Сглаживающий фильтр Советский патент 1986 года по МПК H03H21/00 

торых через ключи 21,, 22, 23, управляемые таким образом, что в каждый момент времени только один из них замкнут, а два других разогтенуты, поступают на входы сумматора 1, где ал- гебракчески суммируются. Поскольку с выходов разомкнутых ключей поступают сигналы, равные нулю, то сиг нал на выходе сумматора 1 равен: одному из сигналов x,(t), XjCt) x,(t) в зависимости от того, какой из ключей 21, 22, 23 замкнут в данный момент времени. ИЛИ 18, 19, 20, компараторы 1.2, 13, 1 А, ключи 15,16, 17, БОНЗС 24,, сумматор 25, блок экстИзобретение относится к радио технике и может быть использовано в устройствах адаптивной фильтрации сигналов.

Цель изобретения - повышение точ нести выделения информационного сигнала.

На фиг.I приведена структурная электрическая схема сглажив,ающего фильтра на фиг,2 структурная электрическая схема блока определения скорости изменения сигнала ; на фиг.З - Структурная электрическая схема блока анализа отклонения сигнала от значения; на фиг ч 4 - струк- турная электрическая схема .амплитуд- него дискриминатора.

Сглаживающий фильтр содержит первый сумматор 1, первый, второй и третий каналы 2, 3 и 4 фильтрации, каждый из KOTOpbfx состоит из ncipBo го блока 5 вычитания, первого и вто рого блоков .6 и 7 анализа отклонения сигнала от среднего значения, блока 8 определения скорости изменения сигнала, второго сумматора 9 и фильтра 10 нижних частот, а второй и третий каналы 3 и 4 фильтрации содер- жат кроне того по одному допол™ нительному сумматору П, первый, второй и третий компараторы 12j 13 и 14, первый, второй и третий Kjno4H 15, 16 и 17, первый, второй к третий источники 18, 19 и 20 постоянного напряжения, четвер тый, пятый н шестой ключи 21, 22

53

раполкнии 26 и АД 27 служат для уг равления ключами 21, 22, 23, чтобы при скачкообразном изменении структурных и статических свойств полезного сигнала и помехи подключить тот КФ 2, 3, А, который обеспечивает наилучшую точность выделения полезного сигнала. Управление, ключами 21, 22, 23 производится в за висимости от свойств отклонений входного сигнала x(t), от его сглаженных значений и свойств самих сглаженных сигналов в каждом КФ 2,3,4.Приведен выполнения АД 27.1 з.п., 4 ил.

и 23 5 блок 24 определения наш 1еньше- го значения сигнала, третий сумматор 25,блок 26 экстраполяции и амплитудный дискриминатор 27, который состоит ИЗ четвертого и пятого источников 28 и 29 постоянного напряжения, четвертого и пятого компараторов 30 и 31 и элемента 32 антисовпа- дений, первый и второй блоки 6 и 7

анализа отклонений сигнала от среднего значения состоят каждый из детектора 33 знака сигнала,первого элемента 34 задержки, перемножителя 35, второго блока 36 вычитания, интегрирующего усилителя 37, третьего блока 38 вычитания, масштабирующего усилителя 39 и шестого источника 40 постоянного напряжения, блок 8 определения скорости изменения сигнала состоит из второго элемента 41

задержки и четвертого блока 42 вьмитания.

Сглаживающий фильтр работает следующем образом.

Входной, сигнал фильтра x(t) поступает .на вход первого канала 2 фильтрации, а именно на вход фильтра 10 нижних частот, в котором выделяется низкочастотная составляющая сигнала x,(t), являющаяся выходом первого канала 2 (1ильтрации.

Сигнал X, (t) вычитается в первом блоке 5 вычитания из входного сиг- кала x(t) и полученная разность

6 x,(t) x(t) - X, (t)

поступает на нход фильтра 10 HIDKHHX частот второго канала 3 фильтрации фильтра 10 нижних частот, в дополнительном сумматоре 11 алгебраически суммируется с выходным сигналом X,(t) фильтра 10 нижних частот первого канала 2 фильтрации. На вьгхо- де дополнительного сумматора 1i второго канала 3. фильтрации получается сигнал

x.,(t) x,(t) + лх, (t),

являющийся выходом второго 3 канала фильтрации. Сигнал ) содержит более высокочастотные составляющие, чем сигнал х , (t) с выхода первого канала 2 фильтрации.

