Нелинейный цифровой фильтр Советский патент 1992 года по МПК H03H17/04 

соединенные сумматор, фильтр-усреднитель и первый блок вычитания, другой вход которого является информационным входом устройства, а также датчик случайных чисел, при этом выход фильтра-усреднителя соединен с первыми входами сумматора и первого блока вычитания, введены последовательно соединенные первый блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока вычитания, элемент И и коммутатор, выход которого соединен со вторым входом сумматора, второй блок сравнения, вход которого объединен с первым входом первого блока сравнения и с первым информационным входом коммутатора, а выход соединен с другим входом элемента И, последовательно соединенные первый блок задержки, вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход опроса которого является тактовым входом устройства, формирователь граничного значения параметра ограничения, первый-умножитель и инвертор знака числа, выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, а также последовательно соединенные второй блок задержки, вход которого соединен со вторым входом первого умножителя и с выходом датчика случайных чисел, второй блок вычитания и второй умножитель, второй вход которого соединен со вторым входом второго блока сравнения и с выходом первого умножителя, а выход соединен со вторым информационным входом коммутатора.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема нелинейного цифрового фильтра; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая его работу.

Нелинейный цифровой фильтр содержит последовательно соединенные блок 1 вычитания, первь1й блок 2 сравнения, элемент ИЗ, коммутатор 4, сумматор 5 и фильтр-усреднитель б, выход которого соединен с другими входами блока 1 и сумматора 5, второй блок 7 сравнения, вход которого соединен с выходом блока 1, а выход соединен с другим входом элемента И 3, последовательно соединенные датчик 8 случайных чисел, блок 9 задержки, формиров;атель 10 граничного значения параметра ограничения, первый умножитель 11 и инвертор 12 знака числа выход которого соединен с другим входом первого блока 2, а также последовательно соединенные второй блок 13 задержки, второй 14 вычитания и второй умножитель 15, второй вход которого соединен с другим входом второго блока 7 и с выходом первого умножителя 11, а выход- со вторым информационным входом коммутатора 4.

Сумматор 5 и блоки 1, 14 вычитания выполнены в виде комбинационных схем, умножители 11 и 15 - в виде ПЗУ, работающих в режиме считывания. Формирователь 10 также выполнен в виде ПЗУ, таблица программирования которого составляется следующим образом.

Функция принадлежности граничного значения параметра ограничения задается в виде несимметричной функции линейного вида {фиг.2) и описывается соотношением

/(arp)rmax{0,.

(1)

где сГагр - параметр, характеризующий размах функции принадлежности.

Из соотношения (1) следует, что значение функции принадлежности лежит в интервале (0,1). Поскольку датчик 8 является датчиком чисел xj с равномерным распределением в интервале (0,1), то его выходной сигнал может быть использован для определения текущего значения функции принадлежности на каждом такте

(агрО)).

(2)

Тогда из соотношений (1) и (2) можно получить

агрО) (1 -Xj) СГагр.-(3)

Соотношение (3) может быть использовано для программирования формирователя 10,

Для этого при всех возможных .значениях, которые рассматриваются как адресные сигналы ПЗУ, рассчитываются значения ЭгрО). которые и записываются в соответст-; вующие ячейки.

Задержка в блоке 9 соответствует одному периоду следования тактовых импульсов, а в блоке 13 - двум периодам. Фильтр-усреднитель 6 выполнен в виде

п последовательно соединенных блоков задержки на 1 такт, выходы которых через умножители на 1/п соединены с входами сумматора.

Инвертор знака выполнен в виде повторителя с инвертором (элементом НЕ) в знаковом разряде числа.

Блоки 2, 7 выполнены в виде цифровых компараторов. Отличие состоит в том, что у блока 2 используется выход Больше, а у блока 7 - Меньше.

Работает нелинейный цифровой фильтр следующим образом.

На вход блока 1 вычитания поступают цифровые входные отчеты уь значения которых определяются величиной измеряемого

параметра, шумами измерений и возможными аномальными искажениями., На вход датчика 8 поступают тактовые импульсы сопровождения, по каждому из которых, вырабатываются случайные числа xi с равномерным распределением. Заметим, что к этому моменту на выходе блока 9 задержки формируется число хь1. По этому числу в формирователе 10 формируется величина агрО-1). которая после умножения в первом умножителе 11 на число xi непосредственно подается на выход второго блока 7 сравнения, а через инвертор 12 знака числа в виде arp(i-i) xt на вход первого блока 2 сравнения. Из текущего значения сигнала yi в блоке 1 вычитается оценка сигнала, которая поступает из фильтра-усреднителя .6 (рассматривается установившийся режим). Разность у1-у сравнивается 9 первом и втором блоках 2, 7 сравнения со значениями -arp(i-i) xi и arp(i-i) Xi соответственно. Если -arp(i-i) XI yi-y arp(i-i) -xt. то на выходах первого и второго блоков 2, 7, а значит и на выходе элемента И 3 вырабатывается уровень логической единицы, по которому на выход коммутатора 4 поступает сигнал с выхода блока 1 вычитания, к которому в сумматоре 5 прибавляется оценка у, в результате чего входной отсчет yi в неизменном виде поступает на вход фильтра-усреднителя 6, в котором формируется оценка у.

