Вероятностный фильтр случайных процессов Российский патент 2019 года по МПК H03H17/04 

Изобретение относится к области обработки информации, может использоваться в цифровых системах контроля, слежения и управления различными объектами, а также в устройствах спектрального анализа.

Известно устройство аналогичного назначения, которое состоит из умножителей, сумматоров, алгебраических сумматоров и блоков задержки [А.с. 1803962 СССР, МПК Н03Н 17/04. Цифровой рекурсивный фильтр [Текст] / В.А. Погрибной, А.В. Тимченко, А,Н. Атаманчук и З.И. Домбровский (СССР). -) 4808044/09, заявлено 23.03.90; опубл. 23.03.93, Бюл. М 11]. Основными недостатками прототипа являются сравнительно большой аппаратный объем и низкое быстродействие.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка устройства для выполнения рекурсивной фильтрации случайных процессов, обладающего малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени.

Решение технической задачи достигается путем использования вероятностной формы представления данных, в связи с чем изменяется аппаратная реализация рассматриваемого прототипа.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение аппаратного объема вероятностного фильтра случайных процессов при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в масштабе реального времени, достигаемым путем замены в прототипе усилителей с переменными коэффициентами усиления и рециркуляторов на блоки вероятностного умножения, сложения и регистра сдвига.

Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг., на котором изображена функциональная схема вероятностного фильтра случайных процессов, где:

1.1, 1.2 - регистры хранения значений поправочных коэффициентов;

2.1, 2.2 - двухвходовые конъюнкторы, выполняющие функцию арифметических умножителей вероятностно представленных операндов;

3 - параллельные вероятностные сумматоры, в роли которых может выступить схема [Пат. 171033 Российская Федерация, МПК G06F 19/00 Параллельный вероятностный сумматор / Моисеев Д.В., Сапожников Н.Е.; заявитель ЧВВМУ им. П.С. Нахимова. - №2017100704; заявл. 10.01.2017; опубл. 17.05.2017, бюл. №14.];

4 - регистр сдвига, выполняющий функцию задержки.

Устройство рассчитано на выполнение рекурсивной фильтрации случайного процесса. Как известно, конструкция рекурсивного цифрового фильтра отображается в z-образе передаточной функции фильтра в виде отношения двух многочленов:

где B(z)=В₀+B₁z+B₂z²+…+B_Nzⁿ, A(z)=A₀+A₁z+A₂z²+…+A_Mz^m.

Использование рекурсивного цифрового фильтра имеет смысл в том случае, если степень многочленов A(z) во много раз меньше степени многочлена H(z) прямого z-преобразования импульсной реакции фильтра. При z-образе входных данных X(z) на выходе рекурсивного цифрового фильтра имеем:

При обратном z-преобразовании выражения (1) получаем уравнение рекурсивной цифровой фильтрации:

Рекурсивная фильтрация требует задания начальных условий как х_k по, так и по у_k при k<0. Как следует из выражения (2), при вычислении значения у_k текущей точки используются предыдущие вычисленные значения у_k-m, что и определяет принцип рекурсии - фильтрации с обратной связью.

Перед началом работы схемы в регистры хранения значений поправочных коэффициентов (1.1) и (1.2) заносятся поправочные коэффициенты, представленные в виде вероятностных отображений.

После выполнения записи поправочных коэффициентов начинается работа схемы вероятностного фильтра случайных процессов: значения случайного процесса X(z) предварительно преобразованные в вероятностное отображение поступает на вход схемы, на первый вход конъюнктора (2.1) выполняющего функцию вероятностного множителя, на второй вход которого поступает вероятностное отображение поправочного коэффициента с регистра хранения (1.1), произведение значения входного случайного процесса на поправочный коэффициент с выхода конъюнктора (2.1) поступает на первый вход вероятностного сумматора (3), выход которого подключен в регистру сдвига (4), который в свою очередь нагружен на второй вход конъюнктора (2.2) на первый вход которого подается вероятностное отображение поправочного коэффициента с регистра хранения (1.2), выход конъюнктора (2.2) подключен ко второму входу сумматора (3), выход которого также является выходом всей схемы.

Примером преобразователя информации в вероятностные отображения может служить схема - Пат. 2660831 Российская Федерация, МПК Н03М 7/00 (2006.01) Преобразователь двоичный код - вероятностное отображение / Д.В. Моисеев, Н.Е. Сапожников; заявитель и патентообладатель ФГБВОУ ВО ЧВВМУ им. П.С. Нахимова Министерства обороны Российской Федерации (RU). - №2017100609, заявл. 10.01.2017; опубл. 10.07.2018 Бюл. №18

Технико-экономическая эффективность предлагаемого вероятностного фильтра случайных процессов состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к области обработки информации, может использоваться в цифровых системах контроля, слежения и управления различными объектами, а также в устройствах спектрального анализа. Технический результат заключается в обеспечении рекурсивной фильтрации случайных процессов в устройстве, обладающем малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени. В устройстве используют блоки вероятностного умножения, сложения и регистра сдвига для осуществления обработки данных. 1 ил.

Вероятностный фильтр случайных процессов, характеризующийся тем, что в состав схемы входят регистр сдвига, два регистра хранения поправочных коэффициентов, два двухвходовых конъюнктора и один вероятностный сумматор на два входа, в начале работы схемы в регистры хранения поправочных коэффициентов загружаются вероятностные отображения соответствующих поправочных коэффициентов, после чего вероятностное отображение значения случайного процесса с входа устройства поступает на первый вход первого конъюнктора, на второй вход которого поступает значение поправочного коэффициента с первого регистра хранения поправочных коэффициентов, выход первого конъюнктора нагружен на первый вход вероятностного сумматора, значение с выхода которого подается на вход регистра сдвига, с выхода которого поступает на второй вход второго конъюнктора, на первый вход которого подается значение поправочного коэффициента со второго регистра хранения поправочных коэффициентов, выход второго конъюнктора подключен ко второму входу вероятностного сумматора, выход которого является выходом всей схемы.