Адаптивный цифровой фильтр Советский патент 1990 года по МПК H03H17/04 

влод

(Л

Изобретение относится к технике цифровой обработки сигналов и позволяет повысить избирательность. Адаптивный цифровой фильтр содержит АЦП 1, сумматоры 2 и 9, умножители 3 и 10, тактовый генератор 4, регистр 5 сдвига, блок 6 памяти, блок 7 пороговых элементов, вычитатель 8, анализатор 11 уровня шума и блок 12 сравнения. Цель достигается путем уменьшения вероятности подавления высокочастотных компонентов полезных сигналов с помощью введенных анализатора 11 и блока сравнения 12. 3 ил.

СП

о оэ

4 4

Фиг.1

Изобретение относится к технике цифровой обработки сигналов и может быть использовано в гидро- и радиолокации, электросвязи для адаптивной цифровой фильтрации сигналов.

Целью изобретения является повышение избирательности путем уменьшения вероятность подавления высокочастотных компонентов полезных сигналов .

На Фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого фильтра; на Фиг. 2 - блок-схема анализатора уровня шума; на фиг. 3 - блок-схема блока сравнения .

Адаптивный цифровой фильтр содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, первый сумматор 2, первый умножитель 3, тактовый генератор 4, регистр 5 сдвига, блок 6 памяти, блок 7 пороговых элементов, вычита- тель 8, второй сумматор 9, второй умножитель 10, анализатор 11 уровня шума и блок 12 сравнения. Анализатор 11 уровня шума содержит вычита- тель 13, взвешивающее устройство .14, накопитель 15, блок 12 сравнения - накопитель 16 и компаратор 17 двоичных чисел.

Адаптивный цифровой фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал преобразуется в г-иф- ровую форму с помощью АЦП 1 , после чего подается на цифровой фильтр, построенный на сумматорах 2 и 9, регистре 5 сдвига, умножителях 3 и 10 и блоке 6 памяти коэффициентов (с целью упрощения показан фильтр первого порядка, увеличение порядка может быть достигнуто известными способами - каскадированием звеньев и т.п. с соответствующим увеличением числа сумматоров, регистров сдвига и умножителей) . Оценка .скорости изменения входного сигнала производится вычитателем 8, выходной сигнал которого после преобразования в позиционный код блоком 7 пороговых элементов подается на один из адресных входов блока 6 памяти, хранящего несколько наборов значений весовых коэффициентов, соответствующих различным частотным характеристикам, реализуемым фильтром. Гри увеличении скорости изменения входного сигнала, соответственно, увеличивается выходной сигнал вычитателя 8 и меняется выходной код блока 7 пороговых элементов, вызывая считывание из блока 6 памяти весовых коэффициентов, обеспечивающих расширение полосы пропуекания устройства и более точную передачу полезного сигнала через фильтр. При малой скорости изменения сигнала (основная энергия сосредоточена в низкочастотной части спектра) выходной сигнал вычитателя 8 также мал и выходной код блока 7 пороговых элементов вызывает считывание из блока 6 памяти такого набора весовых коэффициентов, которому соответствует

5 более узкая полоса пропускания, что позволяет дополнительно подавить высокочастотные компоненты шума, пропуская без искажения полезный низкочастотный сигнал.

0 Для достижения цели изобретения необходимо .получить оценку уровня аддитивного белого шума во всей полосе частот (вплоть до половины частоты дискретизации сигнала в АЦП 1),

5 что разрешается в предлагаемом фильтре с помощью анализатора 1 I уровня шума, который построен в виде последовательно соединенных вычитателя 13, формирующего разность модулей входQ ных сигналов, взвешивающего устройства 14 (например, умножителя) и накопителя 15, обеспечивающего суммирование последних выходных отсчетов взвешивающего устройства 14 (фиг. 2). Возможность такого построения следующая. Если полоса пропускания фильтра за время анализа (N последних отсчетов) постоянная, оценку среднего уровня внеполосного шума иш получают

5

по равенству

N

иш ( ziiwi)) -1

45

Kx(i)l 1ивь,х(П|, О)

0

5

где U e,(i),

U ВЬ|Х (i) - входной и выходной сигналы фильтра в i-м тактовом интервале.

Таким образом для оценки уровня внеполосного шума необходимо произвести суммирование разностей модулей входных и выходных отсчетов Фильтра за N последних тактов. Считая, что шум обладает равномерным энергетическим спектром в полосе

Г) (v

. Tj (F

частота дискретизации сигнала в А1Ш 1), а полоса пропускания фильтра равна AF от оценки (1) можно перейти к

оценке уровня шума U

ш п

во всей полосе частот, введя соответствуюп ий весовой коэффициент

Гд

иы п Ч-гдсг

F,yg. -ИГ

Ц

шр. - 24F

,(i)| i-i L

- и

J8b,x (jj

-(2)

о значении полосы ДР

15 целью уменьшения уровня шума на выходе устройства. Такая добавочная перестройка полосы пропускания обеспечивается тем, что выходной сигнал Q блока 12 сравнения, воздействуя

