Устройство для вычисления коэффициентов нерекурсивных фильтров с заданными полосовыми свойствами в частотной области Советский патент 1987 года по МПК G06F17/17 H03H17/04 

изобретения - повышение точности фильтрации. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство содержит регистры 1.1, 1.2, блок 2 памяти, блок 3 умножения, элементы

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для синтеза полосовых нерекурсивных фильтров с заданными частотными свойствами, и может найти широкое применение в качестве блоков управления адаптивной полосовой фильтрацией.

Целью изобретения является повы шение точности.

На фиг.1 и 2 приведены передаточные характеристики фильтров; на фиг.З - блок-схема данного устройства j на фиг.4 и 5 сигналы на входах- выходах блока постоянной памяти; на фиг.6 - блок-схема блока вычисления параметров.

Нерекурсивный фильтр с функцией передачи вида (фиг.2) имеет импульсную реакцию h((t)U(t- &).-h(t) , если фильтр с импульсной реакцией h(t) имеет функцию передачи полосовой формы вида (фиг.1). Здесь t - задержка нерекурсивного полосового фильтра: U(t- &) - функция вида

. U(t-c;) ™ .

(0, в остальных случаях.

При последовательном включении двух одинаковых фильтров, каждый из которых имеет задержку € и функцию передачи В (со), образуется фильтр с задержкой 2 Г и функцией передачи, равной В(«) . При этом если:

а)B(w) имеет вид, представленный на фиг.1;, то при последовательном включении данных фильтров образуется нерекурсивный фильтр с неравномерностью в полосе пропускания, равной 2М, в полосе задержания -(5, где

.М, G 1;

б)В (со) имеет вид, представленный на фиг.2, то при последовательном включении данных фильтров образуется

4.1-4.2 задержки, коммутаторы 5;1- 5.3, 6,7, блок 8 вычитания, вход 9 задания режима, блок 10 постоянной памяти и блок 11 вычисления параметров. 6 ил.

нерекурсивный фильтр с неравномерностью в полосе задержания, равной М в полосе пропускания - 2G.

Импульсная реакция h(t) нерекурсивного фильтра через импульсные реакции Jj(t) ,..., m частотно- зависимых звеньев Ф;, для любого момента времени t описывается следующим образом:

h(t) i:y;(t).Rj,

J5 где R - коэффициенты.нерекурсивных полосовых фильтровJ

y;(t), h(t.)0, при ,

20

Т - длительность импульсной ре акции.

Пусть целое положительное число - : m принимает такое значение, при кото- 25 ром спектр Н(со) функции (t) , определенной

h(t), если , ,1,

Т ..., т-1,9 -

(t)

О, в остальных случаях, являющийся передаточной функции рассматриваемого нерекурсивного фильтра, имеет заданную форму прямоугольнис- тости, т.е. обладает заданными частотными свойствами. Функция D h(t)l называется дискретной импульсной реакцией дискретного нерекурсивного полосового фильтра. Тогда для моментов времени , ,1,...,т-1 выражение для h(t)D h(t)j сводится к следующей системе из m линейных уравнений с га неизвестными, в матричной форме принимающей вид V ,

где

1J

,(8),у,(8),...,у(9), I у,(28), jy ,(20),...,(20),

y,(m0),y(me),...,(m9)

Решение данной системы относительно вектора коэффициентов R запишется в следующем виде:

R V -h, где Y - обратная матрица оту .

Из рассмотренных теоретических 5 предпосылок можно сформулировать следующий алгоритм вычисления коэффициентов R нерекурсивных фильтров.

Вычисление требуемой импульсной реакции h(t) нерекурсивного фильтра 20

hjt)

fuh., (t) ,

Lu(t-i:) -

oo

Здесь Ah(t)I h(e)-h(t-0) dS,

Г1, если , o, если t, C- задержка , ,2 ...

, h., (t)u(t-v,)-h,-,(t)i

h(t) - импульсная реакция некоторого фильтра с известными параметрами функции передачи.

Величина m выбирается такой, чтобы функция h(t) в частотной области обладала заданными полосовыми свой- ствами.

Значения коэффициентов R нерекурсивных фильтров вычисляются из следу юЩей системы линейных уравнений:

R у . h

б 1

Из данного горитма вычисления коэффициентов R и рассмотренных теоретических предпосылок следует, что hj(t) есть импульсная реакция нере- курсивного фильтра, обеспечивающая его требуемые частотные свойства. В свою очередь h(t) обеспечивается значениями коэффициентов R,вычисленных по данному алгоритму.

