Цифровой полосовой фильтр с конечной длительностью весовой функции Советский патент 1979 года по МПК H03H17/00 G06F17/17 

. : .1 , ,, .;.;; Изобретение относится к спецвалвэиро ванвьш ср едсгвам мдчиспительной теХнй ки н может использовано 8 едстемазб обработки радиолокационных, акустических и гидроакустических сигналов. Известен цифровой фильтр, реализующий аппроксимацию частотной характерио тики функциями отсчета посредством по« следовагельцого соединения гребенчатого фильт на с равномерным {асаподожением нулей в IS -плоскости и набора параллель ных p 30Hat opoB, полюсы которых совме щены с соответствующими нулями гребенчатогофильтра Г11. Недостатком фильтра является большой объем оперативной памяти. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является полосовой фильтр с конечной длителс носгью весовой функции, содержащий пер-вый и второй блоки памяти, пертый и второй адресные счетчики, регистры,- элементы И, умножитель, сумматор и аналого , цифровой преобразователь, причем пе :гаЕЛй /ВХОД первого блока памяти соединен с нн формационвым входом устройства, второй вход- с в| ходом первого адресного счетчика, а алхОд - с входом первого регист ра, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход умножителя соединен с выходом элемента И, а выход - с входом второго регистра, выход которого соединен с переым входом сумматора, выход второго адресного счетчика йодклю- чен к пе{юому входу второго блока памяти, выход которого соединен со входом третьего регистра соединен с первыми входами элемента И ,й четвертого регистра выход которого соединен с вторым входом сумматс а, выход, сумматора соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход последнего является информационным входом устройства 21 Недостатком этого фильтра является больщой объем оперативной памяти для зфанениа предидуших значений входного сигнала, а также болыиое число арифметических операций на период квант(хвания . входногчэ сигнала, определяемых длительностью весовой функции. Цель изобретения - упрощение фильтра. Поставленная цель достигается тем, что в фильтр введены пятый, шестой, седьмой и восьмой регистры, причем выход сумматора соединен с входами пятого и шестого регистров, с вторым входом второго блока памяти и с первыми входами седьмого и восьмого регистров, выходы которых подклиЬчены соответственно ктретьему и четвер1х му входам элемента И, выхода пятого и шестого регистров С вдинёнь1 соответственно с вгорым и тре тьим входами чегвертбзго регистра, а Bxojijibf седьмого и восьмого регистров подключены к выхоод yMHoxtkrena, вто рыё входы третьего н шестого региогров пощслючены к информационным входам уст ройства. На чертеже федставлена блок-схема йредпйгйемого полосового фильтра. Фильтр содержит блоки 1, 2 памяти, адресйые счетчики 3, 4, регистры 5-12, элемент И 13i умножитель 14, сумматор Г5, ан 1лого-цифровой преобразбватель 16 информа)«йбнные входы 17, 18, ин4х5рмаЦИОННЫЙ ЕИЬНСОД 19.: ,; Алгоритм рабооъ предлагаемого ЦФ включает в себя следующую последователь ность операций: квадратурная модуляция входного сипмла ) позволяющая свёсяри задачу полроовой фильтрации широкополор ного сигнала Xf относительно централь;ной частоял v/ W(T к задаче низкочастотной фильтрации комплексного сигнала Низкочастотная фильтрацией сигнала Wp с лрореждаанием отсчётов на выходе : фИЛЬТТрй :.;, : , - . :V: I если V rnK . JJ W К «2 W v-e(2 V.e«o V-e e e«v-M f если vf mK где к O, 1, 2, ... i irrt - кьэффвдиен дрореживания, крат ный длительности /V весовой функции he низкочастотного фил ра, определяемый отношением ширины опёктра входноххэ сигнал к полосе пропускания фильтра} ., восстановление пр6межу:1 очных отсче- тс® сигнала с выхода низкочастотного фильтра v-J.ng.-L-/- -, f . где - весовая функция интерполятора; квадратурная модуляция, осуществляющая обратный перенос спектра отфильтро ванного сигнала V в область централь- ной частот w , причем первый вычислительвдй такт начинается с записи текущего отсчета входного cHrHajna Xj /v f m + { niodni , поступающего на вход 17, в регистр памяти 7 и текущего отсчета модулируюшей функции в регистр. 5 из блока памяти 1 при исходном состоянии адресного счетчика 3. С открыванием элемента И 13 содержимое регистров : S и 7 подводится к соответствующим плечам умножителя 14. Результат произведения запись вается в регистр памяти 10. В регистр 5 записывается текущий отсчет модулирующей функции jnWgV из блока памяти 1 при соответствующем состоянии адресного счетчика 3. Результат произведения с выхода умножителя 14 затюдвается в регистр 9. По; енные квадратур1й 18 состабляющи© входного сигнала хранятся в регистрах 9 и,1О в течение всего интервала времени, необходимого для их обработки.: Согласно принятой структуре адресации весь объем памяти блока памяти 2 разбит на четыре р1авные части. ячейки памяти внутри каждого з кввщрантов - при помощи адресного счетчика 4 разряшюсти fogg ., Пусть для шссматриваемого момента врёйейи сяетчшс 4 адреса находится в на чапьном : состоянии fti - i , что соо№етствует Г Му промежуточному циклу, кроме того, весовые коэффициенты поступают на вход регистра 5 из блока памяти 1 Последовательность йЗ: вычислительных тактов работы устройства в раякиме ; ;низкочастотной фильтрации Ь прореживанием и восстановления промежуточных от« счетов начинается с вычисления текущего: Эначения промежуточной переменной V и начального з шчения .частичной суммы для текуще го отсчета у ни выходе ан- терполятс1ра.5 Вычислительный такт включает в себя следующую последовательность операций; запарь в регистр S весового коэффициента hu о j23 блока памяти 1 при со .. fi-VmoOia --. , .. |ответствующем состоянии адресного счётчика 3;; . запись в регистр 7 Ps.r, из -ччейки памяти блока памяти 2; умножение содержимого регистра 5 на; содержимое регшзтра 10 при открывании элемента И 13;