Аналогично определяется сглаженный сигнал X j(t), являющийся выходо третьего канала 4 фильтрации. Для этого в первом блоке 5 вьпитания второго канала 3 фильтрации из вы- входного сигнала x(t) вычитается синал XjCt) с выхода дополнительного сумматора 11. Сигнал о полученной разности

ах

(t) - x(t) - 5,(t)

сглаживается в фильтре Ю нижних частот третьего канала 4 фильтрации. Сигнал uX2(t) с выхода фильтра 10 нижних частот в дополнительном сумматоре II третьего канала 4 фильтрации алгебра1-гчески суммируется с сигналом yi(t), поступивип-см с выхода дополнительного сумматора I1 второго канала 3 фильтрации. Выходной сигнал дополнительного сумматора I 1 третьего канала 4 фильтрации

X(t)Xj(t)+ AX(t)X, (t)-b UXjCt)

содержит .еще более высокочастотные составляющие, чем сигнал X2(t). Сигнал X,(t) ,поступая далее на вход первого блока 5 вычитания, третьего канала 4 фильтрации вычитается ь нем из входного сигнала x(t):

АХ ,(t)x(t) - x,(t)

Сигналы x,(t), X gCt) и X ,,(t) поступают на входы соответственно четв.ертого, пятого и шестого ключей 21, 22 и 23, которые управляются таким образом, что каждый момент времени только один из них замкнут, а два других разомкнуты. Сигналы с выходов указанных ключей подаются на вход первого сумматора 1, в котором о.чи алгебраически суммируются. Поскольку с яькодотз разомкнутых ключей поступают сигналы равные нулю, то сигнал на выходе первого сумматора 1 равен одному из сигналов x,(t), x,,(t), Xj(t) в зависи 4остй от того, какой из ключей 2, 22 или 23 saMKfiyT в данный момент времени. Компараторы .2, 13 и 1Д, ключи 15,

16 h 17, источники 18, 19.и 20 постоянного напряжения, блок 24, -оумматор 25, блок 26.и амплитудный дискриминатор 27 служат для управления четвертым, пятым и шестым ключами 21, 22

и 23 с той целью, чтобы при скачко- образь ом иэменеиии структурчых и ста тистических свойств полезно о сигнала и помехи подключить тот канал 2, 3 или 4 фштьтрации из числа

имеютихсл, KOTopf ul обеспечивает на- илучш по точность выделения полезного сигнала.

Управление четвертым, пятым и шестым ключами 21, 22 и 23 производится в зависимости от свойств от- клo feний входного сигнала x(t) от его сглаженных значений и свойств саг-1их сглаженных сигналов в каждом канале 2, 3 и А фильтрации следующим образом.

Сигналы об отклонениях Л х, (t), ), AX;,(t) поступают на входЫ первых блоков 6 анализа отклонения сигнала от среднего значения первого, второго и третьего

капало 2, 3 и А, в которых оцениваются показатели, характеризующие свойства отклонений (фиг.З). Сигнал X;(t) (где i - номер

канала ф11пьтрацни)подается на вход детектора 33 знака с законом функционирования

н-1 ,если л х- (t) О, -1 ,если Д.Х .(t) 0.

С выхода детектора 33 знака сигнал поступает на вход первого элемента 34 задержки, в котором осуществляется задержка на интервал времени б , выбираемый-в каждом- конкретном случае по статистическим свойствам полезного сигнала и помехи. Задержанный сигнал sign AXjCt) б )J умножается в перемножителе 25 на выходной сигнал детектора 33 знака, в результате чего получается сигнал

$12П8536

fll. (t) ,(t) sign|AX;(t-fc ;(t)C;(t) - Xj(t -i )

15

20

25

--9)

Величина (u;(t) принимает значение + , если сигналы д X (t) и iiX;(t-9) одного знака, и -1, если указанные сигналы разных знаков.

С выхода перемножителя 35 сигнал .ni;(t) поступает на вход второго блока 36 вычитания и интегрирующего усилителя 37. Сглажениьтй (усредненный) сигнал (J((t) на выходе интегрирующего усилителя 37 представляет собой аналог автокорреляционного момента и обладает следующими свойствами: его величина стремится к +1, если отклонения их.(t) на интервале усред™ иения имеют одинаковые знаки; его величина меньше нуля, если отклонения 4 x;(t) знакопеременные на том же интервале времени.

