Адаптивный фильтр Советский патент 1986 года по МПК H03H21/00 

1

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в системах обработки сигналов неизвестной формы и является усовершенствованием иЭобретения по авт.св. № 1008888,

Цель изобретения - повьшзение по- . мехоустойчивости.

. На чертеже приведена структурная электрическая схема адаптивного фильтра.

Адаптивный фильтр содержит много каналь 1ый моделятор 1 , формировател 2 весовых функций, первый сумматор 3, пороговый элемент 4, второй сумматор 5, фильтр 6 нижних частот. Фо мирователь 2 весовых функций состоит из задающего генератора 7, М амплитудных модуляторов 8, М запоминающих блоков 9 и М ключей 0, а также дополнительньш сумматор 1I, компаратор 12, первый дополнительный ключ 13, ждущий мультивибратор Г4 и второй дополнительный ключ 15.

Адаптивньш фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал U, (t), представляющий собой аддитивную смесь неиз вестного повторяющегося сигнала и.(t) и флуктуационной помехи (шума) U(t),

U,(t)U (t)+U(t)

поступает на объединенный информационный вход многоканального моде- лятора 1.

Число используемых каналов моде- лятора 1 определяется выражением

.

,

c(t) ;

где В - база принимаемого сигнала

Uc(t)j. F - верхняя частота спектра

КС

сигнала U,(t); Т - длительность сигнала U На управляющие входы ззсех М каналов моделятора 1 с соответствующих выходов формирователя 2 подаются напряжения весовых функций.

Формирование напряжений весовых функций в формирователе 2 производится следующим образом,

С М выходов задающего генератора 7 формирователя 2, на вторые входы соответствующих амплитудных модуляторов 8 формирователя 2, поступают короткие импульсы постоянной ампли224983а

туды (-импульсы), длительностью , выбираемой из условия

л Хд 8 V

где X.

V размер одного элемента проводящего слоя моделятора 1 вдоль направления записи весовой функции; скорость записи весовой функции на безинерционном фоторезистивном слое моделятора ,

Интервал следования S -импульсов на каждом из выходов задающего генератора 7 формирователя 2 должен быть не больше длительности сигнала U(t) причем о -импульсы на выходе задающего генератора 7 () смещены относительно -импульсов на (i- 1)-ом выходе задающего генератора 7 на интервал ut;, определяемый по теореме Кательникова

4tji

2F

Макс

Т В

На первый вход каждого из амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 с соответствующего запоминающего блока 9 поступает напряжение U.(t) (где ), модулирующее по амплитуде S -импульсы, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с задающего генератора 7. Промодулированные по амплитуде 5 -импульсы с выходов амплитудных модуляторов В формирователя 2 поступают на соответствующие управляющие входы многоканального моделятора 1,

В момент включения адаптивного фильтра на выходе моделятора I, а следовательно, на входе первого сумматора 3, напряжение практически равно нулю, т,е, заведомо ниже начального порогового напряжения порогового элемента 4, При этом управляющее напряжение U4 на выходе порогового элемента 4 отсутствует, ключи 10 формирователя 2, управляющие входы которых соединены между собой и подключены к выходу порогового элемента 4, закрыты. Напряжения U,j(t) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 отсутствуют, В этом случае на управляющие входы всех М каналов моделятора I поступают немодулированные S -импульсы. Через интервал Ид (время обработки сигналов в моделяторе) на выходе каждого из

каналов моделятора I появится выходное напряжение -Т), определяемое выражением

(t

Ol

-TO)

U((to;).

