voltage at the output of ChD-2 (there are no oscillations of the specified frequency), so the feedback turns out to be disconnected and KF-1 works in the stationary filter mode. This mode will continue until the 22nd defined part of the initial front of the transition process is formed at the output of KF-1. Depending on the bandwidth of the KF-1, it will select only the corresponding narrowband part of the specified spectrum. According to the fundamentals of spectral synthesis, the duration of the specified initial front, which determines the duration of the specified mode, is inversely proportional to the bandwidth and frequency of the initially tuned filter.

Під час формування на виході КФ-1 початкового фронту перехідного процесу, у визначений момент часу, у 60 залежності від крутості цього фронту і величини порога спрацьовування ЧД-2, на його виході з'явиться визначеної величини напруга. Ця напруга надходить на вхід ФНУ-3. Згладжена управляюча напруга з виходуDuring the formation of the initial front of the transition process at the output of KF-1, at a certain moment of time, depending on the steepness of this front and the threshold value of ChD-2, a voltage of a certain magnitude will appear at its output. This voltage is supplied to the input of FNU-3. Smoothed control voltage from the output

ФНУ-3 надходить на вхід КЕ-4, який перетворює управляючу напругу в управляємі чи/і резистивний, чи/і ємнісний, чи/і індуктивний елементи. З цього моменту починається процес захоплювання-самонастроюванняFNU-3 enters the input of KE-4, which converts the control voltage into controllable or/and resistive, or/and capacitive, or/and inductive elements. From this moment, the process of capture-self-adjustment begins

КФ-1. Характер цього процесу залежить тільки від функції миттєвої частоти, яка виходить у результаті бо взаємодії (биття) вільної і усталеної складових перехідного процесу на виході тепер вже нестаціонарного КФ-1.KF-1. The nature of this process depends only on the function of the instantaneous frequency, which is the result of the interaction (beating) of the free and stable components of the transient process at the output of the now non-stationary KF-1.

Важливо помітити, що ця миттєва частота несе повну інформацію не тільки про функцію миттєвої частоти вхідного сигналу, але і про особливості АСНФ у цілому. Саме функція цієї миттєвої частоти визначає закон самонастроювання, який по зворотному зв'язку трансформує характеристики АСНФ так, що поступово КФ-1It is important to notice that this instantaneous frequency carries full information not only about the function of the instantaneous frequency of the input signal, but also about the features of the ASNF as a whole. It is the function of this instantaneous frequency that determines the law of self-adjustment, which through feedback transforms the characteristics of the ASNF so that gradually KF-1

ВИЯВЛЯЄТЬСЯ настроєний на необхідну частоту і процес самонастроювання припиняється. Незалежно від зазначеного закону, у стійких фільтрах вільна складова перехідного процесу неодмінно згасає, залишається тільки усталена складова. Тому тривалість процесу самонастроювання однозначно визначається тільки тривалістю перехідного процесу на виході КФ-1, яка значно перевищує тривалість початкового фронту цього ж перехідного процесу. 70 З закінченням процесу самонастроювання, коли на виході КФ-1 почнуть з'являтися перші коливання, на виході ЧД-2 з'явиться напруга, пропорційна частоті цих коливань. Так починається усталений режим утримання автоматично настроєного КФ-1 на відзначену частоту. Оскільки в усталеному режимі АСНФ є лінійним фільтром і в ньому не міститься додаткових джерел коливання іншої частоти, то сигнали на вході і виході КФ 1 не можуть відрізнятися один від одного по частоті. Отже, КФ-1 виявляється досить точно настроєним на частоту саме /5 Вхідного сигналу, що і потрібно. Причому, цей результат не залежить ні від типу КФ-1, ні від його порядку і ні від початкової настроєності. Точність настроювання чи значення залишкового розстроювання КФ-1 по відношенню до частоти вхідного сигналу, як відомо, залежать тільки від особливостей блоків, що входять у петлю зворотного зв'язку.It turns out to be tuned to the required frequency and the self-tuning process is stopped. Regardless of the specified law, in stable filters, the free component of the transient process definitely disappears, only the stable component remains. Therefore, the duration of the self-tuning process is uniquely determined only by the duration of the transient process at the output of KF-1, which significantly exceeds the duration of the initial front of the same transient process. 70 At the end of the self-tuning process, when the first oscillations begin to appear at the output of KF-1, a voltage proportional to the frequency of these oscillations will appear at the output of ChD-2. This is how the established mode of keeping the automatically tuned KF-1 at the specified frequency begins. Since in the stable mode the ASNF is a linear filter and it does not contain additional sources of oscillation of a different frequency, the signals at the input and output of CF 1 cannot differ from each other in frequency. So, KF-1 turns out to be quite precisely tuned to the frequency of exactly /5 of the input signal, which is what is needed. Moreover, this result does not depend on the type of KF-1, nor on its order, nor on the initial mood. The accuracy of tuning or the value of the residual detuning of KF-1 in relation to the frequency of the input signal, as is known, depends only on the features of the units included in the feedback loop.