В третьем блоке 38 в гчитания из сигнала ш. (t) вычитается сигнал с выхода источника АО постоянного напряжения о желаемом (заданном) значении автокорреляционного момента, в частном случае, равном -1. Полученная разность в масштабируюгдем усили теле 39 умножается на заданный весовой коэффициент.30

В результате описанных преобразований сигналов об отклонениях a.x,(t), fi, x(t),4 Xj(t) соответственно в первом, втором и третьем каналах 2, 3 и 4 фильтрации, в блоках 6 форми- 35 руются сигналы о текущих значениях показателей, характеризующих свойства отклонений.

Для определения показателей, характеризующих свойства самих сглаженных 40 сигналов x,(t), Xy(t), x(t), сначала в блоках 8 определения скорости изменения сигнала находятся оценки скоростей изменения этих сигналов. Сигнал X;(t) с выходам -го канала Сглаживающего фильтра (г ,2,3). поступает на вход соответствующего блока 8 определения скорости измене- НИИ сигнала (фиг.2), где задерживается во втором элементе 41 задержки на 50 заданный инте рвал времени t . Оценка скорости изменения низкочастотной составляющей.x;(t). входного сигнала x(t) находится в четвертом блоке 42 вычитания как разность значений , входного х; (t) и выходного xjCt-t ) сигналов второго элемента 41 задерж45

55

Сигналы об оценках скоро y(t}, (t) в каждом канал и 4 фильтрации поступают на вторых блоков 7 анализа отк сигнала от среднего значени рых производятся преобразов логичные описанным. С помощ тора 33, элемента 34 и пере теля 35 определяется произв

;(t)sign e;(t)

в блоке 36 и интегрирующем ле 37 сигнал f;(t) сглажива (усредняется). Аналог авток ционного момента М на в интегрирующего усилителя 37 следугощее свойство его вел стремится к , если оценки рости f;(t) ма интервале ус ния имеют одинаковые знаки, выделенная i-м каналом филь низкочастотная составляющая входного сигнала x(t) монот растает и убьшает, поэтому случае желаемым (заданньм) ем автокорреляционного моме ется +1. Соответствующий си выхода источника 40 в треть 38 вычитания вь читается из j(t), полученная разность бирующем усилителе 39 умнож на заданный весовой коэффиц

I

В результате описанных п

ваний сигналов об оценках с f,(t), g(t), fj(t) в соотв щих блоках анализа отклонен нала от среднего значения ф ся сигналы о текущих значен казателей, характеризующих сглажениых сигналов.

Показатели, найденные в втором 6 и 7 блоках анализа ненная сигнала от среднего в первом канале 2 фильтраци во втором сумматоре ходе которого получается си обобщенном показателе работ канала 2 фильтрации, учитыв как свойства отклонений bx, женного сигнала x,(t) от вх сигнала x(t) так и свойств сглажеииого сигнала x,(t).

Сигналы об обобщенных по работы второго и третьего к и 4 фильтрации формируются

5

0

5

0

5

5

Сигналы об оценках скорости ,(1)5 y(t}, (t) в каждом канале 2, 3 и 4 фильтрации поступают на входы вторых блоков 7 анализа отклонений сигнала от среднего значения, в кото рых производятся преобразования, аналогичные описанным. С помощью детектора 33, элемента 34 и перемножителя 35 определяется произведение

;(t)sign e;(t) (t-0 )

в блоке 36 и интегрирующем усилителе 37 сигнал f;(t) сглаживается (усредняется). Аналог автокорреляционного момента М на выходе интегрирующего усилителя 37 имеет следугощее свойство его величина стремится к , если оценки скорости f;(t) ма интервале усреднения имеют одинаковые знаки, т.е. выделенная i-м каналом фильтрации низкочастотная составляющая x.(t) входного сигнала x(t) монотонно возрастает и убьшает, поэтому в данном . случае желаемым (заданньм) значением автокорреляционного момента явля ется +1. Соответствующий сигнал с выхода источника 40 в третьем блоке 38 вычитания вь читается из сигнала j(t), полученная разность в масштабирующем усилителе 39 умножается- на заданный весовой коэффициент.

I.

В результате описанных преобразо-.:

ваний сигналов об оценках скорости f,(t), g(t), fj(t) в соответствующих блоках анализа отклонения сигнала от среднего значения формируются сигналы о текущих значениях показателей, характеризующих свойства сглажениых сигналов.

