Адаптивный фильтр Советский патент 1986 года по МПК G05B13/00 

«

, Изобретение относится к автоматике и радиотехнике и может.быть использовано в системах для фильтрации сигналов, имеющих малое соотношение сигнал/шум.

Цель изобретения - повьшение быстродействия настройки фильтра за счет адаптации.

На фиг-. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг,. 2 -- структурная схема блока форьшрования весовых коэффициентов; на фиг. 3 - структурная схема блока нормируюш 1х коэффициентов; -на фиг, 4 - функциональная схема второго фильтра; на фиг. 5 - структурная схема второго

нелинейного усилителя. 1.

АдаптиБНьш- фильтр содержит блок

Iфильтров, множительные звенья 2, сумматор 3, вычитатепь 4, первьш 5 и второй 6 усилители, блок 7 рования весовых коэффициентов, блок 8 деления, блок 9 нормирующих коэффициентов, датчик 10 помех, датчик

IIвходного сигнала, квадратор 12, первый фильтр 13, первый блок 14 за дерлаот, делитель 15, первьй ограничитель 16, первьш нелинейньй усилитель 17, второй фильтр 18, второй нелинейньш усилитель 19, первое дополнительное множительное звено 20, второй блок 21 задержки, второй ограничитель 22, третий фильтр 23,- третий ограничитель 24 и второе дополнительное мнолдательное звено 2

В цифровом варианте реализации адаптивного фильтра все; блоки строятся на основе стандартных умножителей, сумматоров, делителей и элементов памяти.

Блок фильтров состоит из элементов памяти и блока дискретного быстрого преобразования Фурье и реализует гребенку фильтров.

Структурная схема блока 7 формирования весовых коэффициентов содержит N блоков 26 комплексного сопряжения, Н умножителей 27, N сумматоров 28; N элементов 29 памяти. Входные сигналы поступают через блоки 26 комплексного сопряжения на первые входа умножителей 27. На вторые входы последних поступает сигнал (N+I )-го входа блока 7 рования весовых коэффициентов. Выходы ЭТ1СХ умножителей 27 соединены. с первыми входами сумматоров 28, на вторые входы которых подаются теку331002

щие значения весовых коэффициентов фильтра, в частотной области tJ In,, ., ,

После суммирования весовые коэффициенты для следующего шага

S

5 Jg п+1 5 ,.,, uJg запоминаются в соответствующих элементах 29 памя- ти, входы которых соединены с выходами сумматоров 28, и появляются на выходах элементов 29 памяти на сле- 0 дующем шаге.

Блок 8 деления предназначен для реализации процедуры деления каждого сигнала с выхода блока I физтьтра на каждай выходной сигнал блока 9 fS нормирующ;чх коэффициентов.

Структурная схема блока 9 нормирующих коэффициентов содержит N каналов, каждый из которых состоит из блоха 30 комплексного сопряжения, 20 умножителей 31, сумматора 32, элемента 33 памяти, перемнбжителя 34,

Структурная схема второго фильтра 18 состоит из вычитателя 35, первого 36 и второго 37 умножителей, сум- 35 матора 38, элемента 39.памяти. Работа второго фильтра 18 поясняется уравнением:

30

Р, L п1 . 1ь-1 (1 - )+ Р, L nlplnl .

Структурная схема второго нелинейного усилителя 19 состоит из вьгчитатег.1я 40, второго формирователя 413 мультиплексора 42 и первого фор- 35 мирователя 43. На первый вход вычи- .тателя 40 поступает сигнал порога Р. nj, на ВТОРОЙ --сигнал оценки

о

скорости., настройки Р

Адаптивный фильтр работает следую- 40 1ДИМ образом.

