Адаптивный фильтр Калмана Советский патент 1993 года по МПК H03H21/00 

со

с

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиотехнических устройствах для фильтрации измере2 ний физического параметра. Цель изобретения - повышение избирательности фильтрации в области высоких частот. Устройство содержит генератор 1, тактовых импульсов, вычитатель 2, умножитель 3. сумматор 4, регистр 5 памяти, блок 6 задержки, умножитель 7, элемент 8 задержки, умножитель 9, умножитель 10, умножитель 11, блок 12 сравнения, второй блок 13 элементов И, первый блок 14 элементов И, блок 15 элементов ИЛИ, аналого-цифровой преобразователь 16. 1 ил.

со О

О

ел

00

00

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации результатов измерений физического параметра,

На чертеже представлена электрическая структурная схема адаптивного фильтра Калмана.

Адаптивный фильтр Калмана содержит генератор 1 тактовых импульсов (ГТИ), вы-, читатель 2, первый умножитель 3, сумматор 4, регистр 5 памяти, блок задержки 6, второй умножитель 7, элемент задержки 8, третий умножитель 9, пятый умножитель 10, четвертый умножитель 11, блок 12 сравнения, второй блок 13 элементов И, первый блок элементов И 14, блок 15 элементов ИЛИ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)16.

Работает адаптивный фильтр Калмана следующим образом,

В исходном положении регистр 5 памяти обнулен, а нв вход АЦП 16 поступает непрерывный сигнал измеряемого параметра z(t). Тактовые импульсы генератора 1 обеспечивают выдачу дискретного значения физического параметра г в цифровом параллельном двоичном коде на вычитатель 2, на второй вход которого поступает сигнал

yl/i-1 Higi/i-i Hi Ф|д|-Г, где Hi - матрица измерений, Ф| - переходная матрица оцениваемых параметров gi ; 91/1-1 - расчетные значения оцениваемых параметров на момент времени ti. На выходе вычитателя 2 формируется сигнал невязки

i-yi/и,

который поступает на первый вход первого умножителя 3, на второй вход которого поступает сигнал, равный по величине коэффициенту усиления фильтра К| на текущий момент времени,

С выхода первого умножителя 3 сигнал поступает на первый вход сумматора 4, на второй вход которого с выхода второго умножителя 7 поступает корректирующий сигнал gi/i-Г. С выхода сумматора 4 сигнал, равный

9i gi/i-1 +Ki Дгг,

поступает на вход регистра 5 памяти. Запись информации в него происходит при появлении на его входе задержанного элементом задержки 8 тактового импульса и таким образом формируется выходной сигнал адаптивного фильтра Калмана gi в виде параллельного двоичного кода.

Этот же сигнал используется в цепях его обратной связи. Для этого он подается на вход блока 6, осуществляющего задержку на один такт. Сигнал с выхода блока б задержки используется для получения на выходе второго умножителя 7 корректирующего сигнала

gi/i-i Ф|дм,

который поступает в сумматор 4 и одновременно в третий умножитель 9, на выходе которого формируется прогнозируемое значение входного сигнала . У1/и Н|д|/|-Г

поступающее в вычитатель 2 для формирования невязки Azi.

Выходной сигнал фильтра gi используется также в цепи адаптивной обратной связи, которая работает следующим образом.

Сигналы gi и дм , полученные в предыдущем такте работы фильтра, поступают на четвертый 11 и в пятый 10 умножители, позволяющие получить текущие коэффициенты усиления фильтра Км и К| на моменты

времени ti-i и ti соответственно:

|Км ci-p-1 Ki cigi

и ci - матрицы связи на соответствующие моменты времени.

Блоки 12-15 позволяют выделить наименьшее из двух значений коэффициентов усиления:

К т1п(Ки, Ki)

С этой целью сигналы Ки и Ki поступают в блок 12. В случае появляется управляющий сигнал на первом выходе блока 12 и KI-I через второй блок 14 и блок 15

поступает в первый умножитель 3. В случае появляется управляющий сигнал на втором выходе блока 12 сравнения и сигнал Ki через первый блок 13 и блок 15 подается на умножи/ель 3, чем и достигаются адаптивные свойства фильтра, позволяющие уменьшить погрешности оцениваемых параметров.

Фор мула изобретения Адаптивный фильтр Калмана, содержащий последовательно соединенные вычитатель, первый умножитель, сумматор, регистр памяти, выход которого является выходом адаптивного фильтра Калмана, блок задержки и второй умножитель, в ыход

которого подключен к второму входу третьего умножителя, а также генератор тактовых импульсов, первый и второй блоки элементов И и блок элементов ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения

избирательности фильтра в области высоких частот,.в него введены четвертый умножитель, включенный между выходом регистра памяти и первым входом первого блока элементов И, пятый умножитель и блок сравнения, включенные последова

тельно между выходом блока задержки ивычитэтеля подключен к выходу третьего

вторым входом первого блока элементов И,умножителя, выход первого блока эпеменэлемент задержки, включенный между вы-тов И подключен через блок элементов ИЛИ

ходом генератора тактовых импульсов и к второму входу первого умножителя, выход

входом записи регистра памяти, и аналоге-5 четвертого умножителя соединен с вторым

цифровой преобразователь, включенныйвходом блока сравнения, второй выход комежду выходом генератора тактовых им-торого подключен к первому входу второго

пульсов и первым входом вычитателя, приблока элементов И, второй вход которого

этом информационный вход аналого-циф-соединен с выходом пятого умножителя, а

рового преобразователя является выходом10 выход - с вторым входом блока элементов

адаптивного фильтра Калмана, второй входИЛИ.