Нелинейный фильтр Советский патент 1987 года по МПК G05B5/01 G06G7/02 

Изобретение относится к быстродей ствующим устройствам для фильтрации электрических сигналов и может быть использовано в системах автоматики, радиотехники и информационно-измерительной техники для выделения полезной составляющей измеренных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности фильтра.

На фиг. 1 представлена структурная схема нелинейного фильтра; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу фильтра.

Нелинейный фильтр содержит первый и второй элементы 1 и 2 выборки-хранения, блок 3 фиксации моментов экстремума, первый и второй инвертирующие расширители 4 и 5 импульсов, первый и второй элементы ИЛИ 6 и 7, а также сумматор 8.

Нелинейный фильтр работает следующим образом.

Пусть входной сигнал (фиг.2а) представляет собой аддитивную смесь медленно меняющейся полезной составляющей Xg(t) и сравнительно высокочастотной помехи X(t) (фиг. 2б).КогКогда возникает сигнал помехи, начиная с момента t, его первого

да помеха отсутствует в промежутках времени монотонного изменения входно- 30 экстремума, блок 3 периодически вы- го сигнала (до момента t ), блок 3 раб атывает узкие импульсы, соответ-- фиксации моментов экстремума выходные ствующие моментам экстремума входно- импульсы не вырабатывает, управляю- го сигнала, згфядные конденсаторы щий .сигнал на его, например, первом заряжаются и не успевают разряжаться выходе (фиг. 2в) равен нулю, и заряд- gg до порогового уровня, а расширители ные конденсаторы инвертирующих рас- 4 и 5 импульсов не успевают срабаты- ширителей 4 и 5 импульсов разряжены, а на- их выходах непрерывно держится единичный уровень, переводящий элемен ты 1 и 2 выборки-хранения в режим выборки. Сигнал на выходе, например, первого расширителя 4 импульсов представлен на фиг. 2г. Выходные сигналы элементов 1 и 2 выборки-хранения суммируются сумматором 8, и с его выхода снимается выходной сигнал фильт-. |ра (фиг. 2д), представляющий собой удвоенный неискаженный полезный сигнал. Таким образом фильтр работает

50

в линейном режиме

При отсутствии помехи в момент t |максимума входного сигнала блок 3 фиксации моментов экстремума вырабатывает на своем первом выходе узкий импульс (фиг.2в), который заряжает конденсатор первого расширителя 4 импульсов, и на его выходе вьфабатыва- ется нулевой уровень управляющего сигнала (фиг. 2г), которьш по окончавать и на их выходах (фиг. 2г) непре рывно держится нулевой уровень. При этом выборка входного сигнала происх

40 дит с помощью узких выходных импульс блока 3 -только в моменты экстремумов На входы сумматора 8 поступают два ступенчатых напряжения, которые представляют собой огибающие входного си

45 нала сверху и снизу. С выхода сумматора 8 снимается ступенчатый сигнал (фиг. 2д), представляющий сумму-огибающих, т.е. представляющий ступенчатую аппроксимацию удвоенного полезного сигнала, при этом длительность ступени равна половине периода помехи Таким образом, фильтр полностью по- давляет помеху. При пропадании помехи через время, необходимое для срабаты55 вания расширителей импульсов, элементы выборки-хранения переводятся в режим непрерывной выборки и фильтр ботает, как и прежде, в линейном режиме..

нии узкого импульса переводит первый элемент 1 выборки-хранения в режим хранения. Кроме того, по окончании узкого импульса с выхода блока 3

напряжения на конденсаторе расширителя 4 импульсов начинает падать и при достижении им порогового значения выходной сигнал (фиг. 2г) расширителя 4

импульсов возвращается в единичный уровень, заставляя элемент 1 выборки- хранения вернуться в режим выборки. При этом параметры разрядной цепи конденсатора выбирают такими, чтобы

время хранения (определяемое длительностью выходного импульса инвертирующего расширителя) ограничивалось наибольшим возможным периодом.помехи. Возникающая в момент t экстремума

ступенька на выходе элемента 1 выборки-хранения незначительно искажает входной, сигнал (фиг. 2д) фильтра. В момент tj минимума входного сигнала фильтр работает аналогично, но минимум- сигнала запоминает уже второй

элемент 2 выборки-хранения.