-Dl

t - текущий момент отсчета входного сигнала в i-м канале моделятора, пробегающий все значения со скоростью перемещения весовой функции по весовому слою i-ro канала моделятора 1 , причем

Ч;

к -

to(H) t

т„ коэффициент пропорциональности, зависящий от типа моделятора 1 и его конструктивных особенностей; время обработки входного сигнала в моделяторе 1. Таким образом, в момент на выходе всех М каналов моделятора 1 появится напряжение Ugj,,, (t д; -Т ) , представляющее собой отсчеты мгновенных значений входного сигнала, взятые через интервал At . Все отсчеты входного сигнала с выходов моделятора 1 поступают на первый сумматор 3, выходное напряжение которого определяется соотношением

КЛ1

ут

о

(

и. (t . )

Напряжение U подается на пороговый элемент 4, гдесравнивается с из- 35 меняющимся пороговым напряжением

и

пор

()и,„ор„ + ли4п„р (t),

где ,р(ь)

поро f пор

составляющая порогового напряжения, форми- руемая из сигнала, подаваемого на вход порогового элемента 4 В момент включения адаптивного фильтра пороговое напряжение „f,p(t) равно начальному значению U. .

В течение всего времени приема повторяющегося сигнала напряжение и,, формируемое как сумма отсчетов входного сигнала U,(t), подается на пороговый элемент 4. Это напряжение изменяется во времени как за счет изменения уровня входного сигнала и (t), представляющего собой смесь полезного сигнала и шума, так и за счет адаптивного приближения параметров фильтра на моделяторе к оптимальным ,

to

5

20

25

30

- 35

- 40 . ) 5

50 55 Если напряжение U(t) на входе первого сумматора 3 не превышает (t), то напряжение U на выходе порогового элемента 4 отсутствует, ключи 10 в формирователе 2 закрыты, напряжения на запоминающих блоках 9 отсутствуют, а на управляющие входы моделятора 1 и на второй сумматор 5 подаются немодулированные 5 -импульсы. С второго сумматора 5 немодулированная последовательность О -импульсов, смещенных друг относительно друга на it поступает на фильтр 6, граничная частота которого выбирается равной . При этом на выходе фильтра 6 выделится постоянное напряжение, представляющее собой огибающую немодулированной последовательности F-импульсов, которое подается на информационный вход первого ключа 13. Так как напряжение на запоминающих блоках 9 в рассматриваемом случае отсутствует, то и напряжение на выходе дополнительного сумматора 11 равно нулю.

Порог срабатывания Ц компаратора 12 выбран оптимальньм по критерию помехоустойчивости

и« .ор , .

где U,j у - эффективное напряжение флуктуационных помех на входе адаптивного фильтра. Так как в рассматриваемом случае напряжение на входе компаратора 12 равно нулю, т.е. порог U, ор не пре- вьшен, на выходе его действует сигнал логического нуля. При этом сигнал логического нуля будет на выходе второго ключа 15 и ждущего мультивибратора 14. Первьй ключ 13, на управляющий вход которого подается сигнал со ждущего мультивибратора 14, при этом заперт, и на выходе адаптивного фильтра сигнал отсутствует .

В том случае, когда напряжение на выходе первого сумматора 3 превысит пороговое напряжение (t) порогового элемента 4, на выходе его появится напряжение U4, отпирающее ключи 10 формирователя 2 и второй ключ 15. В самом же пороговом .элементе происходит при этом автоматическая регулировка порогового напряжения.

При отпирании ключей 10 формирователя 2 на запоминающие блоки 9

формирователя 2 переносятся значения отсчетов входного сигнала U, (t) с выхода моделятора 1, модулирующие {,в амплитудных модуляторах 8) -им- пульсы, поступающие с .задающего генератора 7. С выхода амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 моду- лированнь е по амплитуде S -импульсы подаются на управляющие входы канального моделятора 1 и на сумматор 5, с выхода которого модулированная по амплитуде последовательность о -импульсов поступает на фильтр 6 нижних частот, вы,целяющий напряжение, пропорциональное огибающей этой последовательности, которое подается на информационный: вход первого ключа 13. Напряжение и с запоминающих блоков 9 формиро- вателя 2, пропорциональное отсчетам входных сигналов, подается на дополнительный сумматор I15 на выходе которого выделяется напряжение

М .

