Адаптивное фильтрующее устройство Советский патент 1988 года по МПК H03H21/00 

00

Од

N) 4

1436271

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации радиосигналов с многопозиционной модуляцией. . .

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

На чертеже представлена электрическая стрзгктурная схема адаптивного фильтрующего устройства.

Адаптивное фильтрующее устройство содержит фильтр Калмана 1, формирователь 2 коэффициентов усиления, блок 3 вычитания, идентификатор 4, первый и второй блоки 5 и 6 задержки, фор- мирователь 7 коэффициентов нелинейности второго порядка, формирователь 8 коэффициентов нелинейности третьего порядка, компенсатор 9 помех, решающий блок 10, имитатор 11 помех.

Компенсатор 9 помех содержит пер- Bbn i, третий, второй и четвертый умножители 12 - 15 и блок 16 вычитания.

Имитатор 11 помех содержит первый, третий, второй и четвертый умножите- ли 17 - 20 и сзшматор 21.

Устрдйство работает следующим об- разог4.

Дискретный сигнал y(i), поступающий на вход фильтра Калмана 1, свя- зан с вектором состояний H(i) he(i),. ..,h(i),. ,.,h(i)-J следующим соотнощением

y(i) C (i)X(i) + n(i).

(I)

40

де C(i) c i(i), .,.,c(i)J - вектор параметров канала связи, элементы которого численно равны отсчетам импульсной характеристики канала связи; n(i) - аддитивная помеха;

(i) x (i) ,... ,Хд,(1) - нелинейная в ектор-функция, компоненты которой связаны с компонентами вектора состояния нелинейным преобразованием

50 55

r.(i)

Ь„(1) f Ah(i) -ь Bh(i),

(2)

где А и В - коэффициенты нелинейности/ канала связи второго и третьего порядков соответственно.

В фильтре Калмана 1 формируется оценка вектора X(i) в соответствии с известным алгоритмом фильтрации

X(i)

FX(i - 1) + K(i)y(i) - . - f

- C(i)FX(i - 1),(3)

где X(i) S,(i),...,$(i) - оценка вектора X(i) для

i-ro момента времени;

C(i) с (i),...,CM(i) - оценка, вектора параметров канала -связи;

K(i) k(i),...,k(i) - вектор коэффициентов усиления фильтра Калмана 1;

5 0

5

0

5

0

- матрица сдвига размером

МхМ;

00 ... 00 10 ... 00

F о о

О 00 ... 10 J

с (i)FX(i - 1) to(i) - предсказьшае- мое наблюдение.

Неизвестными в уравнении (3) оценивания являются вектор параметров канала С и вектор коэффициентов усиления. Кроме того, дискретный сигнал в канале связи подвергается нелинейным искажениям и коэффициенты нелинейности второго и третьего порядков неизвестны.

Для уменьшения влияния нелинейности амплитудной характеристики канала связи на вынесение решения о принятом сигнале в адаптивное фильтрующее устройство имеется компенсатор 9 помех, работа которого описьша- ется вырай ением

h(i) x(i) - A(i)xf,(i) - - B(i)xM(i),(4)

где Ьл,(1)

B(i)

оценка последнего компол нента вектотза состояния: A(i) - оценка коэффициента нелинейности второго порядка;

оценка коэффициента нелинейности третьего порядка.

Согласно приведенному выражению компенсатор помех реализован на первом и третьем умножителях 12 и 13, 0 вычисляющих соответственно квадрат и куб оценки последнего компонента вектора X(i), втором умножителе 14, вычисляющем произведение квадрата оценки последнего компонента вектора 5 X(i) на оценку коэффициента нелинейности второго порядка A(i) четвертом умножителе 15, вычисляющем произведение куба Оценки последнего компонента вектора X(i) на оценку коэффициента не

линейности третьего порядка ft(i), и блоке 16 вычитания, вычитающем из оценки последнего компонента вектора X(i) результаты произведений второго и четвертого умножителей 14 и 15.

Оценка последнего компонента вектора состояния h,(i) поступает на решающий блок 10, где вырабатьшаются регенерированные элементы вектора состояния Ьд,(1), Сигнал с выхода компенсатора 9 помех сравнивается в решающем блоке 10 с эталонными значениями и наиболее близкое эталонное значение сигнала подается на выход решающего блока 10,

Учитьшая, что в линейной части предлагаемого устройства обрабатываются сигналы с нелинейными искажениями для повышения точности фильтрации при использовании в вычислени- ;ях регенерированного вектора состояния необходимо и его подвергнуть нелинейным искажениям на основе извест ных оценок коэффициентов нелин-ейнос- ти, для чего в адаптивном фильтрующе устройстве имеется имитатор 11 по- мех, работающий согласно

и Ji) Ьд,(1) + A(i)h(i) +

+ B(i)h (i).