пропускания фильтра в каждый момент времени заключена в выходном коде блока 7 пороговых элементов, который поступает на взвешивающее устройство 14,20 на дополнительный адресный вход бло- входящее в состав анализатора 11 уровня шума, последний при этом производит обработку отсчетов в соответствии с равенством (2) и формирует на своем

25

выходе оценку уровня шума во всей используемой полосе частот 0; Рд,

Блок 12 сравнения (фиг.З) построен на базе накопителя 16 и компаратора 17 двоичных чисел. Накопитель 16 Формирует на своем выходе опенку гред-30 скоростью изменения сигнала), при

ка 6 памяти, вызывает считывание из этого блока на умножители 3 и 10 набора весовых коэффициентов, соответствующих измененной полосе пропускания. Количество реализуемых АЧХ может быть и увеличено, например, при UBX U и п полоса пропускания остается без изменения (определяется, как и в известном фильтре, только

него уровня U 6Х входного сигнала фильтра (выходного сигнала АЦП 1) за N последних тактов в соответствии с равенством, аналогичным (1)

1 w

1,.. (i),

U в

U,

и

БХ

ВХ

(3)

35

шп увеличивается, а при ву U ып уменьшается. При этом несколько усложняется компаратор 17 двоичных чисел (Фиг.З) и увеличивается число его выходов.

Таким образом, адаптивный цифровой фильтр позволяет уменьшить вероятность подавления высокочастотных компонент спектра полезного сигнала, т.е. уменьшить искажения полезных сигналов при прохождении через Фильтр и уменьшить уровень шумов на выгоде устройства при отсутствии на входе полезного сигнала.

Компаратор 17 двоичных чисел может быть выполнен в виде логического блока, осуществляющего поразрядное сравнение чисел. Известны компараторы двоичных чисел в интегральном исполнении (например, ИС 564 ИП2 для четырехразрядных чисел). Алгоритм работы блока 12 сравнения может быть записан, например, следующим образом:

1

при

1V

vun ;

О при

где

Q - выходной сигнал блока 12 сравнения .

На основании решения, принятого блоком 12 сравнения по (4), можно55

сделать вывод о присутствии на входе устройства полезного сигнала или только шума (точнее, какое из этих собы

тий является более вероятным). При Q 1 наиболее вероятно, что на вхо- де устройства присутствует прлезный сигнал и полоса пропускания может быть несколько расширена по сравнению с полосой пропускания известного фильтра при той же скорости изменения сигнала с целью уменьшения искажений

полезного сигнала при прохождении через фильтр. При Q 0 наиболее вероятно, что на входе устройства присутствует только шум и полоса пропускания может быть несколько уменьшена с

5 целью уменьшения уровня шума на выходе устройства. Такая добавочная перестройка полосы пропускания обеспечивается тем, что выходной сигнал Q блока 12 сравнения, воздействуя

0 на дополнительный адресный вход бло-

на дополнительный адресный вход бло-

скоростью изменения сигнала), при

ка 6 памяти, вызывает считывание из этого блока на умножители 3 и 10 набора весовых коэффициентов, соответствующих измененной полосе пропускания. Количество реализуемых АЧХ может быть и увеличено, например, при UBX U и п полоса пропускания остается без изменения (определяется, как и в известном фильтре, только

U в

U,

и

35

:

40

шп увеличивается, а при ву U ып уменьшается. При этом несколько усложняется компаратор 17 двоичных чисел (Фиг.З) и увеличивается число его выходов.

Таким образом, адаптивный цифровой фильтр позволяет уменьшить вероятность подавления высокочастотных компонент спектра полезного сигнала, т.е. уменьшить искажения полезных сигналов при прохождении через Фильтр, и уменьшить уровень шумов на выгоде устройства при отсутствии на входе полезного сигнала.

45

50

55

В изобретении на основании сформированной опенки уровня шума принимается решение о том, какое событие является наиболее вероятным: присутствует на входе полезный сигнал или только шум. На основании этого решения соответствующим образом может быть изменена полоса пропускания.

Формула изобретения

Адаптивный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные тактовый генератор, аналого-циф-

ровой преобразователь, вход которого является входом адаптивного цифрового фильтра, вычитатель, блок пороговых элементов, блок памяти, первый умножитель, первый сумматор, к второму входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя, регистр сдвига, выход которого подключен к второму входу вычитателя, второй умножитель, к второму входу которого подключен второй выход блока памяти, и второй сумматор, к второму входу которого подключен выход первого сумматора, выход второго сумматора является выходом адаптивного цифрового Фильтра, а выход

тактового генератора подключен к тактовому входу регистра сдвига, отличающийся тем, что с целью повышения избирательности путем уменьшения вероятности подавления высокочастотных компонентов полезных сигналов, между выходом второго сумматора и вторым адресным входом блока памяти введены последовательно соединен-ные анализатор уровня шума, к второму входу которого подключен выход блока пороговых элементов, и блок сравнения, к второму входу которого и третьему входу анализатора уровня шума подключен выход аналого- цифрового преобразователя.