и . 9,

i

Если это напряжение превьшает порог срабатывания компаратора 12, то на выходе компаратора I2 появляется сигнал логической единицы, который через второй ключ 15 подается на ждущий мультивибратор 14. При этом щий мультивибратор 14 вырабатьшает сигнал логической единицы, ддЕитель- ностью Т, отпирающий первый ключ 13, через который на выход адаптивного фильтра постуяает напряжение, пропорциональное .огибающей модулированной последовательности S-импульсов с выхода фильтра 6,

Если входной сигнал U,(t) содержит только шум Uy(t), то моменты срабатывания порогового элемента 4 будут совершенно случайными и значения отсчетов входного сигнала, переносимые с выходов многоканального моделятора 1 через ключи 10 в заяоми- a{oщиe блоки 9 формирователя 2, также будут случайными, В результате напряжения U . (t) на запоминающих блоках 9 будут случайно флуктуировать, оставаясь в среднем близкими к нулю. При этом с формирователя 2 на управляющие входы моделятора 1 и на второй сумматор 5 поступают 8 - импульсы, амплитуда которых (шукту- рфует относительно среднего значеjfo is 0

5

о j

0

5

0

ния в очень м алых пределах. На выходе фильтра 6 при этом действует напряжение шума и,,„ (t), которое подаШ ВЫ X

ется На информационный вход первого ключа 13.

Усредненные отсчеты напряжения шума и„; поступают на дополнитель91ный сумматор

жение и.. Zl 12. , с которого напря- Ugj подается на компаратор

Так как напряжение и„; в рассматриваемом случае близко к нулю, то порог и,2,„„компаратора 12 не будет превьшлен напряжением U,,, на выходе компаратора 12 при этом действует сигнал логического нуля. Сигнал логич€ скогр нуля будет также на выходах второго ключа 15 и ждущего мультивибратора 14.

Первый ключ 13 при этом заперт и напряжение шума с выхода фильтра 6 не попадает на выход адаптивного фильтра,

В том случае, когда входной сигнал представляет собой сумму напряжений шума Uy(t) и полезного сигнала Uj (t) , вероятность срабатывания порогового элемента 4 возрастает в связи с увеличением энергии входного сигнала U,(t), а следовательно, и суммарного напряжения отсчетов входного сигнала Ug(t), подаваемого на пороговьш элемент 4. Чем выше отношение сигнал/шум на входе адаптивного фильтра, тем вероятнее срабатывание порогового элемента 4 в моменты появления полезного сигнала U(t).

Но и при небольших отношениях сигнал/шум срабатывание порогового элемента 4 будет происходить-чаще при наличии полезного сигнала на входе адаптивного фильтра, чем при его отсутствии.

После нескольких повторений полезного сигнала, вызвавших срабатывание порогового элемента 4, значения напряжений U . (t) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 приблизятся к значениям отсчетов полезного сигнала. Это происходит за счет усреднения выбросов напряжений Ug-(t), вызванных шумами, при накоплении отсчетов входного сигнала на запоминающих блоках 9.

НаП Эяжения Uo.(t) модулируют S -импульсы, подаваемые на амплиту дные модуляторы 8 с задающего генератоpa 7. При этом значения напряжений весовых функций, подаваемых с формирователя 2, приближаются к опти мальным, которые соответствуют отсчетам мгновенных значений полезно- го сигнала U. (t) . За счет приближения формируемых весовых коэффициентов к оптимальным увеличится частота правильных (при появлении полезного сигнала) срабатываний порогово го элемента 4, так как начнет возрастать отклик каждбго канала моде- лятора I на полезный сигнал, что приведет к увеличению напряжения Jj(t) на выходе первого сумматора 3

Процесс адаптации ускорится. Для одновременного уменьшения случайных срабатываний порогового элемента 4 под действием шума в интервалы, когда полезньш сигнал U, (t) на входе отсутствует, порог срабатывания порогового элемента 4 автоматически увеличивается с увеличением напряжения на выходе первого сумматора 3.

Модулированная отсчетами полез- ного сигнала U((t) последовательность S-импульсов с выхода формирователя 2 через второй сумматор 5 поступает на фильтр 6, выделяющий напряжение, которое все точнее повто- ряет форму полезного сигнала. Это нпряжение подается на информационный вход первого ключа 13.

