Цифровой полосовой фильтр Советский патент 1981 года по МПК H03H17/06 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано на входе цифрового анализатора спектра в виде гребенки полосовых 4 1льтров для расшн рения частотного диапазона анализатора; при проектировании высокочастотных систем текущей индентификации нестацйонармных динамических инфранизкочастоткых объектов; в системах обработки радио- локационных, акустических и гидроакустических сигналов. Известны полосовые фильтры д, содержащие сумматоры, счетчики, регистры, элементы и блок памяти, весовая функция такого фильтра имеет вид Реализация цифрового фильтра в этом случае требует память значительного объема и высокого быстродействия, и при реализации перестраиваемого по по- лосе фильтра необходимо дополнительное i увеличение памяти и времени на формирование весовых коэффициентов кратное числу перестроек. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является цифровой фильтр, содержащий сум. матор, счетчики, регистры, матричный блок умножения-деления, блок памяти весовых коэффициентов, блок памяти входных отсчетов, первый и второй блоки элементов И, причем выход первого счетчика соединен со входом первого сумматора, прямой выход которого соединен с первым входом первого блока элементов И, а инверсный - с первым входом второго блока элементов И, выходы блоков элементов И подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умноженвя-аеления, выход которого соединен с входом второго сумматора, выход второго счетчика соединен с первым входом блока памятв весовых коэффициентов, выход которого подключеа 38 Ко входу первого регистра, выход первого регистра соединен со вторым входом первого блока элементов И, первый вход. 5лока памяти входных отсчетов соединен с выходом третьего счетчика, второй вход - с выходом второго регистра, а выход - со входом третьего регистра. Вход первого счетчика и второй вход первого сумматора являются управляющими входами фильтра, а второй вход третьего регистра - информационным входом фильтра l2l. Недостатком этого цифрового фильтра в случае перестраиваемой полосовой фильтрации с прямоугольной амплитуцно-частотной характеристикой, когда чис ло единичных частотных отсчетов в полосе пропускания (или число единичных взвешивающих амплитуд 8 1) более шести, является его недостаточное быстродействие как в режиме генерирования весовых коэффициентов, так и в режиме фильтрации. Цель изобретения - повышение быстро действия цифрового полосового фильтра. Поставленная цель достигается тем, что в фильтр введены дополнительно блок Памяти входных отсчетов, регистры, сум Матор, счетчик, причем первый вход дополнительного блока памяти входных отсчетов соединен с выходом первого допол нительного регистра, второй вход - с вы ходом дополнительного счетчика, а выход с первым входом первого и входом второго дополнительных регистров, выход третьего регистра соединен со входом второго регистра, со вторым входом первого дополнительного регистра и с первым входом дополнительного суммато ра, второй вход которого соеаинен с выходом второго дополнительного регистра, выход дополнительного сумматора подклю чен к третьему входу матричного блока умножения-деления, выход которого соед нен со входами третьего, четвертого и пятого дополнительных регистров, выход третьего дополнительного регистра соецинен со вторым входом второго блока элементов И, а выходы четвертого и пятого дополнительных регистров соединены с третьим и четвертым входами первого блока элементов И соответственно, выхо второго сумматора соединен с третьим входом второго блока элементов И, со вторым входом блока памяти весовых коэффициентов и с выходом фильтра. На чертеже представлена блок-схема цифрового полосового фильтра. 3 Фильтр содержит счетчики 1-3, дополительный счетчик 4, сумматоры 5 и 6, ополнительный сумматор 7, регисгры -10, дополнительные регистры 11-15, локи 16 и 17 элементов И, блок 18 уможения-деления, блок 19 памяти весовых оэффициентов, блок 2О памяти входных тсчетов, дополнительный блок 21 памяи входных отсчетов. Устройство работает в двух режимах: генерирование весовых коэффициентов полосовая фильтрация. Вычисление весовых коэффициентов стройством можно осуществлять в вице 11 П с.05т)рП , где р и CJ, - порядковые номера единичных частотных отсчетов, соотвегсгву- ющие нижней и верхней частотам полосы пропускания; М - число единичных частотных отсчетов внутри полосы пропускания; a)o( - относительная основная частота при периоде квантования, Однако устройство вычисляет весовые коэффициенты быстрее в виде следующей симметричной дискретной функции, которая получается в результате преобразований ряда (1) влп() COSUi n fl СХ), где {sjj,v3(jUQ - средняя частота полосы пропускания ЦФ. При этом дискретные значения синусоидальных и косинусоидальных сигналов -и частоты вычисляются по формулам (. NU; -. шоП l х- 1 . -) Ь 51П (--1) --(M-1- Н)«(- . |-)(.-M.) (г,5) где г - текущий номер дискреты} - емкость числовой линейки вычислителей; 1C - целая часть отношения целая часть отношения mn -у и/2. 2ГЛ

П-|Ь тгт-1 ив (З.а) и (л % (Ъ5}

OL . )5 - масштабный коэффициент.