Якщо частота вхідного сигналу повільно змінюється по будь-якому заздалегідь невідомого закону, то,If the frequency of the input signal slowly changes according to any previously unknown law, then,

Відповідно до розглянутого принципу самонастроювання, АСНФ буде надійно відслідковувати зміни цієї частоти на усьому її діапазоні за умови, що верхня гранична частота спектру вхідного сигналу свідомо не перевищує так називану критичну частоту, вище якої АСНФ, як відомо, збуджується.According to the considered principle of self-tuning, the ASNF will reliably track changes in this frequency over its entire range, provided that the upper limit frequency of the input signal spectrum does not deliberately exceed the so-called critical frequency, above which the ASNF is known to be excited.

Коли одна (номінальна) частота, яка заздалегідь обрана зі спектральних частот функції зміни частоти вхідного сигналу, збіжиться з частотою початково настроєного КФ-1, слідкування повинне призупинитися. Щоб це відбулося, значення перехідної частоти ЧУД-2 повинно досить точно дорівнювати значенню зазначеної номінальної частоти, а щоб слідкуванням був охоплений увесь передбачуваний частотний діапазон зміни о, частоти вхідного сигналу необхідно, щоб характеристики ЧД-2 і КЕ-4 мали лінійну ділянку, яка перевищує з запасом цей діапазон.When one (nominal) frequency, which is selected in advance from the spectral frequencies of the function of changing the frequency of the input signal, coincides with the frequency of the initially tuned KF-1, the tracking should stop. In order for this to happen, the value of the transition frequency of CHUD-2 must be quite precisely equal to the value of the specified nominal frequency, and in order for the monitoring to cover the entire expected frequency range of the change in the frequency of the input signal, it is necessary that the characteristics of CHD-2 and KE-4 have a linear section, which exceeds this range by a margin.

Відповідно до відомого визначення активного спектра, нестаціонарний сигнал може мати декілька складових, «Е зо активний вузькосмуговий спектр яких повільно переміщується по значному частотному діапазону. Цілком зрозуміло, що для неперекрученого виділення однієї з цих складових, КФ-1 повинні мати визначені смугу с пропускання і початкову настроєність, а для необхідного згладжування перешкод, наприклад, від сусідніх «- складових вхідного сигналу, вони повинні мати при цьому і високу вибірковість.According to the well-known definition of the active spectrum, a non-stationary signal can have several components, whose active narrowband spectrum slowly moves over a significant frequency range. It is quite clear that for the undistorted selection of one of these components, KF-1 must have a defined bandwidth and initial tuning, and for the necessary smoothing of interference, for example, from neighboring "- components of the input signal, they must also have high selectivity.

Дослідження відомих слідкувальних фільтрів показали, що через малу тривалість перехідного процесу ме)Studies of well-known tracking filters have shown that due to the short duration of the transient process,

Зз5 самонастроювання, він не може істотно вплинути на якість сигналу, що виділяється фільтром АСНФ, який с працює в режимі утримання чи в режимі слідкування.Due to self-tuning, it cannot significantly affect the quality of the signal emitted by the ASNF filter, which operates in the holding mode or in the tracking mode.

Відзначені особливості роботи запропонованого пристрою і зазначені вимоги до його окремих блоків є наслідком досліджень комп'ютерних різних математичних моделей, у яких використовувалися різні КФ-1, ЧД-2 іThe noted features of the proposed device and the specified requirements for its individual blocks are the result of research on various computer mathematical models, which used different KF-1, ChD-2 and

ФНУ-3. «FNU-3. "

Таким чином, відповідно до результатів цих досліджень можна стверджувати, що, безумовно, пт») с запропонований пристрій для автоматичного слідкування за частотою нестаціонарними фільтрами є реальним і ефективним у використанні.Thus, according to the results of these studies, it can be stated that, certainly, the proposed device for automatic frequency tracking with non-stationary filters is real and effective in use.

Claims

;" The formula of the invention is - ! , ! more

1. A device for automatic frequency tracking with non-stationary filters (ASNF), which contains a controlled filter (CF), the feedback loop of which contains a series-connected frequency discriminator - (HF), a smoothing low-pass filter (LFF) and a control element (KE), the output of which is connected to the control input of the CF, the output of which, being the output of the ASNF, is connected to the input of the BW, which differs in that the CF is any of the known tunable electrical filters above the second order with a defined initial Y" bandwidth, which is retunable or non-retunable.

2. The device according to claim 1, which differs in that SPF, low-frequency, high-frequency, and other types of filters, both polynomial and non-polynomial, and not only cascade, but also, for example, multi-loop filters, can be applied as CF. p. 60 b5