Цифровой перестраиваемый полосовой фильтр Советский патент 1985 года по МПК H03H17/06 

выходом седьмого регистра, информационный вход которого подключен к выходам элементов И группы, первые входы которых соединены с выходом блока умножения, пятый, шестой, седь мой и восьмой входы которого соединены с информационными выходами соответственно первого, второго, третьего, четвертого счетчиков, уста новочные входы которых являются группой установочных входов фильтра, адресный вход второго блока постоян74

ной памяти соединен с информационным выходом пятого счетчика, вход обнуления которого объединен с входом обнуления второго адресного счетчика и является входом обнуления фильтра, вторые входы элементов И группы и второй вход элемента И образуют группу, управляющих входов фильтра, тактовые входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого счетчиков являются второй группой тактовых входов фильтра.

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной . техники и может быть использовано в системах гидро-, звуко- и радиолокации, телемеханики и других 5 областях техники.

Известен цифровой нерекурсивный фильтр с перестраиваемым комплексным коэффициентом передачи Л .

Однако указанное устройство при полосовой фильтрации с высокой разрешающей способностью требует большого вычислительного времени, определяемого временем умножения текущего выходного отсчёта . на все ве- 5 совые коэффициенты импульсной характеристики , и оперативную память большого объема, так как число элементов памяти определяется числом весовых коэффициентов фильтра, 20 которое для полосовых фильтров с затуханием более -60 дБ при расстройке на октаву равно десяткам тысяч.

Известен цифровой резонатор небольших габаритов, высокого быстро- 25 действия 21..

Однако устройство имеет амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) с затуханием не более -30 дБ на октаву,Наиболее близким к изобретению 30 является цифровой полосовой фильтр с конечной длительностью весовой функции, содержащий первый блок памяти, состоящий из подблока оперативной и подблока постоянной яамяти, 35 второй блок оперативной памяти, содержащий два подблока, первый и второй адресные счетчики, с первого по

I седьмой регистры, умножитель, ком, бинационньш сумматор и аналого-цифровой преобразойатель, причем первый вход подблока оперативной памяти первого блока памяти соединен с выходом первого адресного счетчика, а ВЫХОД-- с входом первой половины первого регистра, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход умножителя через вторую, половину первого регистра соединен с первым выходом подблока постоянной памяти первого блока памяти, а выход устройства умножения соединен с первым В5СОДОМ второго регистра, соединенного своим выходом с комбинационным сумматором, выход сумматора со,единен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом устройства, третий вход устройства умножения соединен с выходом третьего регистра, первый вход которого является информационным, второй вход соединен с выходом первого подблок-а второго блока памяти, первьй вход которого соединен выходом первой половины второго адресного счетчика, выход второй половины этого счетчика - с первым входом второго подблока этого блока памяти, вторые входы обоих подблоков второго, блока памяти соединены с выходом комбинационного сумматора, выход четвертого регистра соединен с вторым входом комбинационного сумматора |3j.