Устройство (фиг.З) имеет вход задания параметров (Вх.Н), два информационных входа (Вх.И, и Вх.И), па- раметрический и информационный (коэф

,,

Ч

4

mj

)

5

20

25

30

35

0

-

45

0

(e), h(2e)h(m0). .

/

фициентов фильтра) выходы (Вых.П, Вых.И) и содержит: два регистра 1-1, 1-2, блок 2 памяти, блок 3 (скалярного) умножения, элементы 4-1, 4-2 задержки, коммутаторы 5-1, 5-2, 5-3, 6, 7, блок 8 вычитания, вход 9 задания, блок 10 постоянной памяти, блок 11 вычисления параметров (ВВП).

Блок вычисления параметров 11 (фиг.6) содержит ключи 12, регистры 13, элементы ИЛИ 14, арифметический узел 15.

Устройство работает следующим об- разом.

В режиме настройки устройства осуществляется запись через Вх.Н в блоки 10 и 11 параметров требуемой и исходной функции передачи фильтра, через Вх.И, в блок 4-1 посредством сигналов управления - исходный импульсной реакции фильтра, и через Вх.И в блок 2 посредством сигнала управления - обратной матрицы импульсных реакций частотно-зависимых звеньев нерекурсивного полосового фильтра.

В режиме вычисления импульсной реакции коммутаторы 5-3 и 7 подключают соответственно выход блока 4-2 к второму входу блока 3 и выход блока 3 к информационному входу блока 4-1. Одновременно с этим на соответствующем выходе блока 10 устанавливается нулевое значение сигнала, осу- ществлякацее посредством блока 5-1 (КМр коммута1щю выхода блока 4-1 с выходом блока 5-1, на другом выходе устанавливается единичное значение сигнала, осуществляющее посредством блока 5-2 коммутацию выхода блока 8 информационным входом блока 1-1. После этого на соответствующих выходах блока 10 вырабатываются единичные импульсы, осуществляющие запись информации с выхода элемента 4-1 (ЛЗ) в регистры 1-1 и 1-2 памяти (РП). Затем осуществляется операция свертки сигналов, хранящихся в регистрах 1-1, 1-2 блоками 6, 4-2, 3 и 4-1. Результат данной операции фиксируется в блоке 4-1. Далее данный процесс или повторяется снова, если требуемая функция импульсной реакции еще не сформирована.

В режиме вычисления коэффициентов осуществляется коммутация выхода блока 2 (БП) с вторым входом блока 3 (БСП). В зависимости от признака по1309040 ; где Y,

Y, сигналы соответственно на первом и втором управляющих входах блока} М ,S,N - вектор параметров на .информационном входе блока, причем выход первого регистра подключен к первому информационному входу первого коммутатора, выход которого подключен .к информационному входу лучившегося в блоке 4-1 сигнала впре- О второго регистра, первому информади- дьщущем режиме (обычный, инверсный) онному входу втЬрого коммутатора и

осуществляется выработка на соответствующем выходе соответственно нулевого или единичного сигнала, осуществляющего посредством блока 5-2 коммутацию или выхода блока 5-1 или выхода блока 8 с входом блока 1-1. После чего вырабатывается единичный импульс на выходе блока 10, осуществляющий запись информации в блок 1-1. Затем по сигналам, вырабатываемым на выходах блока 10, производятся операции скалярного произведения векторов, хранящихся в блоках 1-1 и 1-2.

Результат данных операций получается в блоке 4-1 (ЛЗ,). Таким образом, коэффициенты нерекурсивных фильтров получаются в блоке 4-1, а импульсная реакция - в блоке 1-1, которые могут быть выданы на выход Вых.И устройства через коммутаторы 5-1 и 5-2.