С датчика 11 входного сигнала поступает аддитивная смесь полез1юго сигна.па и сигнала дума. С датчика 10 notiex поступает сигнал, коррелиро- - вагшый с шумом. В группе блоков А формируется сигнал, оценки скорости настройки, который сравнивается с пороговым уровнем. Выходной сигнал блока А, поступающий на блок Б управSO

ления шагом адаптации, может принимать только два уровня: больше единичного - соответствующий переходно- ry режиму, и меньше единичного - Соответствующий установившемуся режи- 55 му, В блоке Б формируется велгтчина шага адаптации р п, который поступает па вход второго дополнительного множуггельного звена 25, На второй вход поступает с выхода вычитат ля 4 сигнал ошибки f п. В блоке производится грубый анализ скорости настройки - определяется какой режи (переходной или установившийся) име ет место в данный момент jipH текущем шаге адаптации. Для этого в блоке А находится оценка скорости настройки, которая сравнивается с пороговым значением. Если оценка ско- рости настройки ниже порогового уровня, то это означает, что с дан- ны1-; шагом а,цаптации настройка окончена, поскольку дальнейшей настройке мешают шумы адаптации. Для даль- нейшей, более точной настройки, необходимо уменьшить шаг адаптации.

При этом уменьшится шум адаптации, но уменьшится и скорость настройки. Для компенсации влияния из менения шага на скорость настройки необходимо соответствующее изменение величины порога. Чтобы реализовать линейную зависимость порога во втором нелинейном усилителе 19 от шага адаптации в схему блока А оценивания скорости настройки вве ден первый нелинейный (логарифмичес- кий) усилитель 17. При этом для получения оценки скорости настройки выходной сигнал ошибки адаптивного фильтра с выхода вычитателя 4 поступает на квадратор 12, выходной сигнал которого (мгновенная оценка мощности выходного сигнала) сглаживается в первом (сглаживающем) фильтре 13 и поступает на первый вход делителя 15. Выходной сигнал последнего представляющий собой отношение текущего и задерлсанного сигналов с выхода первого фильтра 13, является певичной оценкой скорости настройки и поступает через первый ограничитель 16, первый нелинейный усилитель 17 и второй фильтр 18 на первый вход второго нелинейного усилителя 19. Ограничение сигнала в первом ограничителе 16, эквивалетное замене заведомо больших значений оценки скорости настройки на значе- ние порога ограничения, облегчает построение последующих блоков, сокращает время переходных процессов в nocjедующих сглаживающих фильтрах. Введение второго фильтра 18 для crna живания выходного сигнала первого нелинейного усилителя 17 обосновывается тем, что при окончании на

j )0 f5

20 25 о o

5

0

5

. стройки с максимальным шагом адаптации происходит значительное уменьшение мощности ошибки. При этом в сигнале ошибки значительно возрастает доля составляющей, некоррелиро- ватгной с сигналом опорного входа. Поскольку адаптивньп фильтр HacTpaii- вается по мощности составляющей сигнала ошибки, коррелированной с сигналом опорного входа, то для определения оценки скорости настройки по скорости уменьшеция мощности выходного сигнала требуется более-сильное сглаживание.

Коэффициент передачи первого усилителя 5 выбирается таким, что при максимальном niare адаптации коэффициент сгла/лнвания второго фильтра 18 минимален. Управляемьш второй фильтр 18 строится так, что коэффициент сглшкивання увеличивается пропорционально уменьшению шага адаптации.

Коэффициент передачи второго усилителя 6 выбирается таким, что при максимальном шаге адаптации на его выходе имеется сигнал порога, соответствующий ожидаемой минимально возможной скорости настройки при максимальном шаге адаптации.

При превьшшнни порогового уровня сигналом оценки скорости настройки, поступающим па первьш вход второго нелинейного усилителя 19, на выходе последнего появляется положи- тельньй сигнал, больший единичного уровня (), п ггротинном случае - меньший единичного уровня ( i - о/ ), где О сг. с 1 .

