Нелинейный сглаживающий фильтр Советский патент 1989 года по МПК H03H11/00 

ел

со

Изобретение относится к радиоэлектронике и м.б. использовано в фильтрации для воспроизведения медленно меняющихся непрерьш- ных сигналов на фоне интенсивных помех. Цель изобретения - повышение точности фильтрации полезного сигнала в условиях интенсивных помех.Устр- во содержит фильтр 1 нижних частот, алгебраические сумматоры 2 и 3,ключ 4, пороговый блок 5 и введенный интегрирующий элемент 6. Нелинейный сглаживающий фильтр позволяет повысить точность фильтрации полезного сигнала на фоне интенсиных помех за счет уменьшения случайной.ошибки воспроизведения фильтра,вызванного нелинейным преобразованием шума j уменьшения динамической ошибки фильтра путем коррекции порогов срабатьгеа- ния порогового блока 5 с помощью введенного интегрирующего элемента 6. 4 ил. (Л

ф1/г.1

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах фильтрации для воспроизусловия Y(t) или Y(t) срабатывает пороговый блок 5 и замыкает ключ 4. Шумовой сигнал Y(t) через

ведения медленно меняющихся непрерью- . замкнутый ключ 4 поступает на вычи- 1 , „„ т1 Э1П1птлй iqvnn прпиогп я.пгебпаического

ньк сигналов на фоне интенсивньк помех.

Цель изобретения - повьппение точности фильтрации полезного сигнала в условиях интенсивных помех. ю

На фиг. 1 показана блок-схема нелинейного сглаживающего фильтра; на фиг. 2 и 3 - диаграммы, поясняющие I его работу; на фиг. 4 - принципиаль- i ная электрическая схема порогового tS

блока.

; Нелинейный сглаживающий фильтр ; содержит фильтр 1 нижних частот, пер- i вый 2 и второй 3 алгебраические сум- I маторы, -ключ 4у проговый блок 5 и I интегрирующий элемент 6. ; Нелинейный сглаживающий фильтр : работает следующим образом. Пусть входной сигнал Z(t) (фиг. 2а) представляет собой аддитивную смесь полезного непрерывного ; сигнала U(t) и щума S(t) с нулевым средним и симметричной плотностью вероятностей Z(t) U(t)(t), а пороги а и а срабатывания поро- ЗО гового блока 5 являются симметричными относительно нуля, т.е. а а, а -а. В зависимости от диспер- сии G шума и величины, порогов поро20

25

тающий вход первого алгебраического сумматора 2, компенсируя в это время напряжение шума S(t) в сигнале Z(t) (фиг. 2а), т.е. выходной сигнал первого алгебраического сумматора 2 определяется выражением.

Z(t), если / Y(t)

X(t)

Z(t)-0(t) U(t), если

/Y(t)/$ a.

В результате этого изменяется распределение сигнала Z(t) на выходе первого алгебраического сумматора 2 и уменьшается его дисперсия (фиг.2а и фиг. 3), что приводит к уменьшению случайной и суммарной ошибок воспроизведения фильтра 1.

Предположим, что по каким-либо причинам нарушена симметрия порогов порогового блока 5 а /а,,/, а на выходе второго алгебраического сумматора 3 действует центрированный шумовой сигнал Y(t)S(t). Тогда пороговый блок 5 находится в одном из включенных состояний более продолжительное время, чем в другом. Следовательно, ключ 4 более продолжительное время открыт для одной из полярностей

гового блока 5 можно выделить два ре- 35 сигнала Y(t), что приводит к появлежима работы устройства.

