Фильтр Советский патент 1985 года по МПК H03H17/00 

exotr

2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит реверсивный счетчик, постоянное запоминакмцее устройство, счетчик адреса, дешифратор нуля и дешифратор числа весовых коэффициентов, причем вычитающий вход реверсивного счетчика является входом блока управления, выход реверсивного счетчика подключен к входу дешифратора нуля, выход которого является первым выходом блока управления и подключен к управляющему входу реверсивного счетчика и к счетному входу счетчика адреса, выход котррого подключен к адресным входам постоянного запоминающего устройства и к входу дешифратора числа весовых коэффициентов, выход которого является вторым выходом блока управления и подключен к установочному входу счетчика адреса, первый выход постоянного запоминающего устройства подключен к входу предварительной установки .реверсивного счетчика, а второй выход постоянного запоминающего устройства является третьим выходом блока управления.

1. ФИЛЬТР, содержащий линию задержки, инвертор, фильтр нижних . частот, генератор тактовых импульсов. выхой которого подключен к входу блока управления, первьй выход которого соединен с тактовым входом линии задержки, отличающийся тем, что , с целью повьшения точности фильтрации, введены два коммутатора, интегратор и стробирукмций блок, при этом первый коммутатор, первый информационный вход которого является входом фильтра, линия задержки, инвертор, второй коммутатор, интегратор, стробирующий блок и фильтр нижних частот соединены последовательно, при этом выход линии задержки подключен к вторым информационным входам § первого и второго коммутаторов, второй выход блока управления - к (Л управляющим входам первого коммутатора, интегратора и стробирующего блока, а третий выход - к управляющему входу второго коммутатора.

Изобретение относится к технике обработки сигналов и может быть использовано в устройствах обнаружения сигналов на фоне помех в качестве как оптимальных фильтров сложных сигналов, так и фильтров нижних и верхних частот высокого порядка, режекторных, полосовых и гребенчатых фильтров с импульсной характеристикой конечной длины.

Известен фильтр, содержащий линию задержки, отводы которой через соответствующие перемножители подключен к входам сумматора Cl }

Недостаток фильтра заключается в том, что количество отводов в линии задержки и количество перемножителей прямо пропорционально порядку фильтра и при построении фильтров сложных сигналов достигает десятков и сотен Кроме того, быстродействие фильтра (полоса пропускания фильтра) всегда ограничено скоростью умножения на весовые коэффициенты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фильтр, содержащий линию задержки, каждый отвод которой через электронный ключ и инвертор подключен к соответствующему входу сумматора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, а также генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом блока управления, соответствующие выходы которого подключены к тактовому входу линии задержки и к управляющим входам электронных ключей С2.

-Недостатками фильтра являются необходимость выполнения линии задержки со многими отводами, сложность фильтра, обусловленная наличием большого количества электронных ключей, низкая точность воспроизведения желаемой передаточной функции

фильтра, т.к. использование даже идеального фильтра нижних частот (т.е. с бесконечно крутым срезом амплитудно-частотной характеристики) в этом фильтре не обеспечивает точ-

ной интерполяции отклика фильтра.

Цель изобретения - повьшение точности фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтр, содержащий линию задержки, инвертор, фильтр нижних частот, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу блока управления, первьй выход которого соединен с тактовым входом лиНИИ задержки, введены два коммутатора, интегратор и стробирующий блок, при этом первый коммутатор, первьй информационный вход которого является входом фильтра, линия задержки,

инвертор, второй коммутатор, интегратор , стробирующий блок и фильтр нижних частот соединены последовательно, при этом выход линии задержки подключен к вторым информационным