Если разность угу выходит за границы интервалы {-arp(i-i) xi,a rp{i-i) xi}, то на выхо де элемента ИЗ формируется сигнал логического нуля и на выход коммутатора 4 поступает сигнал с выхода второго умножителя 15. Этот сигнал формируется иЗ сигнала Xi-2 датчика 8 (задержка во втором блоке 13 равна двум тактам), который во втором блоке 14 вычитается из постоянной Oi5, которая подается от за датчика постоянной (не показан). Разность 0,5-х|-2 умножается во втором умножителе 15 на величину arp(i-i) xi, которая поступает с выхода первого умножителя 11. Следовательно, выход разности yi-y воспринимается как аномальное, искажение входного сигнала, поэтому она заменяется случайным значением числа в интервале (-агр(1-Г) х|,агр(1-1) xi).

Таким образом, благодаря введению новых блоков и связей повышается точность фильтрации в условиях аномальных искажений сигнала, тогда границы нормальных ошибок заданы нечетко.

Формула изобрет.ения Нелинейный ци фровой фильтр, содержащий последовательно соединенные сумматор, фильтр-усреднитель и первый блок вычитания, другой вход которого является информационным входом нелинейного цифрового фильтра, а также датчик случайных чисел, при этом выход фильтра-усреднителя является выходом нелинейного цифрового фильтра и соединен с первым входом сумматора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены последовательносоединенные первый блок сравнения, первый вход которого соединен с.выходом блока вычитания, элемент И и коммутатор, выход которого соединен со вторым входом сумматора, второй блок сравнения,

первый вход которого объединен с первым входом первого блока сравнения и с первым информационным входом коммутатора, а выход соединен с другим входом элемента И, последовательно соединенные первый блок задержки, вход которого соединен с первым выходом датчика случайных чисел, вход опроса которого является тактовым входом нелинейного цифрового фильтра, формирователь граничного значения параметра ограничения, первый умножитель и инвертор знака числа, выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, а также последовательно соединенные второй блок задержки, вход которого .соединен со вторым выходом датчика случайных чисел, второй блок вычитания и второй умножитель, второй вход которого соединенСО вторым входом второго блока сравнения и с выходом

первого умножителя, выход соединен со вторым информационным входом коммутатора, второй вход первого умножителя объединен со входом первого блока задержки, а второй вход второго блока вычитания является входом постоянной.

фиг.1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано дЛя фильтрации сигналов, например результатов измерений параметров, заданных цифровым кодом. Цель изобретения - повышение точности2фильтрации. На вход устройства поступают отсчеты входного сигнала у4 с нормальными и аномальными искажениями, из которых в Первом блоке 1 вычитается оценка у*, в первом 2 и втором 7 блоках сравниваются с текущими значениями нечетко заданных Границ нормальных ошибок. При нахождении разности Vi~y* в допустимых пределах она проходит через коммутатор 4, сумматор 5 и в виде отсчета yi поступает в фильтр-усреднитель 6, где формируется оценка у*. Если разность выходит за допустимые границы, то через коммутатор 4 проходит эквивалент разности от второго умножителя 15, являющийся случайным значением в пределах допустимых границ. 2 ил.Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации сигналов, например результатов измерений параметров, заданных цифровым кодом.Известен цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные блок вычитания, двусторонний, ограничитель, сумматор и нерекурсивный ф(t/tьтpv выход которого соединен с другими входами бяока сравнения и сумматора.Недостатком такого устройства является относительно низкая точность фильтрации в условиях появления пач^к аномальных искажений.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст-' ройство, содержащее последовательно соединенные блок сравнения, даусто^юииий ограничитель, сумматор и нерекурсивный фильтр, выход которого соединен с другими входами блока сравнения и сумматора, а также датчик случайных чисел, вход которого соединен с другим выходом двустороннего ограничителя, а выход соединен с соответствующим входом сумматора.Недостатком этого устройства является относительно низкая точность фильтрации, обусловленная jeM, что параметры ограничения двустороннего ограничителя постоянны и выбираются, например, исходя из статистических исследований нормальных ошибок измерений. Однако, эти исследс1ва- ния. в свою очередь, могут сопровождаться аномальными искажениями и получаемые оценки не являются достоверными. В ряде случаев исами предварительные исследования не могут быть проведены и границы изменений ошибок могут'быть заданы лишь нечетко.Цель изобретения - повышение то*жо- сти фильтрации при нечетком знании границ нормальных ошибок..Поставленная цель.достигается тем, что в устройство, содержащее последовательноСОсс^ о00ю

iMdrp)

.

rp

6a.

rp