Показатели, найденные в первом и втором 6 и 7 блоках анализа отклоненная сигнала от среднего значения в первом канале 2 фильтрации сумми- во втором сумматоре 9, на выходе которого получается сигнал об обобщенном показателе работы первого канала 2 фильтрации, учитывающем как свойства отклонений bx,(t) сглаженного сигнала x,(t) от входного сигнала x(t) так и свойства самого сглажеииого сигнала x,(t).

Сигналы об обобщенных показателях работы второго и третьего каналов 3 и 4 фильтрации формируются анапогич7

ньи образом в .соответствующих вторы сумматорах 9.

Сигналы об обобщенных показателя с выходов вторых сумматоров 9 всех каналов 2, 3 и 4 фильтрации поступа на входы блока 21 определения нан меньшего значения сигнала, а также на первые входы первого, второго и третьего компараторов 12, 13 и 1А. В блоке 24.из значений трех поступивших на его входы сигналов выбирается наименьшее,которое подается далее на вторые входы первого, второго и третьего компараторов 12, 13 и 14. В любой момент времени на входах одного из у1сазанньсх компараторов значения сигналов совпадают, и этот блок формирует управляющий сигнал на вход управления соответствующего первого, второго или третьего ключа 15, 16 или 17. По этому сигналу соответствующий ключ замыкается, и на вход третьего сумматора 25 поступает сигнал от соответствующего первого, второго или третьего источника 18, 19 или 20 постоянного напряжения. Напряжения источников 18, 19 и 20 постоянного напряжения пропорциональны номерам каналов 2, 3 и 4 фильтрации относительно величины I, 2, 3. Таким образом, сигнал на выходе третьего сумматора 25 в каждый момент времени пропорционален номеру наилучшего канала фильтрации в соответствии с выбранньпч критерием качества.

Показатели качества работы каналов 2, 3 и 4 фильтрации формируются по значениям входного сигнала x(t) и его низкочастотных составляющих X ,(t) , x(t), Xj(t) на скользящем интервале предыстории и характеризуют их.работу на этом интервале преда 1стории, т.е. с запаздьша- нием. Сигнал с выхода третьего сумматора 25 поступает на вход блока экстраполяции 26, в котором он экстраполируется на интервал этого запаздывания ,

Сигнал р (t) с вьжода блока 26 экстраполяции поступает далее на вход амплитудного дискриминатора 27, в котором определяется номер канала фильтрации, ближайший к текущему значению экстраполированного сигнала (фиг.4). Для этого с помощью четвертого и пятого компара

53

торов 30 и 31 величина экстраполированного сигнала сравнивается с напряжениями четвертого и пятого источников 28 и 29 постоянного

напряжения, пропорциональными от- носительнь1М величинам 1,5 и 2,5 со- ответственно. Если сигнал р(t) меньше 1,5, то четвертый компаратор выраб атт.-твает управляющий сигнал, замЕЛса. ;ii H четвертый ключ 21, вследствие чего на выход сглаживающего фильтра поступает сигнал x,(t) с выхода первого канала 2 фIiльтpaции.

Если сигнал р(t) больше 2,5, то пятый компаратор 31 вырабатывает управляющий сигнал, замыкающий шестой 23, вследствие чего на вькод сглаживающего фильтра поступает сигнал x,(t) с выхода третьего канала 4 фильтрации.

Сигналы с выходов четвертого л пятого компараторов 30 и 31 ьоступа- ют также на вход элемента 32 анти- совпаденйя. Если сигнал /5 (t) больше 1,5, но меньше 2,5 срабатьшает элемент 32 антисовпадения и зацы- кает пятый ключ 22, вследствие чего на выход сглаживающего фильтра поступает сигнал ) с выхода второго канала 3 фильтрации. В описанном сглаживающем фильтре предусмотрены три канала сглаж5гаання. По аналогии можно простроить фильтр с произвольным числом каналов, и , следовательно, расширить его возможности.

