Корреляционный фильтр Советский патент 1984 года по МПК H03H17/06 

Изобретение относится к вычис-. лительной технике, а именно к устройствам для обработки информации специального назначения, и может быть использовано в различных областях науки и техники. Известен цифровой фильтр, содержащий блок дискретизации, аналогоцифровой преобразователь, элементы задержки, умножители на постоянный коэффициент, cyN iaTop, преобразр- ватель аналог - частота и счетчик, Входной сигнал фильтра преобразуется в дискретную форму и через последовательные элементы задержки и умножители на весовые коэффициенты поступает на сумматор и далее на счетчик, где, к выходной сумме досчитываются импульсы с преобразователя аналог - частота. Выходной сигнал фильтра формируется в счетчике Г13. Указанный цифровой фильтр имеет низкое быстродействие вследствие .большого времени установки аналогецифрового- преобразователя и затрат времени на умножение многоразрядных чисел. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелометр, содержащий блок накопления, два блока согласования, ;вхо ды которых, являются соответственно первым и вторым входами коррелометра, выход каждого блока согласования соединен с первым входом соответствующего блока компараторов, второй вход которого подключен через соответствующий цифроаналоговый преобразователь к выходу доотв тствующего генератора случайных чисел, выход первого блока компаратора ieрёз блок задержки соединен с пёр%ым входом первого блока умножения, вто рой вход которого подключен к выходу второго QnoKSL компараторов, тактирующие входы первого и второго бл ков компараторов и блока задержки подключены к выходу тактового генератора, третий генератор случайного числа, блок постоянной памяти, три сум атора, второй и третий блоки умножения, первые входы которых подключены к. выходам первого и второго сумматоров соответственно, вто рые входы второго и третьего блоков умножения подключены соответственно к выходам второго блока компараторов и блока задержки, первые вход первого и второго сумматоров соединены с-Выходом постоянной памяти, а вторые входы подключенЁг соответст венно к выходам третьего и второго генераторов случайных чисел, выходы блоков умножения подключены к соответствуницим входам третьего сумматора, выход которого подключен к входу блока накопления. Этот коррелометр определяет оценку каждой точки {((тл-Г) кои еляци- онной функции ) сигналов х (t) и y(t) по алгоритму . (тлг I - Х ( ,- 1)н. (г .-i)n %(K-mlNK , где Q - половина диапазона измерения сигналов X (t) и У (t)r N - количество циклов измерения каждой точки; к взаимно независимые pliBномерно распределенные в интервгше (0,1) псевдослучайные числа/ ш - количество тактов задержки одного сигнала относи- тельно другого, хк УК результат сравнения sxoд ных сигналов х (t) и у (t) с соответственными псевдослучайными числами; аТ - интервал дискретиЗадииГ22.: Однако известный коррелометр характеризуется низким быстродействием, так как время, необходи14ое я вычисления выходного сжгиала К х-у ( в каждом такте измерения,распределяется на определение от- : дельных слагае|11ых (п,-|)ук(Ч-|1 H/.(Ktn;-n и на определение общей сумЛи.Если это время сравнимо с интервалом дискретизации dt , ,тО появляется доподнительиая задер: ка в образовании выходного сигнала, Кроме того коррелометр требует значительных затрат Оборудования, так как определяет взаимную корреляцию сразу в 100 точках, а также применения взаимно независимях генераторов псевдослучайных .чисел в каждом канале. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение корреляционного фильтра. Указанная цель достигается, тем, что кои елядион{шй фильтр, содержаний первый и второй цифроаналоговые преобразователи, первый и второй компараторы, генератор псевдослучайных чисел, генератор тактовых импульсов и накаплив и(И11ий сумматор, выход которого является информационньф выходом фильтра/ причем ВЫХОДЫпервого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых объединены и являются первым информационным входом фильтра, а выход генератора так товых импульсов соединен с управляющими входами первого и второго компараторов;, содержит- сумматор, первый и второй вычитателк, причем выходы первого вычитателя и сумматора соединены с входами соответственно первогб и второго цифроаналоговых преобразователей, первые вхрда первого вычитателя .и сумматора объединены и являются вторые инфор(«гщионным входом фильтра, выходы пе вого и второго компараторов соединены соответственно с первым и втоРИМ входами второго вычитателя, выход которого подключен к управляющему входу накапливакицего сумматора, инфор мационный вход которого соединен с вторыми Bx.ofiaMH первого вычитаФеля и сумматора и подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел,,- . ;;, . . , . . Вновь введенные узлы и связи поз воляют регшизовать новый алгоритм фильтрации, в котором используется -принцип суммирования-вычитания случайного вспомогательного сигнала, ,позволяющий определить выходной сигнал фильтра с меньшими затратами времени. На чертеже изображена ма корреляционного фильтра, ; Корреляционный фильтр содержит компара1 оры 1 и 2, цифроаналоговые п)еобразователи 3 и 4, генератор 5 тактовых импульсов, вычислитель б, су1Ф1ато|) 7, генератор 8 псевдослУ7 чисел, накапливгоощий сумматор 9 и вычитатель 10. Предлагаемый корреляционньй фильтр реализует новый алгоритм фй льтрацни. к. где ХУ оценка взаимокорреляцион ной функции входногоснг нёша X(t) и фильтрующего сигнала у( t) -, диапазон изменения входных сигналов х(t) и yCtb . . число отсчетов; псевдослучайное число, равномерно; распределенно в интервале (0,i)j определено далее функцией (6). Выражение (2) получаетйя, если реализовать формулу x.: l(x.-( (3) . и использовать стохастическое квантование второго рода, в котором для определения оценки сигнала испольуется не только результат сравнеия сигнала со вспомогательным уровем, но и значение самого вспомогаельного сигнала. В фильтре имеетя два канала квантования. В одном анале квантуется сигнал х (t) + у (t), в jtt)yroM X (t) - у (t), ценки квантованных сигналов опрееляются согласно формулам: (fK-f- v); ( де - половина диапазона изменения сигналов X (t) + у (t) . и-х (t) - X (t), т.е.-«I, -. x{t) + y{t) ,и-cj,x(t ).y(t )J, , или : -| x{iK|. -|(t)| i - результат сравнения сигнала x(t) + y{-t) с соответствующим опорньм уровнем i ri|x+vC v j; (0|x-bi(/«vf., результат сравнения сигнала x(t) - y(t) с соответствуюпшм опорным уровнем |x-yr( Otx-г/Кч, Квантование проводится одновреенно в диапазонах 0,с иГо,- . оложительные значения сигналов сравиваются с уровнями V (с f а отрицаельные - с уровнем -«V к . При стохастическом квантовании торого рода возведение в квадрат существляется следующим образом: z () -;;f-X n , 22Я4. Тогда при подставлении формулы (5) в выражение 3) получается формула (2),, которая описывает принцип действия корреляционного фильтра, причем п, п, - 1 при Ix-v(f -1 при fx+sl«l,f lx-: |:j(,f . О 1х-У( Практически при квантовании сравнивается не сигнал x)t) + y(t) и порньал уровнем «V к , а сигнал (t) с разностью «vf -у . на результат сравнения такая перестановка не влияет, но в таком случае сигнал y(t) можно представить в дискретной форме и изменить аналоговое сложение x(t) + y(t) дискретным вычитанием , Xk , т.е. .возможно применение дискретного фильтрующего сигнала у . Это позволяет применить ЭВМ при формировании фильтрующего сигнала; Таким образом выполнен и второй канал квантования.