входам первого и второго коммутаторов, второй выход блока управления к управляющим входам первого коммутатора, интегратора и стробирующего блока, а третий выход .- к управляющему входу второго коммутатора. Блок управления содержит реверсив ный счетчик, постоянное запоминающее устройство, счетчик адреса, дешифратор нуля и дешифратор числа весовых коэффициентов, причем вычитающий вход реверсивного счетчика является входом блока управления, выход реверсивного счетчика подключен . к входу дешифратора нуля, выход кото рого является первым выходом блока управления и подключен к управляющем входу реверсивного счетчика и к счет ному входу счетчика адреса, выход которого подключен к адресным входа постоянного запоминающего устройства и к входу дешифратора числа весо вых коэффициентов, выход которого является вторьм выходом блока управ ления и подключен к установочному входу счетчика адреса, первьй выход постоянного запоминающего устройств подключен к входу предварительной установки реверсивного счетчика, а второй выход постоянного запоминающего устройства является третьим выходом блока управления. На Фиг. 1 представлена структурная электрическая схема фильтра; на фиг. 2 - структурная электрическ схема блока управления. Фильтр содержит первый коммутатор 1, линию 2 задержки, инвертор 3 второй коммутатор 4, интегратор 5, стробирующий блок 6, фильтр 7 нижни частот (ФНЧ), генератор 8 тактовых импульсов (ГТИ), блок 9 управления. Блок 9 управления содержит ревер сивный счетчик 10, дешифратор 11 ну .ля, счетчик 12 адреса, постоянное запоминающее устройство,(ПЗУ) 13 и дешифратор 14 числа весовых коэффициентов. Фильтр работает следующим образом. Сигнал, подлежащий фильтрации, поступает, на первый информационный вход первого коммутатора 1. В момен ты Tj, 2Тр, ЗТд и т.д. первьй коммутатор 1 на время, равное одному периоду следования импульсов ГТИ 8, соединяет вход фильтра с входом линии 2 задержки, тем самым осуществляется дискретизация входного сигна ла с периодом TO и запись отсчета сигнала в линию 2 задержки. Период дискретизации Т должен выбираться в соответствии с теоремой отсчетов В.А.Котельникова, т.е. ТоЛГ/ А, где ;k. - коэффициент дискретизации; F - наивысшая частота в спектрре обрабатьтаемого сигнала. После записи отсчетеГ в линию 2 задержки первый коммутатор 1 соединяет вход линии 2 задержки с ее выходом. В качестве линии 2 задержки может использоваться либо дискретноаналоговая линия задержки на основе приборов с зарядовой связью, либо цифровая линия задержки, включающая . последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь, совокупность цифровых.регистров сдвига бинарных кодов и цифро-аналоговый преобразователь (матрица R-2R). Подобные линии задержки позволяют легко менять скорость сдвига информации в них путем изменения периода тактовых импульсов. Мгновенный период тактовых импульсов t; на первом эыходе блока 9 управления прямо пропорционален модулю отсчетов желаемых весовых .коэффициентов фильтра, т.е. отсчетов импульсной характеристики g(t), и рассчитывается по формуле г-г,|,1/|:,,1. (1) тде g. - отсчеты жела.емой импульсной характеристики фильтра; -число отсчетов желаемой характеристики фильтра; Т - длительность желаемой импульсной характеристики фильтра. . -все весоПри этом вые коэффициенты, заложенные в мгно-венный период тактовых импульсов, перебираются (у. первого по N-й за период дискретизации Т, . Число отсчетов сигнала, содержащихся в линии 2 задержки, равно числу отсчетов N весовых коэффициентов фильтра, заложенных в мгновенный период тактовых импул1 сов линии 2 задержки. Так как ягновенньй период 7. тактовых импульсов изменяется в соответствия и формуло й (1), то различно и время , в течение которого каждый отсчет г.игнала действует с выхода линии 2

задержки (через инвертор 3 и второй коммутатор 4) на вход интегратора 5. Так как временной интервал всегда величина положительная, то знак весового коэффициента фильтра вводится с помощью инвертора 3 и второго коммутатора 4, управляемого знаковым разрядом весового коэффициента, поступающим с третьего выхода блока 9 управления. Если очередной коэффициент положителен, то сигнал поступает с выхода линии 2 задержки на вход интегратора 5 без инверсии, в противном случае сигнал инвертируется инвертором 3. Интегратор 5 производит интегрирование поступающей

J /-t-t 5u(,t)5.reci((a , V-/2 , Г1, npHJt- l , rect ( о npH|t-t,,

Г+1 при g.7,0 Sign(g.)| прИй-.О Сигнал Sjbtx e выходе интегратора 5 определяется интегрированием вьфажения (2) в пределах (k-DTo-kT , N вь. 1 ()) N ) 5,Cr.si4:n(;) , ,2,3,..., it-t rect(-7j--)dt V.. Ч u Ьодставляя в формулу (3) значение из выражения (1), получим у N N S-.i ol-ir--- -S r 5.. ,(Ф V 1 l Xk.-l X о-М где С - константа.