Первый .режим имеет место, когда дисперсияб| шума, действующего на входе устройства, невелика, так что ffg а (фиг. 2, t 0-t). Формируемая на вькоде фильтра 1 оценка U(t) (фиг. 26) полезного сигнала выч;и- тается из входного сигнала Z(t) (фиг. 2а) во втором алгебраическом сумматоре 3, образуя на его выходе шумовой сигнал Y(t) Z(t) -U(t)«S(t) (фиг. 2в) . Поскольку G« а, то срабанию в выходном сигнале 0(t) ключа 4 медленно меняющейся составляющей mg 0. Эта составляющая через первый алгебраический сумматор 2, где

40 осуществляется компенсация шума S(t) в сигнале Z(t) , поступает на вход фильтра 1, вызывая смещение оценки U(t) полезного сигнала от его значения U(t).

45 Однако смещение оценки фильтра 1 приводит к появлению в сигнале Y(t) на выходе второго алгебраического сумматора 3 медленно меняющейся составляющей Гом f: О,, под действием

тывания порогового блока 5, вызванные действием сигнала Y(t), будут ма- а

ловероятными (U(t) 0), Следователь- 50 которой интегрирующий элемент 6 заря- но, ключ 4 размыкается, сигнал на жаясь, корректирует пороги порогово- выходе первого алгебраического сумматора 2 равен X(t) Z(t), и устройство в этом режиме работы эквивалентно линейному сглаживающему фильтру.

При большом уровне шума ( работа порогового блока 5 характеризуется частыми срабатьшаниями (фиг., 2, t t ) Каждый раз при вьтолнении

го блока 5 таким образом, чтобы исключить составляющие т и тм и, следовательно, смещение оценки фильтра 1 (фиг. 2г) Одна из возможных схем порогового блока 5 с корректировкой порогов приведена на фиг. 4.

Медленно меняющийся сигнал Шц, появляется на выходе второго алгебраусловия Y(t) или Y(t) срабатывает пороговый блок 5 и замыкает ключ 4. Шумовой сигнал Y(t) через

замкнутый ключ 4 поступает на вычи- т1 Э1П1птлй iqvnn прпиогп я.пгебпаического

S

О

0

5

тающий вход первого алгебраического сумматора 2, компенсируя в это время напряжение шума S(t) в сигнале Z(t) (фиг. 2а), т.е. выходной сигнал первого алгебраического сумматора 2 определяется выражением.

Z(t), если / Y(t)

X(t)

Z(t)-0(t) U(t), если

/Y(t)/$ a.

В результате этого изменяется распределение сигнала Z(t) на выходе первого алгебраического сумматора 2 и уменьшается его дисперсия (фиг.2а и фиг. 3), что приводит к уменьшению случайной и суммарной ошибок воспроизведения фильтра 1.

Предположим, что по каким-либо причинам нарушена симметрия порогов порогового блока 5 а /а,,/, а на выходе второго алгебраического сумматора 3 действует центрированный шумовой сигнал Y(t)S(t). Тогда пороговый блок 5 находится в одном из включенных состояний более продолжительное время, чем в другом. Следовательно, ключ 4 более продолжительное время открыт для одной из полярностей

сигнала Y(t), что приводит к появлению в выходном сигнале 0(t) ключа 4 медленно меняющейся составляющей mg 0. Эта составляющая через первый алгебраический сумматор 2, где

осуществляется компенсация шума S(t) в сигнале Z(t) , поступает на вход фильтра 1, вызывая смещение оценки U(t) полезного сигнала от его значения U(t).

Однако смещение оценки фильтра 1 приводит к появлению в сигнале Y(t) на выходе второго алгебраического сумматора 3 медленно меняющейся составляющей Гом f: О,, под действием

а

которой интегрирующий элемент 6 заря- жаясь, корректирует пороги порогово-

0 которой интегрирующий элемент 6 заря- жаясь, корректирует пороги порогово-

го блока 5 таким образом, чтобы исключить составляющие т и тм и, следовательно, смещение оценки фильтра 1 (фиг. 2г) Одна из возможных схем порогового блока 5 с корректировкой порогов приведена на фиг. 4.

Медленно меняющийся сигнал Шц, появляется на выходе второго алгебра2li)(

У .W

фие.г

О U d. и (

Ф(е.З

Qltl

УИ)

Фиг. ц