В конце рассматриваемого вычислительного тайга на вход адресного счетчика 4 подается управляющий импульс и в соот ветствии с принятой системой адресации в :следующем вычислительном такте с №ixo« 5 да блока памяти 2 последовательно пере- .записывается в регистр 7 числа

R ivrb j i-5b VHi-i)mb

запись произведения с выхода умножителя 14 в регистр 8;

перезапись содержимого регистра 7 в регистр 6;.

сзгммированиё содержимого регистров6 и 8 на комбинационном сумматоре 15;

запись полученной суммы в ячейку памяти блока 2 памяти;

запись в оегистр 7irntY j из ячейки памяти блока памяти 2;

умножение содержимого регистра 5 на содержимое регистра 9 при открыва ннй элемента И 13;,

запись произведения JmCWy tiVmodnj q выхода умножи еля 14 в регистр 8;

niepeaanBcfe содержимого регистра 7 в регистр 6;.

суммирование содержимого регистуюв 6 и 8 на комбниадионНом сумматоре 15;

запись полученной суммы в ячейку памяти блока 2 памяти;

запись в регистр 7 числа из ячейки памяти 2 TfTi блока памяти 2;

умножение содержимого регистра 5 на содержимое регистра 7 при открывании элемента И 13;f :

запись ПрОИЗВеДеНИяЬе ГVJM:«.1то ТНн-УтвЛя

с выхода умножителя 14 в регистр 8;

установка в нуль регистра 6;

суммирование содержимого регистров 6 и 8 на комбинационном сумматоре 15;

запись полученной суммы в регистр

Л1; : - . ,;-.

запись в регистр 7 числа из ячейки памяти- -i блока памяти 2; умножение содержимого регистра 5 на содержимое регистра 7 при открывании элемента И 13;

запись произведения im 1)н,„1 hw-vniodm с выхода умножителя 14 в регистр 8;

установка в нуль регистра 6;

сук1мирование содержимого регистров 6 и 8 на комбинационном сумматоре 15;

запись полученной суммы в регистр 12 Однсюременно в регистр 5 из блока 1 ца мяти записывается весовой коэффициент

wrm-Vmodm.vP результате выполнения последовательности операций 1-13 в ячейках памяти / - i 1 и 3 - i « 1 записываются новые значения действительнрй и мнимой частей промежуточной перемен-. ной соответствующие paccMaTptmaемому моменту времени. В последующей последовательности операций 14-25 для всех вычислительньгх тактов tO вмео то установки в нуль регистра 6 выполня;ются следующие операции:

перезапись содержимого регистра 11 в регистр 6;

: перезапись содержимого регистра 12 в регистр 6. В этом случае в результате выполнения последовательности операций 14-25 в регистрах 11, 12 записываются соответственно действительная и мнимая части нового значения частичной суммы - --,

V.

V.il w-Vrnft m ) N-m-V™ xin,

По бкончарии последнего вычислительного такта - вадчислешл и записаны в соответствующих ячейках памяти блока паШги 2 текущие значения воёх промежуточш 1х перёмеНтдх , а в регистpax 11, 12 записаны соответственно дей-ствителыная и мнймая частв текущего значения восстшавлшаемого сигнала Vy на выходе интерполятора.