(5)

Для определения вектора параметров канала C(i) служит идентификатор 4, осуществляющий идентификацию параметров канала. На вход первого блока 5 задержки поступает входной сигнал, а на вход второго блока 6 задержки поступают регенерированные элементы вектора состояний X(i), прошедщие через имитатор 11 помех. В каждый i-й момент времени на отводах второго блока 6 задержки находится вектор X(i - М + 1), отличаюпщйся от переданного тем, что в некоторьк слу- чаях может иметь место ошибочное решение, т.,е. оценка сигнала может отличаться от его истинного значения. Если вероятность ошибки РОЦ,О,01, ложные решения практически не ска- . зываются на процесс идентификации и поэтому на управляющих выходах идентификатора 4 вырабатьгоается оценка вектора параметров канала связи в соответствии с выражением

C(i + 1) C(i) + X(i-M-H) y(i-M-H) - c(i)X(i-M+l)j, (6)

IA36271

где f4j. - постоянный коэффициент,

определяющий шаг подстройки;

y(i-M+.O-6(i) X(i-M+l) - сигнал ошибки идентикации. Вектор коэффициентов усиления K(i) в устройстве определяется адаптивно с использованием ошибки фильтрации последнего компонента вектора X(i) , Сигнал ошибки /(i) формируется в блоке 3 вычитания и определяется разнойтью между последней компонентой регенерированного вектора .X(i), поступающей с выхода имитатора 11 помех, и последней компонентой вектора X(i), поступающей с выхода фильтра, Калмана 1

5

0

Eji) x(i) - Хд,(1).

(7)

0

35 40i 45 50

Работа формирователя 2 коэффициентов усиления фильтра Калмана I опи- сьшается векторным разностным уравнением

K(i) K(i - 1) (i)z(i),

(8)

где Z(i) - вектор, элементы которого равны сигналам с отводов линии задержки вычислителя;( к постоянный множитель, определяющий шаг подстройки.

Для оценки коэффициентов нелиней- ности второго и третьего порядков используется стохастический аналог градиентного метода минимизации функции.

Выражение для вычисления коэффициента нелинейности второго порядка имеет вид:

A(i + 1) A(i) (i)E,,(i),

(9)

где (U - постоянный множитель, определяющий шаг подстройки. Выражение для вычисления коэффициента нелинейности третьего порядка в формирователе 8 имеет вид

B(i + 1) BCD +|u h(i)E(i),

(10)

5 0i 45 50

где |и„- постоянный множитель, определяющий шаг подстройки. Таким образом, адаптивное фильтрующее устройство позволяет компенси- ровать влияние помех нелинейности на передаваемый сигнал в условиях априорной неопределенности параметров канала связи.

Формула изобретения

1, Адаптивное фильтрующее устройство, содержащее формирователь коэф- 1фициентов усиления, фильтр Калмана, последовательно соединенные первый блок задержки, вход которого соедине с сигналимым входом фильтра.Калмана и явл«е:тся входом адаптивного фильтрующего устройства, и идентификатор, выходы которого соединены с первыми управляющими входами фильтра Калмана вторые управляющие входы которого соединены с выходами формирователя коэффициентов усиления, первый вхрд которого соединен с первым выходом фильтра Калмана, блок вычитания, первый вход которого соединен с вторым выходом фильтра Калмана, а выход соединен с вторым входом формирователя коэффициентов усиления, второй блок задержки, вход которого соединен с вторым входом блока й читания, а выходы - с управляющими входами . идентификатора, а также решаюпщй блок, выход которого является выхо- дом адаптивного фильтрующего устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены компенсатор по мещ, первый вход.которого соединен с вторым выходом фильтра Калмана, а первый выход - с входом решающего блока, имитатор помех, первый вход которого соединен с выходом решающего блока, а выход - с входом второго блока задержки, формирователь коэффициентов нелинейности второго порядка, первый вход которого соединен с вторым выходом имитатора помех, а выход соединен с вторыми входами компенсатора помех и имитатора помех, а также формирователь коэффициентов нелинейности третьего порядка, первый вход которого соединен с третьим выходом имитатора помех, вто

5

Q Q 5 5

0

5

рой вход объединен с вторым входом формирователя коэффициентов второго порядка и соединен с выходом блока вычитания, а выход соединен с трег тьими входами компенсатора помех и имитатора помех.

2.Устройство по п. I, о т л и - чающееся тем, что компенсатор помех выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя, второго умножителя, второй вход которого является вторым«входом компенсатора помех, последовательно соединенных третьего умножителя и четвертого умножителя, второй вход которого является третьим входом компенсатора помех, а также блока вычитания, вход

вьгштаемого которого объединен с первым и вторым входами первого ум- Р ожителя, с первым входом третьего гмножителя и является первьм входом компенсатора помех, первый и второй входы вычитателя соединены с выходами соответственно второго и четвертого умножителя3 а выход является выходом компенсатора помех, пря этом второй вход третьего умножителя соединен с выходом первого у1.1ножителя,

3,Устройство по пt Ij о т л и ч а ю El е е с я тем, что имитатор помех вьшолнен в виде последовательно соединенных первого умножителя, второго умножителя, второй вход которого является вторым входом имитатора помех, и сумматора, выход которого является выходом имитатора помех, последовательно соединенных третьего умножителя, первый вход которого соединен с входом первого умножителя, и четвертого умножителя, второй , вход которого является третьим вхо- дом имитатора помех, а выход соединен с вторым входом сумматора, тре- , тий вход которого объединен с первым и вторым входами первого умножителя-,

с вторым входом третьего умножителя и является первым входом имитатора помех.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Устройство содержит фильтр Калмана 1, фор ирова- тель (Ф) 2 коэффициента усиления, блок 3 вычита}{ия, идентификатор 4, блоки 5 Н 6 задержки, Ф 7 и 8 коэффициента нелинейности второго и-третьего порядков, комненсатор 9 помех, решающий блок 10 и имитатор 11 помех. Цель достигается путем ос- пдествлення компенсации влияния помех нелинейности на передаваемый сигнал в условиях априорной неопределенности параметров канала связи с помощью введенных Ф 7 и 8, компенсатора 9 и 1шитатора 11. Устройство по пп. 2 и 3 формулы отличается вьшолнением компенсатора 9 и имитатора 11. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.