Новый алгоритм филь трации (2) является достаточно простым, так ка требует увеличить или уменьшить или вовсе не менять содержание арифметического устройства на величину текущего значения псевдослучайного числа в зависимости от значения Ul,

Кроме того отпадает необходимост определения отдельных слагаемых, которые требуют как определенных затрат времени, так и затрат оборудования.

Указанный алгоритм реализуется в корреляционном фильтре следующим образом.

исследуемый сигнал х(t) поступает на первые входы компараторов 1 и 2. На второй вход компаратора 1 через цифроаналоговый преобразователь 3 с вычитателя 6 поступает разность между псевдослучайньам уровнем е. и

текущим значением фильтрующего сигНсша Уи .Коды числа 4fK УК поступают на вход сумматора 7, где суммируются. Эта сумма передается в цифроаналоговый преобразователь 4, где преобразуется в аналоговую фор- му, и далее поступает на второй вход компаратора 2. Таким образом, в компараторе 1 сравнивается сигнал x(t) с уровнем i.f,j - УН , в компара0 торе 2 - сигнал x(t) с уровнем ч., у,. Результаты сравнения гц; и ц, которые являю- ся одноразрядными числами, поступают на входы вычитателя 10, де определяется код значеS Аия п, который с выхода вычитатбля 10 поступает на вход накапливающего сумматора, 9. В зависимости от значения п 14 в накапливающем сумматоре 9 происходит сложение или .

0 вычитание текущего значения с

ранее в других тактах фильтра накопленным содержимым накапливакмцего сумматора 9. Если п , О, то . содержимое накапливающего) сумматора 9 не меняется. Таким образом, после N тактов работы фильтра в накапливающем сумматоре 9 накоплен выходной результат.

Предлагае№1й корреляционный фильтр по сравнению с прототипом имеет более высокое быстродействие и требует меньше аппаратурных затрат.

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ФИЛЬТР, | содержащий первый и второй цйфррана логовые преобразователи, первый и второй компараторы, генератор превдослучайных чисел, генератор такто вых -импульсов и накапливаквдий сумчматор, выход которого является ин, формацйонным выходом фильт1 а, причем выхода первого и второго цифроаналоговых преобразователей средине вы с первыми входами соответственно первого и второго компараторов. .вторые входы koтopыXvOбъe шнeны и являются первым информационньад входом филЬтра, а-выход, генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами дервого и второго компараторов, о т ли ч а ю щ ийс я тем,, чтоj с целью повышения его быстродействия и упрощения, он ,; одержит сумматор, первый и второй вычитатели, причем выходы первого . вычитателя и сумматора соединены с входами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей, первые входы первого вычитателя и сумматора объединены и являются вторым информационным входом фильтра, выходам первого и второго icoMnapaTOров соединены со(/ ответственно с nepBblM и вторым входами второго вычитателя, выход которого подключен к управляющему входу накапливающего сумматора, информационный вход которого соединен а с вторлми входами первого вычитателя и сумматора и подключен к выходу генератора псевдослучайных чи. сел.. ....... .. . .