Недостатком известного устройства является отсутствие реж1яма формиро-. вания весовой функции полосового фильтра, перестраиваемого как по ширине, так и по средней части полосы пропускания. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет перестройки характеристики фильтра. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой перестраиваемый фильтр, содержащий первый блок памяти, информационный выход которого подключен к информационному входу . первого регистра, информационный выход которого подключен к первому входу блока умножения, выход которог подключен к информационному входу вт рого регистра, информационный вы.ход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого регистров и первым входом сумматора выход которого подключен к информационным входам первого, второго и третьего блоков памяти и входу цифро аналогового преобразователя, выход которого является информационным выходом фильтра, причем информационный выход третьего регистра соединен с вторым входом блока умножения третий и четвертый входы которого соединены с информационными выходами соответственно пятого и шестого регистров, информационный выход четвертого регистра соединен с вторым входом сумматора, седьмой и восьмой регистры, причем информационный вход пятого регистра подключен к информационному выходу второго блока памяти информационный вход первого регистра является информационным входом фильт ра, информационные выходы первого, второго, третьего адресных счетчи ков соединены с адресными входами, со ответственно первого, второго и третьего блоков памяти, .первый блок постоянной памяти и второй блок постоянной памяти, информационный вьосо которого соединен с информационньм входом первого регистра, тактовые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого регистров, первого, второго, и третьего адресных счетчиков образуют первую группу тактовых входов фильтра, введены группа элементов И, пять Счетчиков и элемент И причем информационный выход третьего блока памяти соединен с информа744ционным входом восьмого регистра, информационньй выход которого подключен к третьему входу сумматора, выход блока умножения соединен с первым входом элемента И, выход которого подютючен к входу знакового разряда второго регистра, информационный вход шестого регистра соединен с информационным выходом первого блока постоянной памяти, адресный вход которого соединен с информационным выходом седьмого регистра, информационный вход которого подключен к выходам элементов И группы, первые входы которых соединены с выходом блока умножения, пятый, шестой, седьмой и восьмой входы которых соединены с информационными выходами соответственно первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, установочные входы которых являются группой установочных входов фильтра, адресный вход второго блока постоянной памяти соединен с информационным выходом пятого счетчика, вход обнуления которого объединен с входом обнуления второго адресного счетчика и является входом обнуления фильтра, вторые входы элементов И группы и второй вход элемента И образуют группу управляющих входов фильтра, тактовые входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого счетчиков являются второй группой тактовых входов фильтра. На фиг.1 представлена блок-схема цифрового перестраиваемого фильтра; на фиг.2-3 - временные диаграммы его работы. Фильтр содержит блок 1 памяти, блоки 2,1 и 2,2 постоянной памяти, блоки 3 и 4 памяти, адресный -счетчик 5, регистр 6, блок 7 умножения, регистры 8 и9, сумматор 10, цифроаналоговый преобразователь 11, регистр 12, информационный вход 13 фильтра, адресный счетчик 14, адресный счетчик 15, счетчики 16-19, элемент И 20, группу элементов И 21, регистр 22, счетчик 23, регистры 24-26, информационный выход 27 фильтра. Цикл работы фильтра, совпадающий по длительности с периодом дискретизации Т( входного сигнала х(пТ,), состоит из трех подциклов: подцикл вычисления текущей выборки отсчетов импульсной характеристики (подцикл ВИХ/, когда устройство работает в режиме блока вычисления весовых коэффициентов (БВК); подцикл фильтраци данных первого квадратурного канала (подцикл Ф 1)j подцикл фильтрации данных второго квадратурного канала (подциЛл Ф2). В свою очередь каждый из двз последних подциклрв включает в себя последовательность операций, связанных с выполнением синусной Ф1 (косинусной Ф2) модуляцией, т.