Напряжение на запоминающих блоках 9 формирователя 2 в этом случае существенно превышает напряжение шума, поэтому напряжение U,,, поступающее на вход компаратора 12 с дополнительного сумматора 1 1 , вьш1е его порога срабатывания U,2 пор При этом на выходе компаратора 12 действует сигнал логической единицы, поступающий на информационньй вход второго ключа 15.

Если суммарное напряжение отсче- тов входного сигнала .(t ) превышает порог срабатывания порогового элемента 4 (фиксируя тем самьм появление на входе полезного сигнала U(,(t)), на выходе порогового эле- мента 4 появляется напряжение U, опирающее второй ключ 15. Сигнал логической единицы с компаратора 12 через второй ключ 15 поступает на ждущий мультивибратор 14, вырабаты- Бающий сигнал логической единицы длтельностью Т, который отпирает первый ключ 13. При этом напряжение полезного сигнала с фильтра 6 через первый ключ 13 поступает на выход адаптивного фильтра. Если же поро- говьш элемент 4 не сработал при поступлении на его вход напряжения Ug (t) (что происходит при отсутстви полезного сигнала на входе),второй ключ 15 заперт, на вькоде ждущего мультивибратора 14 действует сигнал логического нуля, запирающий ключ 13 и сформированное на выходе фильтра 6 напряжение не поступает на выход адаптивного фильтра.

Таким образом,когда во входном напряжении U, (t) адаптивного фильтра нет повторяющегося сигнала U(t) происходят случайные срабатывания порогового элемента 4, средние значения напряжений на запоминающих блоках 9 формирователя 2 остаются нулевыми, порог ) пороговом элементе 4 сохраняет значение, близкое к , а первый ключ 13 заперт и сигнал на выходе адаптивного фильтра отсутствует.

При появлении повторяющегося сиг - нала и(t) процент случайных срабатываний порогового элемента 4 постепенно уменьшается, напряжение на запоминающих блоках 9 все более приближается к оптимальным значениям, модулированные этим напряжением 5 - импульсы, подаваемые на второй сумматор 5 отсчетов выходного сигнала, стремятся к значению отсчетов полезного сигнала, пороговое напряжение на выходе фильтра 6 все точнее повторяет форму полезного сигнала Uc(t), так как представляет собой огибающую совокупность отсчетов полезного сигнала U,-, взятых через ингтч

тервал utr - , что позволяет точно восстановить форму .этого сигнала.

Формула изобретен ия

Адаптивный фильтр по авт.св. № 1008888, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, между выходами фильтра нижних частот и адаптивного фильтра включен введенный первый дополнительный ключ, а между выходами М запоминающих блоков формирователя весовых функций и входом управления первого дополнительного ключа включе9122498310

ны последовательно соединенные до- равления которого подключен к входу полнительный сумматор, компаратор, формирователя весовых функций, и жду- второй дополнительный ключ, вход уп- щий мультивибратор.

Изобретение относится к радиотехнике . По отношению к основному авт.св. N 1008888 повышается помехоустойчивость . Адаптивньй фильтр содержит многоканальный моделятор I (ММ), формирователь 2 вес овых: функций (ФВФ), сумматоры 3, 5 и 11, пороговый элемент 4, ФНЧ 6, компаратор 12, два дополнительных ключа 13, 15 и ждущий мультивибратор 14. Входной сигнал - аддитивная смесь неизвестного повторяющегося сигнала и флук- туационной помехи поступает на информационный вход ММ 1, а на его управляющие входы подаются напряжения весовых функций, формируемые в ФВФ 2. Выходные сигналы ММ 1, пройдя сумматор 3 и пороговый элемент 4, порог срабатывания которого автоматически регулируется, поступают на ключ 15. Если на выходе сумматора 11 напряжение не равно нулю, то на выход адаптивного фильтра через сумматор 5, ФНЧ 6 и ключ 13 поступает напряжение , пропорциональное огибающей модулированной последовательности В - импульсов. Если входной сигнал содержит только шум, то при наличии сумматора II, компаратора 12, ключа 15 и ждущего мультивибратора 14 ключ 13 запирается и напряжение шума с выхода ФНЧ 6 не попадает на выход адаптивного фильтра. 1 ил,. I (О .I f 6 13