В заключительном вычислительном такте выполняется к8iaдpaтypнaя модуляция сигнала V;, . С этой целью в Е ЫЧИСЯИтельном такте -/ действительная и мнимая часта текущего значения сигнала , получешаде на выходе комбинационного сумматора 15, параллельно с записью в регистрь 11, 12 записываются в регист ры 9, 10. Завершающий вычислительный такт открывается записью в регистр 5 из блока памяти 1 текущего отсчета модулирующей функции Cos WsjV- Одновременно открывается элемент И 13 н на соответ;СтвующиЙ вход умножителя 14 прддаодится содержимое регистра 10В еСУуЗ, Полученное произведени.е/йеСУо IcosS jV с выхода умножителя 14; записыёается в регистр 8. Регистр 6 устанавливается в нулевое cocrosraae, а содержимое регистра 8 перезаписывается через комбинационный сумматор 15 в регистр 11. При открывании элемента И 13 содержимое регистра 9 Т С /Зподается на соответствующий вход умножителя 14, на второй вход которого подается текущий отсчет модули рующей функции , записанный в регистр S. Полученное произведение sinWoV с выхода умножителя 14 записывается в регистр 8. Одновременно содержимое регистра 11 перезаписывается в регистр 6. Текущее знйЧение выходного сигнала фильу- . - - - ---: . Re J COS w I f v|j Sm с выхода комбинационного сумматора 15, : записывается во входной регистр цифроайалового преобразователя 16. ,зование предложенной структурной реализасйи приводит к у1«4еньшению объема оперативной памяти и числа арифметических .операций на один входной отсчет в сравнении с обычным вьшолненивм операции свертки в раз, где т - коэффициент прореживания от- счётйв входного (Э(ла йнтерподатора, /определяемый отйошение у игирины спектра вхошк 1го сигнала фильтра к полосе его , пропускания. Таким образом, рассматриваемый алгоритм фильтрации наиболее эффективен при с1Штеэе узкополосных фильтров с ко- нечной длительностью весовой функции. Кроме того, введение структура с квадра турной модуляцией позволяет озёЪтизадачу синтеза полоожых фильтров к синтезу соответствующего низкочастотного фильтра, 1ФИ этом обеспечивает легкуй iiepeстройку фильтра по центральной частоте полосы; пропускания. Формула изобретения Цифровой полосовой фильтр с конечной длительностью весовой функции, содержащий первый и второй блоки памяти, пер вый и второй адресные счетчики, регистры, элемент И, умножитель,, сумматор и аналого-цифровой преобразователь, причем первый вход первого блока памзати соединен с информационным входом устройства, второй вход - с выходом первого айресного счетчика, а выход - со входом первого регистра, выход которого соединён с первым входом умножителя, второй вход умножителя соединен с выходом элемента И, а выход - с входом второго регистра, вйход которого соединен с первым входом сумматора, выход второго адjpecHoro счетчика подключен к пертому 1вх6ду второго блока памяти, выход KOTOрого соединен со входом третьего регистра, выход третьего регистра соединен с пёреьгмн входами эпемаяга И и чеувертснр Sx3 регистра, выход которого соединен с вторы м входс л суммагора, сумматора соединен со входом аналого ифрового преобразователя, выход поспйднего является информационЕвдм выходном устройства, о тли чающийся тем, что, с целью упрощения фильтра в нетю введем ны ПЯ1МЙ, щестоЙ, седьмой и вдсьмой регистры , причем шдход сумматора соединён с входами пятого и шестого рвГйСт)Еюв, со вторым ВТОрОЗРО бЛО1С | ИхаЙЗТЁ к с nepKjMH вхОда.11и седьмого в вЬсьмом го регистров, вывода которых пбдкласЛвittbi соотвегствевдо к третьему и чвувер тому входам эпемакта И, вьххояи ЕЩТОГО и шестого регистре совдиаени cpoieei сзюенно 00 BTOibiM и третьим вхойййи чет вергогб региег ра, а jatopbie бходы сёщыло 1чэ и врсд.Шгё jserHc ipp B поШслшееЕы к выходу уййояей1 1я,В1 |ыёвхошя третье го и регисггюв подилючены к информацйов1 Ш исодам устройства, ИС1ЧЭЧНШИ шформедии, при 1штые внимание 1ф1 Мспертизе 1. Б, Голд, И, РэДдерЩ ювая обработка сигаалов, М., Советское радио , 1973. / 2. Авторское свидетельство 516043, кл. О 06 I 15/36, 1976,

18 4L

т /tf