е. выходной квадратурной модуляцией, затем низкочастотной фильтрацией с прорежи ванием (режим фильтра-дискретизатора ФД, фиг.2) и интерполяцией отсчетов выходного сигнала (режим интерполяции Иц). Затем следует выходная квадратурная модуляция с последующим суммированием: сформированные выходные отсчеты noflawTdH на преобразователь цифра-аналог. Общий цикл работы фильтра, имеющего весовую функцию из N коэффициентов, разбивается на N/V подмножеств основных циклов (размерность каждого подмножества L), V - коэффициент прореживания, о которым выходные отсчеты фильтра подаются на вход интерполятора, поэтому период следования отсчетов на UH ,. Текущий относительно начала общего цикла обработки момент времени можн представить в виде ,o, (1) где т U,L-1 - порядковый номер текущего подмножества отсчетов входного сигнала; По tno(i V текущий момент относительно начала ГЦ-го подмножества основньг циклов, в подцикле формирования текущей выборки отсчетов импульсной характеристики независимо от значения поряд кового номера формируется L отсчето импульсной характеристики (,L-1) которые относительно момента n вычисляются по формуле Ь (по -4-21|И(4-со5(б4По)пЙ, е--(ол-1), где коэффициенты 1,000000, 0,718750, 0,244263, . 0,025116, (3) представляют собой отсчеты дискретной АЧХ фильтра полосы пропускания и переходной зоны эквивалентного НЧ-фильтра, тогда как взоне непрозрачности Н(к)0, Q 7/Ы - приведенная круговая час- тота первой гармоники, отсчеты четвертого периода которой хранятся в бло: ке 2.1. Выборка (о) -(OjL-l) записывается при своем образовании в ОЗУ1 1 Ltl В следующей последовательности:h , . , ,...,Ь -при изменении адреса от О до L-1, что обеспечивает переход к импульсной характеристике физически реахшзуемого фильтра, имеющего линейную ФЧХ. В режиме фильтрахдии подцикла Ф1 (подцикла Ф2) текущий вьосодной отсчет х(п) умножается на текущее значение модулирующей функции cosCOon(sinu)(,) гдеЫо к-Я - центральная частота полосы пропускания и результат произведения на выходе первого (второго) квадратурного канала (х (n)x(n)cosW,n) (х(п)) добавляется с соответствующим весом из выборки h (По), Е 0,L-1 к переменной V (о записанной по адресу блока 4. Так, в режиме Ф1 переменные фильтрации описываются выражением v Hnobv ,(noVh (,Ь- . I- (4) Функция j, (m,i) отражает факт зависимости используемого,отсчета импульсной характеристики Ь (MO) только от конкретно рассматриваемой переменной V , но и от порядкового номера m текущего подмножества входных данных. Чтобы раскрыть заззисимость j (fn, 1) , приведем процесс параллельного .формирования в блоке 4 выходных отсчетов сигнала V (6), равномерно расположенных в интервале времени NT, равном длительности импульсной характеристики фильтра. Пусть для определенности m 0, т.е.Н„, П(,, Для рассматриваемого момента времени текущий отсчет х(п) входного сигнала, должен быть добавлен в накопитель отсчета V(1) выходного сигнала с весом И в накопитель отсчета V (2) - с весом h и так далее, в накопитель отсчета V(0) с весом h h4. Так как при- изменении адреса памяти текущей выборки h (о) отсче,тов импульсной характеристики от О до L-1 соответствующие отсчеты считываются в последовательностиЬ Ь и/7.1,у,.ц, то обращени к ячейкам памяти накопителей выходно го массива данных следует начать с накопителя блока 4,соответствующего с мому дальнему отсчету V (0) (после дующего общего цикла), затем перейти к отсчету V(L-1)V(7) и двигаться, в том же направлении до приближения к самому близкому относительно х(п) бтсчетуУ(1). Если далее предположить, что адрее памяти накопителей изменяется последовательно от О до L-1, т.е. фактически считать, что переменнаяV записана по 1-му адресу, соответствующему выходному отсчету у т.е. , то вьфажение (4) для m 0 принимает, вид v4%V-v4no- Vx,(.6;ur,. При переходе к следующему текущему V -мерному множеству отсчетов выходного сигнала, когдагп 1, последовательность обращения к памяти накопителей долж«а начинаться с ячейки, срответствзтощей отсчету V (1) последующего общего , и заканчивается ячейкой отсчета V (2) текущего цикла (при форсированной последовательности обращения к памяти выборки отсчетов импульсной характеристики) . Выражение (4) принимает видт 1 vKbv(,(n). и в общем случае, когда , v((%-On,( в режиме интерполяции подцикла Ф1 (подцикла Ф2) реализуется следующий алгоритм восстановления с перио-дом Т отсчета выходного сигнала фильтра-дискретизатора, обозначим V(rt(, ,m) по L-мерному массиву его предшествуюпщх значений V(m,i),i V, где отсчеты, поступающие с фильтра-дискретизатора в блоке 3 с периодом дискретизации TjVT, ,.)