Нелинейный фильтр Советский патент 1991 года по МПК G05B5/01 

Изобретение относится к автоматике, радиотехнике и информационно-измерительной технике.

Целью изобретения является расширение возможностей фильтра за счет обеспечения его работоспособности при наличии помех, содержащих несколько нестационарных гармонических составляющих.

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

На фиг. 1 обозначение х соответствует входному, а обозначение у - выходному сигналам нелинейного фильтра. Устройство содержит сумматор 1, блок 2 фиксации

моментов экстремума, первый 3 и второй 4 блоки фиксации экстремума, мультивибратор 5. Каждый блок 3 и 4 фиксации экстремума содержит инвертирующий расширитель 6 импульсов, первый 7 и второй 8 элементы выборки-хранения, первый 9, второй 10, третий 11, четвертый 12 элементы И, первый 13 и второй 14 элементы ИЛИ, первый 15 и второй 16 триггеры, коммутатор 17 и коммутатор 13.

На фиг. 2 введены следующие обозначения: х - входной сигнал фильтра; хс - медленно меняющаяся полезная составляющая входного сигнала; хп - помеха, содержащаяся во входном сигнале и состоящая из нескольких гармоник; UMBL LUina- сигналы на первом и втором выходах мультивибратора

О

Ю

fc

о

отД

5 соответственно; Xi, сигналы на выходах элементов 7 и 8 выборки-хранения соответственно; ti -13- моменты времени, соответствующие появлениям экстремумов входного сигнала; Uu, U2i - значения глобальных экстремумов сигнала на соответствующих полупериодах работы мультивибратора 5; Ti - Тз - полупериоды выходного сигнала мультивибратора 5.

Нелинейный фильтр работает следую- щим образом.

Когда помеха отсутствует, в промежутках времени монотонного изменения входного сигнала (до момента ti) блок 2 фиксации моментов экстремума выходных импульсов не вырабатывает, следовательно на выходе инвертирующего расширителя 6 импульсов непрерывно держится единичный уровень, переводящий элементы 7 и 8 выборки-хранения в режим выборки. Вы- ходные сигналы элементов 7 и 8 выборки- хранения поступают на входы коммутатора 18, который управляется импульсами с первого выхода мультивибратора 5, период сле- дования которых равен максимально возможному периоду гармонических составляющих помехи (фиг. 2, б). При смене состояния первого выхода мультивибратора 5 коммутатор 18 подключает выход элемента 7 выборки-хранения к входу сумматора 1, а выход элемента 8 - к второму входу компаратора 17. Аналогично работает второй блок 4 фиксации экстремума. Таким образом, с выхода сумматора 1 снимается удвоенный неискаженный полезный сиг- нал, и фильтр работает в линейном режиме.

Если полезный сигнал в момент времени ti имеет точку экстремума (фиг. з),то блок 2 формирования моментов экстремума формирует на выходе максимума узкий им- пульс, поступающий на вход инвертирующего расширителя 6 импульсов. на выходе которого на время, равное удвоенному максимальному периоду помехи, устанавливается нулевой сигнал, переводящий элементы 7 и 8 выборки-хранения в режим хранения. Возникающая на это время на выходе блока 3 фиксации экстремума ступенька незначительно искажает медленно меняющийся входной сигнал фильтра (фиг. 2 г). В момент tz минимума входного сигнала фильтр работает аналогично, но минимум сигнала запоминает второй блок 4 фиксации экстремума.

Когда возникает сигнал помехи, содержащий несколько гармоник, блок 2 фикса- ции моментов экстремума, начиная с момента времени t3, вырабатывает узкие импульсы, соответствующие моментам экстремума входного сигнала. На выходе расширителей 6 импульсов непрерывно поддерживается нулевой уровень сигнала.

Пусть к моменту t3 появления первого максимума Un помехи схема находилась в следующем состоянии. На первом выходе мультивибратора 5 единичный сигнал, устанавливающий второй триггер 16 в единичное состояние. Первый триггер 15 находится в единичном состоянии, уста лв- лемном в предшествующем полупериоде работы мультивибратора 5, на единичном входе триггера нулевой сигнал.

При появлени в момент гз первого узкого импульса с выхода максимума блока 2 фиксации моментов экстремума 2 он проходит через третий элемент И 11, переводит триггер 15 в нулевое состояние, запрещая тем самым дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 11, По окончании узкого импульса с выхода блока 2 фиксации моментов экстремума оба элемента 7 и 8 выборки-хранения переходят в режим хранения значения Un первого максимума. С выхода первого элемента 7 выборки-хранения это значение через коммутатор 18 поступает на второй вход компаратора 17, который сравнивает значение входного сигнала фильтра U(t) со значением максимума Un. При этом сигнал на выходе компаратора 17 определяется следующим соотношением

UK(T)

1, приШ)Цц О, npnU(t)Uii.

Если входной сигнал фильтра превышает значение Un, то на входы первого элемента И 9 помимо единичного сигнала с первого выхода мультивибратора 5 поступает единичный сигнал с выхода компаратора 17. Поэтому при появлении максимума Ui2 узкий импульс с первого выхода блока фиксации моментов экстремума 2 переводит первый элемент 7 выборки-хранения в режим выборки и по окончании узкого импульса этот элемент запоминает значение и так далее до окончании данного полупериода работы мультивибратора 5.

