Цифровой вероятностный фильтр Советский патент 1986 года по МПК H03H17/06 G06F17/17 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при дискретной обработке сигналов, в частности, при цифровой фильтрации случайных процессов сие- темой с заданными частотно-избирательными свойствами.

Целью изобретения является повышение точности работы цифрового вероятностного фильтра путем детерми- нированного безопшбочного представления цифровых отсчетов х{п) входного процесса x(t) число-импульсным (унитарным) кодо (что одновременно

приводит к упрощению устройства и

роятностного прореживания числосокращению объема электронного оборудования из-за отсутствия блока управления и группы реверсивных счетчиков ) о

Сущность изобретения основана на детарминйрованном безошибочном представлении N цифровых отсчетов x(n-k), центрированного процесса х (t) в виде N непересекающихся во времени число-импульсных (унитарных) кодов. Это позволяет операцию умножения цифровых отсчетов на весовые коэффициенты С выполнить путем ве

импульсньрс кодов; алгебраическое суммирование прореженных число-импульсных кодов выполнить с помощью реверсивного счетчика, подключенного к устройству ввода число-импульсньтх кодов и работающего на устройство вывода информации с учетом знака результата.

Благодаря этому число вероятностных операций, реализуемых в предложенном фильтре, сокращено вдвое, что является основной причиной повьшюния точности, упрощения устройства и сокращения объема электронного оборудования.

На чертеже приведена структурная схема цифрового вероятностного фильтра.

Цифровой вероятностный фильтр содержит генератор I тактовых импульсов , распределитель 2 импульсов, группу 3 двоичных умножителей, группу 4 (многоразрядных) регистров сдвига, группу 5 элементов ЭКВАВАЛЕНТ- НОСТЬ, группу 6 вероятностных двоичных элементов, группу 7 регистров (памяти), первую группу 8 элементов И, вторую группу элементов И 9, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ,

5

0

0

5

5

0 5

8г

реверсивный счетчик 12, группу 13 элементов ИСКЛЮЧАЮ 1Ш:Е ИЛИ, регистр 1 памяти) элемент 15 задержки, делитель 16 частоты, аналого-цифровой преобраз(ватель 17.

Цифровой вероятностный фильтр работает следующим образом.

Алгоритм работы цифрового фильтра основан на скользящем суммировании

N

i(n)t (n-k),

с некоторым весом С, , N, определяющим ядро сглаживания в соответствии с заданной передаточной функцией фильтра.

Регулярный поток (t) импульсов генератора 1 с частотой f поступает на вход распределитетгя 2., который формирует N неперекрьшающихся во времени последовательностей Ч (t) импульсов с одинаковыми частотами

, |l, . Потоки 4jt) импульсов поступают на входы соответ- ствугацих k-x двоичных умножителей группы 3.

Центрированный входной процесс X (t), подлежащий фильтрации, поступает на вход преобразователя 17. В тактовые моменты времени ,

,1,2,..., где -т;- опреде(

ляемые импульсами делителя 16 с коэффициентом деления , преобразователь 17 вырабатывает (1+1) - разрядные двоичные, цифровые отсчеты х(п), у которых один разряд является знаковым. За время , являющееся временем переходного режима, регистр 4 сдвига заполняется И цифровыми от- счетами х(п), , 1„ В дальнейшем прием новых (N+I), (N+2)-ro и ТоД, цифровых отсчетов приводит к потере (сбросу) 1, 2-го и Тод. отсчетов. Поэтому работу фильтра будем рассматривать в установившемся режиме, т.е. спустя N тактов с момента его .включения.

С помощью группы 3 двоичных умножителей N цифровых отсчетов x(n-k), , W, находящихся в регистре 4 сдвига, преобразуются в N неперекрывающихся число-импульсных кодов, размещенных на общем интервале jt.

На выход каждого двоичного умножителя группы 3 за интервал At пос- TvuaeT 2 импульсов, под воздёйст3

вием которых счетчик-делитель, входящий в состав каждого двоичного умножителя группы 3, делает полный оборот. По этой причине методичес кая ошибка представления цифровых отсчетов число-импульсными кодами равна нулю,

Следовательно, на вход k-ro вероятностного двоичного элемента группы 6 за время at поступает число импульсов, равное значению цифрового отсчета х{п-Ь)„ С вероятностью Р , численно равной значению модуля весового коэффициента OsfC| Ul (коэффициенты С предварительно заносятся в соответствующие регистры памяти группы 7), k-й вероятностный двоичный элемент группы 6 прореживает входной число-импульсный код. Математическое ожидание числа импульсов , которые пройдут на выход k-ro вероятностного двоичного делителя группы 6, составляет С x(n-k)

Знаки цифровых отсчетов x(n-k) и весовых коэффициентов С в виде двух уровней I (плюс), О (минус поступают на входы соответствующих элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы 5, каждый из которых .-реализует логическую функцию вида , Х.,УХ X,., , откуда следует, что , если . и , если ,, .