,

Когда возникает сигнал помехи, начиная с момента t, его первого

экстремума, блок 3 периодически вы- раб атывает узкие импульсы, соответ-- ствующие моментам экстремума входно- го сигнала, згфядные конденсаторы заряжаются и не успевают разряжаться до порогового уровня, а расширители 4 и 5 импульсов не успевают срабаты-

экстремума, блок 3 периодически вы- раб атывает узкие импульсы, соответ-- ствующие моментам экстремума входно- го сигнала, згфядные конденсаторы заряжаются и не успевают разряжаться до порогового уровня, а расширители 4 и 5 импульсов не успевают срабаты-

вать и на их выходах (фиг. 2г) непрерывно держится нулевой уровень. При этом выборка входного сигнала происходит с помощью узких выходных импульсов блока 3 -только в моменты экстремумов. На входы сумматора 8 поступают два ступенчатых напряжения, которые представляют собой огибающие входного сигнала сверху и снизу. С выхода сумматора 8 снимается ступенчатый сигнал (фиг. 2д), представляющий сумму-огибающих, т.е. представляющий ступенчатую аппроксимацию удвоенного полезного сигнала, при этом длительность ступени равна половине периода помехи. Таким образом, фильтр полностью по- давляет помеху. При пропадании помехи через время, необходимое для срабатывания расширителей импульсов, элементы выборки-хранения переводятся в режим непрерывной выборки и фильтр ботает, как и прежде, в линейном режиме..

Повышение точности фильтрации в фильтре обеспечивается раздельной фиксацией экстремумов входного сигнала с последующим выделением средних зна- чений экстремумов, реализация адаптивных свойств фильтра обеспечивается тем, что экстремумы входного сигнала запоминаются на время, не превышающее наибольший период помехи. .

Таким образом, при отсутствии помехи предлагаемый фильтр становится чисто линейным и не вносит искажений в полезный сигнал. При прохождении через фильтр аддитивной смеси полез- ного сигнала и более высокочастотной нестационарной гармонической помехи происходит практически полное подавление помехи и степень подавления помехи не зависит от амплитуды и час- тоты помехи, а выделяемый на выходе фильтра полезный сигнал носит ступенчатый характер, причем частота ступенчатой аппроксимации в два раза выше частоты помехи.

Формула.изобретения

Нелинейный фильтр, содержащий первый и второй элементы выборки-хране-

ния и блок фиксации моментов экстремума, соединенные своими-входами с входом нелинейного фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтра, он содержит сумматор, первый и второй инвертирующие расширители импульсов, первый и второй элементы ИЛИ, причем выход максимума и выход минимума блока фиксации моментов экстремума подсоединены к первым входам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, входы первого и второго расширителей импульсов соединены соответственно с выходом максимума и выходом минимума блока фиксации моментов экстремума, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ подключены к выходам первого и второго расширителей импульсов соответственно, а выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены к управляющим входам первого и второго элементов выборки-хранения соответственно, входы сумматора соединены с выходами соответствующих, элементов выборки-хранения, а выход сумматора является выходом нелинейного фильтра.

Изобретение может быть использовано в автом атике, радиотехнике, и информационно-измерительной технике. Фильтр позволяет с высокой точностью вьщелять полезный сигнал, подавляя нестационарную гармоническую помеху. Это обеспечивается применением блока 3 фиксации моментов экстремума и элементов выборки-хранения 1 и 2, которые на своих выходах вьоделяют .ступенчатые огибающие входного сигнала.Сум;матор 8, суммируя эти огибающие,выделяет ступенчатую аппроксимацию полезного сигнала (длительность ступеньки равна половине периода помехи), при- чем степень подавления помехи не зависит от амплитуды и частоты помехи. Фильтр проявляет адаптационные свойства: при отсутствии помехи фильтр становится чисто линейным и не вносит искажений в полезный сигнал. Адаптационные свойства обеспечиваются применением инвертирующих расширителей импульсов 4,5 и элементов ИЛИ 6,7. При этом, выход максимума блока 3 фиксации моментов экстремума подсоединен непосредственно к одному входу - элемента ИЛИ 6, а к его другому входу - через расширитель импульсов 4, выход элемента ИЛИ 6 подключен к управляющему входу элемента выборки хра нения 1. Аналогично соединены вы- :ход минимума блока 3 и расширителя 5. 2 ил. (/ фиг. i

12

ВНИИПИ Заказ 3552

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Тираж 863

Подписное