Цифровой узкополосовой фильтр Советский патент 1980 года по МПК H03H17/00 G06F17/10 

1

Изобретение относится к вычислительной технике к может быть использовано в системах обработки радиолокационных, акустических и гидроакустических сигналов.

Извастен цифровой нерекурсн вный фильтр, содержащий устройства суммирования, умножения, квантования l. Он осуществляет полосовую фильтравдю с прямоугольной амллитудно-частотно.й хао жтеоистико (АЧХ) путем вычисления текущей свертки входных отсчетов и весовых коэффициентов. Быстродействие фильтра недостаточное.

Наиболее близким по техническому ре- щению к данному является цифровой полосовой фильтр, содержащий счетчик, сумматоры, регистры, матричный блок умножения-деления, первый и второй блоки элементов И, блок памяти входных отсчетов, выходной накапливающий сумматор и блок памяти весовых коэффициентов, причем выход сметчика подключеч к входу первого сумматора, прямой выход котороГО соединен с входом первого блока элементов И, а инверсный - с входом второ«го блока элементов И, выходы блоков элементов И подключены соответственно к первиму и второму входам матричного блока умножения-деления, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего регистров, выходы первого и второго регистров соответственно соединены со вторым и третьим входами второго блока элементов И, а выход третьеРо регистра соединен со вторым входом первого блока элементов И, блок памяти входных отсчетов, вход которого является информационным входом фильтра, подключен парным выходом к первым двум входам BTOpoixi сумматора ,

Недостатком этого устройства при высокоиабирательной уакополосной фильтрации является большой обьем оборудования из-за наличия блока памяти весовых коэффициентов, а также недостаточное быстродействие при перестраиваемой фильтрации, а именно, при формировании фазы гарадонических функций и при вычислении промежуточных результатов свертки.

Целью наобретення является ; уменьшекие объема оборудования и повышение быстродействия.

Это достигается там, что цифровой уэкополосовой фильтр, содержащий счетчик, сумматоры, регистры, матричный блок умножения-деления, первый и второй блоки элементов И, блок памяти входных отсчетоэ, причем и.1ход счетчика подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с пе рвыми входами элементов И первой груш1 1, а инверсный выход - с первыми входами элементов И вто- рой группы, выходы элементов И первой группы подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умножения-деления, выход которого сбединен с входами первого, второго и третье- го регистров, ыход первого регистра и первый выход второго регистра соединены соответственно со вто{&1ми и третьими входами элементов И второй группы, выход третьего регистра соединен со вторыми входами элементов И первой группы, выходы блока памяти входных отсчетов, вход которого является информационным входом фильтра, подключены соответственно ко входам второго сумматора, управляющие входы счетчика, сумматоров, регистров, элементов И первой и второй групп, блока входных отсчетов соединены с управляющим входом фильтра, содержит четвертый и пятый регистры, причем вход четвертого регистра соединен с третьими входаЫ1И элементов И первой группы, вход пятого регистра подключен к выходу первого сумматора и к выходу фильтра, и выход пятого регистра подключен ко вто- рому входу первого сумматора, третий вход которого соединен с выходом матричного блока умножения-деления, выход второго сумматора соединен со вторым входом третьего регистра, второй выход второго регистра подключен к четвертому входу элементов И первой группы, управляющие входь четвертого и пятого регистров соединены с управляющим входом фильтра.

Блок-схема фильтра представлена на чертемсе. Фильтр содержит счетчик 1, сумматоры

2| 3, группы элементов И 4, 5, матричный блок 6 умножения-деления, регистры 7, 8, 9, 10, 11, блок 12 памяти входных отсчетов, информационный вход 13, выход 14, управляющие входы 15.

Работа устройства заключается в циклическом вычислении выходных отсчетов. Каждый выходной отсчет образуется за период квантования определяющий цикл вычисления, который состоит из вычислительных тактов. Вычислительный такт включает подтакт вычисления текущего весового коэффициента П ( и подтакт образования промежуЛчной суммы свертки.

Весовые коэффициенты образуются согласно следующей четной функции:

(.cy-tp) vx ----CJU - средняя частота погде (JU

лосы пропускания фильтра; N - текущий номер дискреты р и с, - порядковые номера единичных частотных отсчетов, соответствующих нижней и верхней частотам полосы пропускания; UJg - относительная основная частота при периоде квантования 1,

L оП

0)0 П 2 Sin(N

N.iM

где N - число единичных отсчетов внутри полосы пропускания; Нц - номированная весовая функция низкочастотного фильтра. При этом дискретные отсчеты синусоидального и к синусоидаль- ного сигналов частоты вычитаются согласно следующим выражениям .

ППП (.. . УПП V.

ти;оП

Ь51« - -- 1С-ОТ1

Hv(f-(f-M -)uo.

где ГЛ - емкость числовой линейки вы:числителей;

К - целая часть отнощения

t - целая часть отношения

mii-mn-KfA-, wi vnrv-ew

2

- масштабный коэффициент, -tt 3

Полосовая фильтрация выполняется устройством путем вьписления за полный цикл модернизированной свертки вида .