-.|Чц.о„,,,.. функция j, (m, i), как функция j(()j отражает факт зависимости порядка считывания последовательности .отсчетов импульсной характеристики (По) от номера rri текущего отсчета входного .сигнала. Цогда алгоритм (8) имеет следующий вид для .°) )-h,.,V(,).b 4M)J. Прит 1 имеем следующий алгоритм интерполяций 4no,(l-,Uj,.ac)L (7-2) Для любого m алгоритм (.j имеет вид v(no,.).(..... В текущий момент времени интерполятора V(j ) из соответствующих яче-, ек памяти блока 3 подаются на умножитель, взвешиваются весовыми коэффициентами Ь noi5 U ,1 0,L-1 и на выходном сумматоре осуществляется необходимое накопление. Весовые коэффициенты в данный момент как для режима фильтрации, так и.интерполяции одни и те же. Последовательность хранения в ОЗУ 4 переменных V(i) соответствует переменным VOn-j )mod L интерполятора (7.3), при этом необходимо учитьшать следующее равенство переменных интерполятора и переменных фильтра-дискретизатора r5)(m.i),j.vMmodL Q- Режим интерполяции по каждому i из каналов заканчивается квадратурной модуляцией с последующим суммированием сигналов на выходе с преобразованием сигнала в непрерывный преобразователем 11. 9 Обработка сигнала устройством при и V 512 осуществляется следующей последовательностью вычислительных операций. Подцикл ВИХ начинается установкой в нуль () счетчика 16 номера текущего отсчета импульсной характеристики h ( Пд) и счетчика 17 номера текущего отсчета входного сигнала х(п) с помощью одиночного запускаю/цего импульса У1. Затем увеличивается на единицу содержимое счетчика 17 (импульс У2), увеличивается на единицу () содержимое счетчика 19 (импульс У5). Одновременно устанавливается в нуль импульсом У20 счетчик адреса блока 2,2, в котором хранятся коэффициенты ), ,4 алгоритма ) (2), обнуляется импульсом У1 счетчик 1А адреса блока 2 отсчетов V(, ) интерполятора и обнуляется импульсом 20 счетчик 5 адреса блока 1 текущей выборки отсчетов импульсной характеристики h (о) формируется произведение ш в блоке /при соот ветствующем потенциале У6 и записывается через группу элементов И 21 (схему прямого или инзерторного кода) при соответствующем потенциале У2 в первую половину регистра 22 бло ка постоянной памяти четверти основной гармоники косинусоидального сигнала импульсами У7, увеличивается на единицу содержимое счетчика 23 импульсами У9. . Перезаписывается из блока 2.2 в регистр 12 отсчет Н-(1) импульсами У22. Одновременно записьшаются в регистр 8 импульсами У8 отсчеты cos Знак отсчетов косинусоидального сигнала формируется в элементе И 20 (съема анализа знака) при соответствующем потенциале У21. Регистр 24 устанавливается в нуль импульсами .У13, затем устанавливается 1/2 в регистре 24 импульсами У14. Произведение Н(1)-созПоО.в момент образования записывается в регистр 9 импульсами У11. Увеличивается на еди ницу содержимое счетчика 19 и счетчика 23 импульсами У5 и У9 соответственно. В сумматоре 10 формируется сумма 1- 2 +H(t)cosnoS2 и после своего образования записывается импульсами У12 в регистр сумма7410тора 10. Затем эта сумма перезаписывается через блок 4 при соответствующих потенциалах У27 и У28 в регистр 24 импульсами У15, Одновременно формируется фаза блоке 7 и записывается через элемент И 21 во вторую половину регистра 22 импульсами У10, затем увеличивается на единицу содержимое счетчика 23 импульсами У9. Перезаписывается из блока 2.2 в регистр 12 отсчет Н(2)импульсами У22, записывается в регистр 8 импульсами У8 отсчет cos 2 По 91. Образованное произведение Н(2)со82ПоЯзаписывается в регистр 9 импульсами У11. Затем формируется сумма 4-Н1 созпо :г+н(г со52пр5г и после своего образования записывается в регистр 9 импульсами У11. Затем эта сумма через блок 4 при соответствующих потенциалах У27 и У28 записывается в регистр 24 импульсами У15. Далее вычислительные операции повторяются при формировании нулевого отсчета импульсной характеристикиh lnob- r-Hlkjcoeng u который после своего образования записывается в регистр сз матора 10, нормируется операцией сдвига с помощью импульсов У16 и записывается в блок 1 при соответствующих потенциалах синхроимпульсов У17, У18 по адресу 100, установленному в адресном счетчике 5 с помо1Ц1 ю четырех первых импульсов У19. Запись h( ид) в адрес 100 соответствует переходу к последзтощей реальной фильтрации с линейной фазо-частотной характеристикой, если выборка весовых коэффициентов в режиме фильтрации начинается с адреса 000. Затем в подцикле ВИХ устройства формирун)тся с такой же последовательностью вычислительных операций отсчеты h ( и записываются в блок 1 при соответствующих адресах l01, 110, 111, 000, 001, 010, 011j, тогда как фильтрация выполняется при адресах блока 1 001, 010, 0116, 100, 101, 110, lll. Вычислительные операции в режиме фильтра1Ц1и - интерполяции имеют еледующую последовательность Режим фильтрации по косинусному (синусному) каналу, т.