4 Формула изобретения

1 .Сглаживающий фильтр,содержащий первый сумматор и первый канал ф1 льтрации, состоящий из последовательно соединенных первого блока вычитания, вход которого является

входом первого канала фильтрации и входом сглаживающего фильтра, первого блока анализа отклонения сигнала от среднего значения и второго сумматора, выход которого является

первым дополнительным выходом первого канала фильтрации, из последовательно соединенных блока определения скорости изменения сигнала и второго блока анализа отклонения сигнала от среднего значения, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, а также из фильт ра нижних частот, вход которого

ляется дополнительным входом первого канала фильтрации, а выход со- 1 единен с вторьм входом первого блока вычитанияf с выходок блока определения скорости изменения сигнала и является выходом первого канала фильтрации,, причем выхо первого блока вычитания является вторым дополнительным выходом пер- канала фильтрацииj а каждый блок анализа отклонения сигнала от среднего значения содержит шестой источник постоянного напряжения и последовательно соединенные детекто знака сигнала, вход которого является входом блока анализа отклонения сигнала от среднего значения, первы элемент задержки, перемножитель, втрой вход которого подключен к выходу детектора знака, второй блок вычитания,интегрирующий усилитель, выход которого подключен к второму входу второго блока вычитания, третий блок вычитания, второй вход которого подключен к шестому источнику постоянного напряжения, и масштабирующий усилитель, выход, кото- jjoro является выходом блока анализа отклонения сигнала от средиего значенияэ а блок определения скорости изменения сигнала содержит по следовательно соединенные второй элемент задержки и четвертый блок вычитания, второй вход которого подключен k входу второго элемента задержки и является входом,.а вы 5{од четвертого блока вьтчитания выходом блока определения скорости изменения сигнала, отличающийся тем,что,с целью повышения точности выделения 1Шформационного сигнала, введены второй и третий каналы фильтрации, в каждом из которых между выходом фильтра..нижних частот и выходом каждого канала фильтрации включен дополнительный сумматор, йходы второго и третьего Каналов фильтрации подключены к входу сглаживающего фильтра,, первый, 1эторой и третий компараторы, блок оределения наименьшего значения сигнала, первый, второй и третий входы которого соединены с первыми допол-т нительньми выходами первого, второго и третьего его каналов фильтрации и первьми входами первого, второго и третьего компараторов соотве53 , О

ственио, вторые пходы первого, второго и третьего компараторов подключены к выходу блока определения наименьшего значения сигнала, последовательно соединенные третий сумматор, блок экстраполяции и амплитудный дискриминатор, первый второй и третий источники постоянного напряжения, первый, второй и третий ключи, включенные между выходами первого, второго и третьего источников постоянного напряжения и первьм, вторым и третьи - входами третьего сумматора соответственно, входы управления первого, второго и третье го ключей соединены с выходами первого, второго и третьего компараторов соответственно, четвертый, пятый и шестой ключи, включенные между

выходами первого, второго и третье™ го каналов фильтрации и входами первого сумматора соответственно, входы управления четвертого,пятого и шестого ключей соединены с первым, втбрым и третьим выходами амплитудного дискриминатора соответственно, вторые дополнительные вдаоды первого и второго каналов фильтрации подключены к дополнительным входам второго

и третьего каналбв фильтрации соответственно, выходы первого и второго каналов фильтрации соединены с вто дополнительными входами второго и третьего каналов фильтрации соот-

ветственио, а выход первого сумматора является выходом сглаживающего фи.пьтра.

.. Фильтр по п. 1,отлича ю- щ и и с я тем, что амплитудный дискриминатор содержит последовательно соединенные четвертый источник постоянного напряжет ия и четвертый компа ратор, выход которого являетч:я первым выходом амплитудного дискри

мкяатора, последовательно соединенные пятый источник постоянного на пряжения и пятый компаратор, выход которого является третьим выходом амплитудного дискриминатора, элемент

антисовпадений, входы которого подключены к выходам четвертого и пятого компараторов соответственно, вторые входы четвертого и пятого компараторов объединены и являются

входом, а выход блока антисовпаде- ний вторым Бьгходом амплитудного дискриминатора .

Редактор Л.Авраменко

Сос1авитель Л.ОсиповичТехред О.Вашлшина Корректор Г. Решетник

649/59Тираж 818Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Фи1. .

Фиг. 4«

Илобретение может использоваться в устройствах адаптивной фильтрации сигналов. Цель изобретения - повышение точности выделения информационного сигоала. Устройство содержит три канала фильтрации (КФ) 2, 3, 4, два Сумматора 1,25, три компаратора 12, 13, 14, три источника постоянного напряжения (1ШН) 18, 19, 20, шесть ключей 15, 16, 17, 21, 22, 23, блок определения наименьшего зна чеиия сигнала (БОНЗС) 24, блок экстраполяции 26 и амплитудный дискриминатор (ЛД) 27. Входной сигнал x(t) преобразуется в КФ 2, 3, 4, выход- ные сигналы x(t), (t), Xj(t) ко i (Л 00 ел 00.