Формула изобретения

. Устройство для вычисления коэффициентов нерекурсивных фильтров с заданными полосовыми свойствами в частотной области, содержащее первый регистр, выход которого подключен к первому входу блока умножения, блок памяти, о т л и ч а ю щ е а с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй регистр, пять ком25

первому входу блока вычитания, выход которого подключен к второму информационному входу второго коммутатора выход которого является выходом коэффициентов устройства и подключен к информационному входу первого регистра, выход второго регистра подключен к информационному входу треть его коммутатора , выход которого подключен к входу первого элемента задержки, выход которого подключен к первому информационному входу четвер того коммутатора, выход которого под ключен к второму входу блока умножения, выход которого подключен к первому информационному входу пятого коммутатора, выход которого подключе к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к второму информационному входу первого коммутатора, выход блока вычисления параметров подключен к второму входу бло ка вычитания, первому адресному вход

35 блока постоянной памяти и является . выходом параметров фильтра устройства, входом задания параметров которо го являются соединенные между собой информационный вход блока вычисления

О параметров и второй адресный вход

блока постоянной памяти, выходы раз-рядов первой групды которого подключены к входам соответствующих разрядов управляющего входа третьего

30

мутаторов, два элемента задержки, коммутатора и адресного входа блока блок вычитания, блок постоянной памя- . ти и блок вычисления па,раметров.

памяти, выход которого подключен к второму информационному входу четвер того коммутатора, управляющий вход которого со€здинен с управляющим входом пятого коммутатора, первым управ ляющим входом блока вычисления параметров, третьим адресным входом блока постоянной памяти и является входом задания режима работы устройства первым и вторым информационными входами которого являются соответственно второй информационный вход пятого коммутатора и информационный вход

,, П П, , еслиУ,1 , если .Y, 0,

,.( 1,.

1309040 ; где Y,

Y, М ,S,N - причем выход чен к первому первого комму подключен .к и ре- О второго регис онному входу

первому входу блока вычитания, выход которого подключен к второму информационному входу второго коммутатора, выход которого является выходом коэффициентов устройства и подключен к информационному входу первого регистра, выход второго регистра подключен к информационному входу третьего коммутатора , выход которого подключен к входу первого элемента задержки, выход которого подключен к первому информационному входу четвертого коммутатора, выход которого подключен к второму входу блока умножения, выход которого подключен к первому информационному входу пятого коммутатора, выход которого подключен к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к второму информационному входу первого коммутатора, выход блока вычисления параметров подключен к второму входу блока вычитания, первому адресному входу

блока постоянной памяти и является выходом параметров фильтра устройст. ва, входом задания параметров которого являются соединенные между собой информационный вход блока вычисления

параметров и второй адресный вход

блока постоянной памяти, выходы раз-рядов первой групды которого подключены к входам соответствующих разрядов управляющего входа третьего

коммутатора и адресного входа блока

коммутатора и адресного входа блока

50

памяти, выход которого подключен к второму информационному входу четвертого коммутатора, управляющий вход которого со€здинен с управляющим входом пятого коммутатора, первым управляющим входом блока вычисления параметров, третьим адресным входом блока постоянной памяти и является входом задания режима работы устройства, первым и вторым информационными входами которого являются соответственно второй информационный вход пятого коммутатора и информационный вход

блока памяти, выход первого разряда блока постоянной памяти подключен к та ктовым входам первого и второго элементов задержки, выход второго разряда блока постоянной памяти подключен к второму управляющему входу блока вычисления параметров и тактовому входу первого регистра, выходы

третьего, четвертого, пятого и шестого разрядов блока постоянной памяти подключены соответственно к тактовому входу второго регистра, входу управления записью/считыванием блока памяти, управляющим входам первого и второго коммутаторов.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для синтеза цифровых нерекурсивных фильтров с заданными характеристиками в частотной области и может найти широкое применение в качестве блоков управления адаптивной цифровой фильтрацией. Цель SuH flBtHi (Л влиП бтхН

П i-fi

(tif 0)2 /

ZXK

cu;

0).

CO

Ф(ш)

CJ

1

1 ff

///

Luz

y/

6Jt

6Jt

CO

( Начало)

g7 f .X

I 7110 vl/

Ед53

1 gb.ri

г

zmz,

1

Nk I

ОШ:

//f/

i

I 7/ 7f f I

NJ I SS -.J 1

Ж.

Г 1

4д

Jfem (/(онец )

Фи,гЛ

1 о

iptpp

L631

t.nnnn, .РПППРПРП

, 9WmZ1 ffl5f6f7fSt9202f

6

П

nnnnnnnrL

П

Фиг. 5

Редактор А.Ворович

Составитель А.Баранов

Техред М.Ходанич Корректор М.Пожо

Заказ 1800/42Тираж 673Подписное

ВНИИГЩ 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

Фиг. 6

Выл. П