на его вход импульсной последовательности в течение каждого цикла циркуляции содержимого линии 2 задержки т.е. во временном интервале ((к-1)Тд кТ).

Сигнал Sgj(t) на входе интегратора 5 представляет собой прямоугольных импульсов, амплитуда которых равна отсчетам входного сигнала S- , временное положение центра импульса - t- , длительность определяется мгновенным периодом t. тактовых импульсов линии 2 задержки, а знак произведением знаков отсчета сигнала и весового коэффициента

- функция знака, - центр i-го прямоугольного импульса;. прямоугольный импульс; Выражение (4) показывает, что выходной сигнал ) интегратора 5 в момент конца интервала (кТ) с точностью до постоянного множителя совпадает с суммой произведений отсчетов сигнала на весовые коэффициенты фильтра. Стробирующий блок 6 осуществляет передачу выходного сигнала интегратора 5 в моменты времени кТ на вход ФНЧ 7, который восстанавливает непрерывную форму отклика всего фильтра. Блок 9 управления работает следующим образом. В момент времени счетчик 12 адреса установлен в ноль по установочному входу R. Нулевое состояние всех триггеров счетчика 12 адреса передается через его выходную шину на адресные входы ПЗУ 13, на выходе которого появляется бинарный код первого весового коэффициента, записанного по нулевому адресу. Этот код поступает на вход предварительной установки реверсивного счетчика 10, которьй в это время производит вычи7тание импульсов ГТИ 8 из первоначал ного числа, записанного в реверсивном счетчике 10. Когда в реверсивно счетчике 10 сформируются нули во всех разрядах, дешифратор 11 нуля формирует импульс, который разрешает перезапись кода весового коэффициента из ПЗУ 13 в реверсивный счет чик 10 и одновременно увеличивает состояние счетчика 12 адреса на еди ницу, при этом изменяется адрес ПЗУ 13, которое удерживает на своем выходе второй весовой коэффициент, выбранный уже по первому адресу. В это же время реверсивньй счетчик 1 производит вычитание импульсов ГТИ из числа занесенного в реверсивный счетчик. 10 из ПЗУ 13 в первом такте При достижении нуля в реверсивно счетчике 10 процесс повторяется до тех пор, пока в счетчике 12 адреса не сформируется число, равное числу N весовых коэффициентов, фильтра. В этом случае дешифратор 14 числа в совых коэффициентов формирует импульс, который подается на второй выход и в то же время устанавливает счетчик 12 адреса в нулевое состояние . Далее описанный процесс период чески повторяется с периодом Т. Реверсивный счетчик 10 выполняет роль преобразователя бинарного (пря мого) кода весовых коэффициентов, , хранящихся в ПЗУ13, во временной интервал V тактовых импульсов, поступающих через первый выход блока 9 управления на тактовый вход линии 2 задержки. Знак весового коэ фициента поступает непосредственно из ПЗУ 13 через третий выход блока управления на управляющийвход второго коммутатора 4. Весовые коэффициенты фильтра представлены в ПЗУ в виде квантовых на 2 уровней чисел, где - разрядность мантиссы 298 (модуля) чисел, хранящихся в ПЗУ 13. Мгновенный период f тактовых импульсов на первом выходе блока 9 управления рассчитывается по формуле (1). Если принять максимальное значение весовых коэффициентов ISimotxI I. а минимальное 1В;„,„| 0, тогда период следования генератора тактовых импульсов 8 определяется по формуле тмх it N 2 а (1 Анализ формулы (5) показывает, что она может быть упрощена, если желаемая импульсная характеристика фильтра представляет собой гармонический сигнал с монотонной амплитудной и фазовой модуляцией. Примером является импульсная характеристика оптимального (согласованного) фильтра для импульсного сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и гауссовой огибающей. В этих случаях 14 где коэффициент величина 51l«;l N ct не зависит от закона фазовой модуляции, а определяется лишь законом амплитудной модуляции импульсной характеристики g(t). Таким образом, предлагаемый фильтр точно реализует алгоритм линейной фильтрации, и для него передаточная функция является дискретным преобразованием Фурье последовательности весовых коэффициентов (iT) 1./ , ЧГ -jwiT Н(ш)о-.е « т.е. имеет передаточную характеристику, точно соответствующую заданным, весовым коэффициентам.

..J

Фиг. г