Результаты умножения знаков с выходов элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы 5 в виде соответствующих уровней поступают на управляющие входы одноименньк элементов И и ЗАПРЕТ групп 8 и 9. При ()- модуль произведения |C.x(n-k)l в виде группы импульсов, размещенных на интервале At, поступает на первый 10 (второй и) элемент ИЛИ,

Первый 10 (второй П) элемент ШМ объединяют положительные при С x(n-k)0 (отрицательные при (n-k):0) число-импульсные кода и подает их на суммирующий (вычитающий) вход реверсивного счетчика 12.

Емкость реверсивного счетчика 12 должна быть не менее , помимо дополнительного старшего разряда выполняющего функцию знакового разряда выходного отсчета 4(п).

Если к концу интервала at старший разряд реверсивного счетчика 12 окажется в нулевом (единичном) состоянии, то выходной цифровой отсчет (п) имеет положительный (отри529184

цательный) знак, а модуль |f Сп)| , отображаемый состояниями остальных разрядов реверсивного счетчика 12, будет представлен в прямом-(п) (до- 5 полнительном (п)) двоичном коде. Для преобразования дополнительного ДПОИЧИО1о кода и (п) в прямой (п) служит группа 13 элементов НС- КЛЮЧАЮРЩЕ ИЛИ, каждый из которых реа- 0 лизует логическую функцию вида ,,-х,„

При нулевом состоянии старшего разряди реверсивного счетчика 12 на вторых входах элементов ИСКПЮЧАЮ- 5 ЩЕЕ ИЛИ группы 13 присутствуют нули, т.е. и , 1V-X, , отскда следует, что состояния разрядов ре- версивного счетчика 2 передаются на входы регистра 14 без изменения. 20 При единичном состоянии старшего разряда реверсивного счетчика 12 и , OVX,,, т.е. состояния соответствующих разрядов реверсивного счетчика 12 на входы регист- 25 ра 14 памяти передаются с инверсией, что практически эквивалентно преобразованию дополнительного кода цифрового отсчета (п) в прямой код, так как (п) (n)-f 1, здесь черта

30 означает инверсию.

Импульс с выхода делителя 16 определяет начало нового интервала ftt. Воздействуя на вход синхронизации преобразователя 18, он вызьгеает но35 вый цифровой отсчет 3t(n), воздействует на вход Запись регистра 14 памяти - фиксирует значение выходного цифрового отсчета $(п). Спустя небольшое время, задаваемое элемен40 |том 15 задержки, новый цифровой отсчет заносится в регистр 4 сдвига, А реверсивный счетчик 12 устанавливается в нуль. В дальнейщем работа цифрового фильтра повторяется на

5 очередном интервале at-.

Формула изобретения

1Дифровой вероятностный фильтр, содержащий генератор тактовых импульсов , аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига группы последовательно соединенных регистров сдвига, причем выход знакового разряда 1-го (,1 N - порядок фильтра) регистра сдвига группы подключен к перному входу i-ro элемента ЭКВИВАЖНТ- НОСТЬ, второй вход которого подключен к выходу знакового разряда i-ro регистра группы, а выход i-ro элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ - к первому входу i-ro элемента И первой группы, информационный вход аналого-цифрового прео.бразователя является информационным входом фильтра, реверсивный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены N Двоичных умножителей, N вероятностных двоичных элементов, вторая группа элементов И первый и второй элементы ИЛИ, N элементов ИСКЛЮЧЛедЕЕ ИЛИ, регистр, делитель частоты, элемент задержки и распределитель импульсов, i-й выход которого подключен к первому входу i-ro двоичного умножителя, выход которого подключен к первому входу i-ro вероятностного двоичного элемента, выход которого подключен к второму входу i-ro элемента И пер- вой группы и входу i-ro элемента И второй группы, выходы которых подключены к i-M входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитаклдему

входам реверсивного счетчика, выход i-ro разряда которого подключен к первому входу i-ro элемента ИСКЛО- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу i-ro разряда регистра, выход которого является информационным выходом фильтра, выход 1-го регистра сдвига группы подключен к второму входу i-ro двоичного умножителя, выход i-ro регистра группы подключен к второму входу i-ro вероятностного двоичного элемента, выход i-ro элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ подключен к инверсному входу 1-го

элемента И второй группы, выход

знакового разряда реверсивного счетчика подключен к второму входу i-ro элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ И1Ш, выход генератора тактовых импульсов подключей к входу распределителя импульсов, N-й вход которого подключен к входу делителя частоты, вьжод которого подключен к входу синхронизации аналого-цифрового преобразователя, тактовому входу регистра и входу элемента задержки, выход которого подключен к тактовым входам регистров сдвига группы и входу сброса реверсивного счетчкка.

Составитель А. Баранов Редактор П. Коссей Техред М.Ходанич Корректор М. Самборская

Заказ 4630/56 Тираж 816Подписное

ВНИИПИ 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