Статистический фильтр Советский патент 1989 года по МПК G06G7/52 

Сд

о

со

ел

3

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано для приема сигналов в условиях помех.

Целью изобретения является повышение точности работы статистического фильтра.

На чертеже изображена структурная схема статистического фильтра.

Статистически й фильтр содержит выход 1, пятый сумматор 2, первый блок 3 умножения, первьй интегратор 4, первый сумматор 5, второй 6, третий 7, четвертый 8 и пятый 9 блоки умножения, второй сумматор 10, одиннадцатый 11 и двенадцатый 12 блоки умножения, третий сумматор 13, шестой 14 и пятнадцатьй 15 блоки умножения, шестой сумматор 16, тринадцатый 17, четырнадцатый 18, седьмой 19, восьмой 20, девятый 21 и десятьй 22 блоки умножения, четвертый сумматор 23 и второй интегратор 24,

В основу работы устройства положены следующие теоретические результаты.

Пусть требуется .оценить состояние объекта, описьшаемого матричным стохастическим дифференциальным уравне- нием в симметриэованной форме:

Ai-Yt i

Y(0) Y,

о

(1

где Y1 N - мерный вектор переменных

состояния;

V N - мерный белый гауссовский шум с матожиданием M(Vj.) О и матрицей интенсивностей И V. V Qt (t-t);

- не упреждающие матричные, функции соответствующей размерности; t - текущее время, . с использованием критерия минимума среднего квадрата ошибки оценки на основании вектора наблюдений размер- .ности Z, часть компонентов которого Z измеряется точно:

GI

С„

Zt

Dt О

Y +

W.

1

Z, G,Yt +

GaY,

(2)

где G,G,(t),

G,(t), D - неупреждающие матричные функции соответ

51,4

ствующей размерности; W - белый гауссовекий шум

с матожиданием M(Wi)

О и матрицей интенсивно стей м fw.wl Q,S(t -П.

Непосредственное использование для данной линейной системы калмановского подхода с целью формирования апостериорного среднего (являющегося оптимальной оценкой по критерию минимума среднего квадрата ошибки) не представляется возможным в силу вырожден- ности матрицы интенсивностей шумов наблюдения, приводящей к неопределенности коэффициента усиления фильтра. В связи с этим, сформируем новый - невырожденный - наблюдатель Z, дифференцируя часть Zj вектора Z по времени:

+

(G + С2А)х (3)

30

35

С наблюдателем (3) оптимальная оценка вектора Y принимает следую- 1ЩЙ вид:

ЛА.

Y A.-Y, + К,- (Z Аt Тt

xY);

4.

C

5 +сД7 (4)

о, Б.

40

45;

-n,)-F; .

-4

- R (А. - nt-p;- G)-R, + RV(A .- C;.F-;.n;) - R -C F; - CfR +

+ - П.р; .п;; R(o) R.

Для исключения производных компо-. нентов вектора наблюдений произведем в уравнении (4) следующую замену переменных, предварительно представив матрицу Z как

iK.iol.

+

О

0; к,1

о

z7

.Y, -Y, +

0; К,|

О

(5)

Тогда уравнение (4) примет вид:

(А. - К.. С

f-P (П

|0;KJ

О

zj

..Y.

) + IK,;-KJ.Z;

« M(YO) - oj KjCO)

Z(0)

1509951

7

--: -I соглас(6)

ляющей ( C + n ) A

HO уравнению (7) , При этом функция Р. формируете согласно уравнению (10), а прохождением R через блоки 14, 13, 7 формируется сомножитель (R-C. + + П)-А.

Точная часть Z, вектора наблюдений

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в стохастических оптимальных приемниках и системах автоматического управления. Цель изобретения - повышение точности. Статистический фильтр содержит шесть сумматоров 2, 5, 10, 13, 16 и 23, пятнадцать блоков умножения 3,6-9,11,12,14,15,17-22 и два интегратора 4 и 24. Точность оценивания вектора переменных состояний достигнута путем построения уравнений фильтра без использования операции дифференцирования вектора наблюдений. 1 ил.

С целью упрощения схемы фильтра

представим матрицу цим образом:

. о:,| Rt- cMo;F,l + 15 nt-lolFjy ,

где F

блоков К2 и

t Г

F

F F г

, размернос совпадают.