Особенностью изменения шага адаптации ,.i n J в блоке Б управления шагом адаптации является использование сигнала вспомогательного шага адаптации р п1, который меняется в более широких пределах, чем шаг адаптации, f-t п . Это позволяет с помощью второго фильтра и третьего (двустороннего) ограничителя 24, которыми преобразуется сигнал вспомогательного щага адаптации м I п J, получить более плавный характер изменения сигнала шага адаптации н L п и избежать, так назьшаемого отражения от границ (реализованных в третьем ограшгчителе 24), обусловленного стохастическим xapaктepo i сигналов в блоке Б управления шагом адаптации. Верхний порог ограничения третьего ограничителя 24 определяется границей области УСТОЙЧИВОСТИ цели настройки весовых коэффициентов , нижний - допустимым уровнем шумов адаптации на вьпсоде адаптивного фильтра в установившемся режиме. Сигнал вспомогательного шага адаптации p ttil, поступающий с выхода второго ограничителя 22 на второй вход первого дополнительного положительного звена 20, домножа- ется на выходной сигнал второго нелинейного усилителя 19 на (1 + с) или (1-оО и через второй блок 21 задержки на время тактового периода поступает на второй ограничитель 22, выходной сигнал которого является сигналом вспомогательного шага адаптации . Величина верхнего по- рога второго ограничителя 22 выбирается в два раза вьше верхнего порога третьего ограничителя 24, а величина нижнего порога - в два раза меньЕте нижнего порога третьего ограничителя 24, исходя из того, чтобы ускорить окончание переходных процессов в третьем, фильтре 23 и чтобы при этом эффекты отражения от границ во втором ограничителе 22 не сильно сказывались на сигнале, raarei адапта - ции f Ln3. Величина коэффициентов сглаживании первого 13 и третьего 23 фильтров, а также минимальный коэффициент сглаживания второго фильтра 18 выбираются таким образом, чтобы эффе.ктная длина их импульсных характеристик бьша на порядок меньше олсидаемого минимально возможного времени настройки адаптивного фильтра. Время задержки первого блока 14 задержки должно быть на порядок меньше эффективной длины импульсной харш теристики первого фильтра 13, Формула изобретения Адаптивный фильтр, содержащий датчик помех и блок фильтров, каждьй

выход которого через множительное звено соединен с соответствующим входом сумматора, выход которого соединен с входом вычитателя, второй вход которого соединен с датчиком входного сигнала, а выход является выходом ф тьтра5 а также последовательно включенные блок нормирующих

o коэффициентов, блок деления, блок формирования весовых коэффициентов, каждый вькод которого соединен с вторым входом соответствующего множительного звена, каждьй выход блока

5 фильтров соединен с соответствующими дополнительными входами блока нормир;||Ш)пщх коэффициентов и блока деления, отл.ичающийся тем, что, с целью повьшения быстро0 действия настройки, в него дополнительно введены первый блок задержки, первый и второй усилители, а также последовательно соединенные квадратор, первый фильтр, делитель,

5 первый ограничитель, первый нели- нейньш; усилитель, второй фильтр, второй нелинейньш усилитель, первое дополнительное множительное звено, второй блок задержки, второй ограQ ничитель, третий фильтр, третий ограничитель и второе дополнительное множительное звено, выход которого соединен с дополнительным входом, блока формирования весовых козффициентов, а второй вход соединен с выходом вычитателя и входом квадратора, первьй вход делителя через первый блок задержки соединен с его вторым входом, выход третьего

ограничителя соединен соответственно через первый и второй уси.пители с вторыми входами второго фильтра и второго нелинейного усилителя, а выход второго ограничителя соединен с вторым входом первого дополнительного множительного звена.

Sf/l7

j8f/77

/ .1г

Фиг. Ц

Редактор Н. Бобкова

%..5

Составитель Б, .Кирсанов Техред Л.Сердюкова

Заказ- 2768/48 .Тираж 836

ВНШПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор И. Муска

Подписное