е. подцикл Ф1 (подцикл Ф2), начинается с формирования фазы центральной частотыпсоQ пк SI пу тем умножения кеда к , предварител но установленного в счетчике 18 запускающим импульсом УО, на содержимое rt счетчика 17. Произведениеh W записывается во вторую половину регистра 22 импульсами У10 через элементы И 21 при соответствующем поте циале У26. Затем через необходимое время отсчет модулирующей cos СОоП вьщается из блока 2.1 и записываетс в регистр 8 импульсами У8. Одновременно отсчет входного сигнала x(rj) входа 13 записывается в регистр 12 импульсами У23. Результат произведения x,(il). x(in)cos (х)у if последовательно записы вается в регистр 9 импульсами У11, затем в регистр 26 импульсами У25, в котором хранится в течение вычисления всех переменных (4.2). Счетчик 5 адреса блока 1 обнуляется импульсом У20, и отсчет импульсной характеристики h (Пд) из блока 1 при соответствующих потенци алах синхроимпульсов У17 и У18 запи сывается в регистр 6 импульсами У24 Затем в умножителе при соответствующем потенциале Уб вычисляется произведение х(п). () и записывается в регистр 9 импульсами У11. Одновременно из блока 4 при соответствующих потенциалах импульсов У27 и У28 в регистр 24 записывается : переменная V J () импульсами У15. . Затем в. сумматоре -10 образуется сум vHnoWHno-Vi Anl-H Спо и записывается импульсом У12 в выходной регистр сумматора 10. Затем новое значение переменной V (и,,) за писывается в блок 4 соответствующим потенциалами У27 и У28 по адресу пе ременной V(no-l). Далее вычислительные операции повторяются для вычисления всех переменных и их записи в блок 4. При этом перед обработкой последующей переменной содержимое счетчиков 5 и 15 увеличива ется на единицу соответственно импульсами У19 и У29. 7412 Режим фильтрации подцикла Ф1 заканчивается вычислением и записью в блок 4 по адресу 111 текущего значения переменной V J(п), и начинается режим инте.рполяции. В режиме интерполяции выполняются следующие вычислительные операции: отсчет импульсной характеристики Ь(По) перезаписывается на блок 1 в регистр 6 импульсами У24 при нулевом адресе счетчика 5. Одновременно из блока 3 в регистр 12 импульсами У22 перезаписывается переменная интерполятора, находящаяся в нулевом адресе для текущего л mojL при соответствующих потенциалах синхроимпульсов У23 и УЗЗ. Затем в умножите.пе 7 при соответствующем потенциале Уб вычисляется произведение V(m-,)n,ojLЬ(1о) и записывается импульсами У11 в регистр 9. Одновременно регистр 24 устанавливается в нулевое состояние импульсами У13. Коды регистров 9 и 24 суммируются, т.е. образуется величина V(т), и записывается в выходной регистр сумматора 10 импульсами У12. Затем этот код перезаписывается через блок 4 при соответствующих потенциалах У27 и У28 в регистр 24 импульсами У15. Одновременно следующий весовой коэффициент Ь (IQ) записывается в регистр 6 импульсами-У24. Переменная V(m-i)m(,j перезаписывается из блока 3 в регистр 12 импульсами У22, Умножителем 7 формируется произведение V fil-D-b (По), Записывается в регистр 9 импульсами yil, а затем суммируется с величи ой регистра 24 сумматором 10 и так далее. После завершения последовательности накопления текущий отсчет выходного канала фнльтра-интерполятораv,(no.m)ёvUm-,,.) записывается в регистр сумматора 10 импульсами У12. Величина (10) нормируется в регистре сумматора Ю сдвигом в сторону младших разрядов. Таким образом, предлагаемый фильтр позволяет расширить функциональные возможности известного устройства за счет перестройки своих характеристик.

уч зг

-11. 11ии МП пи

II II I t II

, 11 t

11 n II 11 II nil

I t II II

I r I t M и tilt nit

I n n 11 M M

111 I n I 11 I n

rtH

-UL

УК ЦП 92А

.JlД JUl--JШ JlП -JШ «« nil-I I .i ILL

n м 11 n I I

±

JL

1

М II г I л

I гI I I II I J J I I I I 1 J

I г I I I { i II I I I III r J I I I lilt

i

Ml I I I I

J

t I I I II I

I i I I I I I

Фиг.З