При смене состояния выходов мультивибратора 5 на противоположное коммутатор 18 подключает выход первого элемента 7 выборки-хранения к первому входу сумматора 1, а выход второго элемента 8 выборки- хранения - к входу компаратора 17. Первый элемент выборки-хранения переводится в режим хранения глобального экстремума Un, выделенного в предыдущем полупериоде Ti, поскольку нулевые сигналы на входах элементов И 9 и 11 и на выходе инвертирующего расширителя 6 импульсов запрещают перевод этого элемента в режим выборки в течение полупериода Т2. Триггер 15 переводится в единичное состояние, что подготавливает работу первого элемента 7 выборки-хранения в следующем полупери- оде Тз.

При появлении первого максимума U21 на отрезке Т2 узкий импульс с первого выхода блока 2 фиксации моментов экстремума через четвертый элемент И 12 и второй элемент ИЛИ 14 поступает на управляющий вход второго элемента 8 выборки-хранения и переводит его в режим выборки Одновременно этот импульс переводит второй триггер 16 в нулевое состояние. Да/ее эле- ментВ выборки-хранекия рабогает совмест но с компаратором 17 по поиску глобального экстремума из интерпале Т2 аналогично тому, как это было описано для элемента 7 выборки-хранения на интервале Ti.

По окончании интеопала Г2 состояние выходов мультивибратора возвращается в исходное, и работа устройства повторяется аналогично описанному.

Таким образом, в каждом полупериоде работы мультивибратора 5 один элемент (7, 8) выборки-хранения работает в режиме поиска глобального экстремума, а другой элемент хранит значение глобального экстремума, полученные в предыдущем полупериоде, и это значение поступает на выход фильтра через сумматор 1.

Аналогично работает второй блок 4 фиксации экстремума, выделяющий и запоми- нающий значения глобальных минимумов входного сигнала фильтра.

Таким образом, за счет раздельного выделения и фиксации глобальных экстремумов входного сигнала на временных интервалах, равных наибольшему возможному периоду помехи, расширяются возможности фильтра путем расширения спектрального состава помех, подлежащих фильтрации.

Формула изобретения

Нелинейный фильтр, содержащий сумматор, выход которого соединен с выходом фильтра, блок формирования моментов экстремума, соединенный входом с входом фильтра, два блока фиксации экстремума, выходы которых соединены с входами сумматора, первые входы соединены с входом нелинейного фильтра, второй вход первого блока фиксации экстремума соединен с вы-

ходом максимума, а птороГ- вход пгоро, блока фиксации экстремума с выходом минимума блока формирования моментов экс- трсмума, причем каждый блок фиксации экстремума содержит переый эгемент выборки-хранения и инвертирующий рэсши- ритеть импульсов, соединенные своими входами с перпым и вторым входами блока соответственно, о т л и ч я ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональны возможностей фильтра за счет обеспечения его работоспособности при наличии помех, содержащих несколько нестационарны) гармонических составляющих, он содержит мулыивиС ратор. перр-лй и второй выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам каждого блока фиксации экстремума, причем каждый блок фиксации экстремума содержит втором элемент выборки-хранения, четыре трех- входовых элемента И, два трехвходовых элемента ИЛИ, два триггера, компаратор и коммутатор, при этом выход каждого элемента ИЛИ соединен с управляющим вхо дом соответствующего элемента выборки-хранения, третий вход блока фиксации экстремума соединен с управляющим входом коммутатора, через первый элемент И - с входом первого элемента ИЛИ. через третий элемент И - с входом первого элемента ИЛИ, а также через единичный вход второго триггера и четвертый элемент И - и входом второго элемента ИГМ, четвертый вход блока фиксации экстремума соединен с входом четвертого элемента И, через второй элемент И соединен с входом второго элемента ИЛИ, а также через единичный оход первого триггера с входом третьего элемента И, первый вход блока фиксации экстремума соединен с входом второго эле мента выборки-хранения и первым входом компаратора, второй вход блока фиксации экстремума соединен с входами элементов И, выход инвертирующего расширителя импульсов соединен с входами элементов ИЛИ, выходы элементов выборки-хранения соединены с соответствующими входами коммутатора, первый выход которого соединен с выходом блока фиксации экстремума, а второй выход через компаратор соединен с входами первого и второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с нулевым входом первого триггера, а выход четвертого элемента И - с нулевым входом второго триггера.

- . , -Y-. с JCn

Изобретение относится к автоматике, радиотехнике и информационно-измерительной технике. Цель изобретения - расширение BOi-.ожностей фильтра за счет обеспечения его работоспособности при наличии помех, содержащих несколько нестационарных гармонических составляющих. Устройство содержит сумматор, блок фиксации моментов экстремума, мультивибратор. первый и второй блоки фиксации экстремума, каждый из которыхсодержит инвертирующий расширитель импульсов, первый и второй .элементы выборки-хранения, первый, второй, третий и четвертый трехвходо- вые элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй триггеры, компаратор, коммутатор. Для каждого элемен.а оы- борки-хранения в течение времени, равного максимально возможному периоду помехи, на который настроен мультивибратор, обеспечивается работа в режиме выборки глобального экстремума входного сигнала, а затем в течение такого же времени - работа в режиме хранения этого экстремума. Второй элемент выборки-хранения работает в противофазе с первым. При отсутствии помехи все элементы выборки-хранения работают в режиме выборки и .Ьильтр практически не вносит искажений в полезный сигнал. 2 ил. (Л С

. г