АЛ|2-(

,Сх,-).

V.,-- И tl

и Л-и -v-m- n -V vi-0

х V ч

(2

Работа фильтра при вычислении весого коэффициента заключается в следукяц Текущий номер дискреты, деленный на два, образованный управляющими импульсами в счетчике 1, записывается в обнуленный тем же импульсами сумматор 2,. Прямой и обратные коды величины, находящийся в сумматоре 2, поступают соответственно через элементы И 4 и 5 на матричный блок б умножения-деления. Вычисленный согласно левой части выражения (3) отсчет записывается в регистр 7. Одновременно величина N записывает ся в регистр 10 по его управляющему входу. Затем Лильто выполняет умножение чисел N и -У- / которые подаются соответственно через элементы И 4 и 5. Величина . после своего образования записывается в регистр 8, Далее прямой и обратный коды этой величи-ны подаются в блок 6 соответственно через элементы Й 4 и 5, и полученное произведение (З), представляющее собой отсчет, записывает ся в сумматор 2. Затем блок 6 умножения-деления начинает выполнять операцию деления, при этом функция числителя поступает на блок 6 через элемент И 4, а функция знаменателя с регистра 7 - чере элемент И 5. Результат деления подается в регистр 9, при этом осуществляется сдвиг информации на соответствующее чис ло разрядов, емкость которых определя- ет число N (кратное двум), т.е. осущест вляется нормировка на Ь1 весового коэффициента фильтра согласно формуле (2). Одновременно обнуляется сумматор 2. Вслед за этим по управляющему входу в ре гистр Ю подается величина (), которая записывается в этот регистр. Одновременно величина -д- подается со счетчика 1 в сумматор 2. Затем блок 6 вычисляет значение , которое записывается в сумматор 2 и добавляется в сумматор величина -у Вслед за этим подаются прямой и обратные коды полученной величины - + - на блок 6 через соответствующие элементы И и вычисляется отсчет согласно левой части выражения (За). Далее производится запись этого отсчета в регистр 7, а затем осуществляется умножение на li при котором отсчет синусоидального сигнала подается в блок 6 из регистра 7 через элемент И 5, а 1i из регистра 9 через элемент И 4. Полученный весовой коэффициент записывается в регистр 8. Одновременно с последним умножением в блок 12 памят1 входных отсчетов записы вается величина X по информационному входу 13 фильтра, и считывается из блона 12 памяти отсчет .Затем вычисляется сумма этих отсчетов сумматором результат записывается в регистр 9, Сумматор 2 обнуляется. Одновременно вычисляется произведение л))-..-° при этом Пу поступает через элемент И 5 с регистра 8, а сумма отсчетов с регисграЭчерез элементы И 4. Далее проиа- ведение добавляется в сумматор 2, а затем полученная промежуточная сумма свертки (5) записывается в регистр 11. Далее вычисляется весовой .коэффициент и в предыдущем такте. Затем обраауется произведениеh., во время вычисления которого в сумматор 2 записывается величина кз регистра 11, к которой добавляется указанное произведение, и промежуточная сумма свертки записывается после своего образования в регистр 11. Такие вычисления продолжаются - тактов, В последнем такте образуется выходной результат, который выдается с сумматора 2 на выход 14, Формула изобретения Цифровой узкополосовой фильтр, жащий счетчик, сумматоры, регистры, матричный блок умножения-деления, группы элементов И, блок памяти входных отсчетов, причем выход счетчика подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, а инверсный выход - с первыми входами элементов И второй группы, выходы элементов И первой и второй группы подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умножения-деления, выход которого соединен с входами первого,вто- рого и третьего регистров, выход первого регистра и первый выход второго регистра соединены соответственно со вторыми и третьими входами элементов И второй группы, выход третьего регистра соединен со вторыми входами элементов И первой группы, выходы блока памяти: входных , отсчетов, вход которого является информационнь М входом фильтра, подключены соответственно ко входам второго сумматора, управляющие входы счетчика, сумматоров, регистров, элементов И первой и второй групп, блока памяти входных отсчетов соединены с управляющим входом фильтра, отличающийся тем,

что, с целью повышения быстродействия, в него введены четвертый и пятый регистры, причем вход четвертого регистра соединен с третьими входами элементов И первой группы, вход пятого регистра подключен к выходу первого сумматора и к выходу фильтра, выход пятого регистра подключен ко второму входу первого сумматора, третий вход которого соединен с выходом матричного блока умножения-деления, выход второго сумматора соединен со BTOfbiM входом третьего регистра, второй выход второго регистра подключен к четвертым входам элементов И первой группы, управляющие входы четвертого и пятого регистров соединены с управляющи входом фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР NJ 516043, кл. G 06 F 15/36, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке Mt 2361354, кл. Q Об F 15/34, 1976 (прототип).