Обозначая известные матричные менные функции (которые могут бы сформированы до начала процесса трации) , как

А, А .

А ДТ ГТ . T7-f пТ .

3

AT Г

-Г

t

.

П-,

ПТ;

-4 - BfGfBl -n.F; AS F; ; Afi IF, i 0|; AT |0 ; FJ ;

.. Ae. -c;.A,;;

A, -Ct-Ag - AIO ,

запишем уравнения фильтра в оконтельном виде:

Y (А - к. cp-(Y + R,C;

1+

R(0) RO-(JO)

Фильтр работает следующим образом.

На вторые входы блоков умножения поступают следующие известные временные сигналы функции: Aj,

С, AT,

8

, А,, Ag А,, а на входы сумматоров - функции А., П , Ау,, А.

Зашумленная часть Z вектора наблюдений Z с первого входа фильтра поступает на вход блока 6 умножения, ;где происходит формирование состав

Z с второго входа фильтра поступает на вход блока 15 умножения, где образуется составляющая (R

А,„) °

сигналов

AS

,

--- за счет прохокдения 4г

R, и R из

контура апостери

орной дисперсии через блоки 16-18. Также часть Z вектора Z поступает на вход блока 11 умножения, где аналогично изложенному формируется член

О

(Р, С +П,) А,образующий

при сложении с сигналом Y, формируемым согласно уравнению .(7) с учетом полученных ранее составляющих, опти- мальную оценку YJ. , снимаемую с выхода фильтра. Формула

изобретения

35

40

.

а, 30 Статистический фильтр, содержащий первый блок умножения, выход которого подключен к входу первого слагаемого первого сумматора, выход которого соединен с входом -первого интегратора, вход вто.рого слагаемого первого сумматора подключен к выходу второго блока умножения, вход множителя которого является первым информационным входом фильтра, а вход множимого соединен с выходом третьего блока умножения, выход четвертого блока умножения соединен о входом множителя пятого блока умножения, выход которого подключен к входу перД5 вого слагаемого второго сумматора, выход которого соединен с входом множителя первого блока уьшожения, выход третьего сумматора соединен с входами множителя третьего и четвер50 ТОГО блоков умножения, входы множимого которых являются входами задания соответственно первой и второй весовой функций фильтра, вход первого слагаемого третьего сумматора явля„ ется входом задания третьей весовой функции фильтра, а вход второго слагаемого соединен с выходом шестого блока умножения, вход множителя кото- :рого объединён с входами множителя

седьмЬго восьмого, девятого и десятого блоков умножения и подключен к выходу второго интегратора, вход ко- торого срединен с выходом четвертого cyMijjaTopa, выходы седьмого, восьмого и десятого блоков умножения подключены к входам соответственно первого, второго и третьего слагаемьк четвертого сумматора, .выход девятого блока ю умножения соединен с входом множимо- ro десятого блока умножения, вход множимого пятого блока умножения, вход вт(рого слагаемого второго сумматора, вход четвертого слагаемого 15 четвертого сумматора, входы множимого седьмого, восьмого и девятого блоков умножения являются соответственно входами задания четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой и девятой 20 весовых функций фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены пять блоков умножения и два сумматора, причем выход первого интегратора 25 подключен к входу первого слагаемого пятого сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с выходом одиннадцатого блока умножения, вход множителя которого подключен к выхо- ЗО ду двенадцатого блока умножения, вход множителя которого является входом задания десятой весовой функции фильтра, вход множимого двенадцатого блока умножения подключен к выходу третьего сумматора, вход множимого одиннадцатого блока умножения является вторым информационным входом фипь- тра, выход четвертого сумматора соединен с входом множителя тринадцатого блока умножения, выход которого подключен к .входу первого слагаемого шестого сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с выходом четырнадцатого блока умножения, вход множителя которого подключен к выходу второго интегратора, выход шестого сумматора соединен с входом множителя пятнадцатого блока умножения, вход множимого которого соединен с вторым информационным входом фипьтра, а выход подключен к входу второго слагаемого первого сумматора, входь мнозки- мого тринадцатого и четырнадцатого блоков умножения и вход третьего слагаемого шестого сумматора являются входами задания соответственно одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой весовых функций фильтра, выход пятого сумматора подключен к входу множителя первого блока умножения и является выходом фильтра.