Для формирбвания Ь необх одимо вычислять цискреты синусоицальных сиг-,

налов частот cDo/2. o/Z гае , также косинусоидального сигнала частоты ,, ,() .. - С- 2 О

(при максимальном значении .( и минимальном - Р О).

Принцип работы устройства в режиме генерирование весовых коэффициентов заключается в следующем.

Число счетчика 1 - номер дискреты, деленный на два ( n/cj. ) добавляют в обнуленный импульсами Т накапливающий сумматор 5 по цепи перезаписи, т. е. а числовой линейке сумматора образуется величина J- , tri 1. Прямой и обратный ее коды через первые входы блоков 16 и 17 поступают на матричный блок 18. Результат перемножения, являющийся дискретным значением сигнала

U-sin,

(4)

записывается в регистр 15. Далее путем N -кратного добавления числа счетчика в сумматор 5, где ,-p-H принимает значение от 1 до К , формируется фаза, а затем путем умножения и сам отсчет синусоидального сигнала

Hffiofl

bsH-i:), (5)

который записывается в сумматор 6. После этого в сумматоре 5 формируется число (о) I вычисляется дискретное значение косинусоидального сиг- нала. r(q,P) -. J, ,-, (6)

L h L U«. о,, ,

, со5сг)-П

ксЯРорое записывается в регистр 14. Затем отсчеты (5) и (4) через соответствующие входы блоков 16 и 17 подаются на блок 18, который выполняет операцию деления.Результат деления

9i4N)

S.n ()

П

записывается в регистр 13.

Вслед за этим с помощью блока 18 происходит умножение этого результата на дискретный отсчет (6) и результат умножения - г -Л весовой коэффициент - записывается в сумматор6, а затем в блок 19 по адресу, установленному в реверсивном счетчике 2.

Одновременно с формированием весов коэффициентов в устройстве происходит последовательная запись отсчетов входного сигнала X,.n} V,y,..., в блок 20 памяти (с помощью адресного счетчика 3 и регистров 9 и 10) и отсчетов Х.J Х.|.,,...,х.- в блок 21 памяти (с помощью ревцосивного адресного счетчика 4 и регистров 11 и 12 памяти, текущий входной

отсчет запоминается в регистре 10 памяTk.

Режим палосовая фильтрация. Вычисление свертки входных отсчетовХ и весовых коэффициентов lip (2) выпол няется путем использования симметрии весовой функции, согласно выражениям

Я-1

.,r-,(-A-tA. )

Вычисления начинаются счигьшанием весового коэффициента hg из блока 19 памяти в регистр 8. Одновременно вход-

ной отсчет считывается из блока 21 памяти в регистр 12. Затем осуществляется суммирование входных отсчетов комбинационным сумматором 7 и последующее вычисление

произведения 11д.(у t )( f() в блоке 18, при этом весовой коэффициент п. подается в блок 16.

Представление памяти отсчетов входного сигнала Б виде двух блоков входных отсчетов,общая емкость которых равна блоку памяти входных отсчетов известного цифрового нерекурсивного фильтра, введение при этом дополнительно двух регист ров 11 и 12, реверсивного адресного счетчика 4 и комбинированного сумматора ра 6, а также использование при вычислении свертки симметрии весовой функции ЦФ, позволяют Повысить быстродействие предлагаемого цифрового полосового фильтра в два раза в режиме полосовая

фильтрация и генерирование весовых к оэффиц ненг ов.

Формула изобретения

50

полосовой фильтр, содержащий сумматор, счетчики, регистры, матричный блок умножения-деления, блок памяти весовых коэффициентов, блок памяти вкодаых отсчетов, первый и второй блоки элементов И, причем выход первого счетчика соедвнен со входом первого сумматора, прямой выход которого соединен с

первым входом первого блока элементов И, а Инверсный - с первым входом второго блока элементов И, выходы блоков элементов И подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умножения-деления, выход которого соединен со входом второго сумматора, выход второго счетчика соединен с первым входом блока памяти весовых коэффициентов, выход которого пoцключe ко входу первого регистра, выход первого регистра соединен со вторым входом первого блока элементов И, первый вход блока памяти входых отсчетов сое- динен с выходом третьего счетчика, второй вход - с выходом второго регистра, а выход - со входом третьего регистра, вход первого счетчика и второй вход первого сумматора являются управляю- щими входами фильтра, а второй вход третьего регистра - информационным входом фильтра, отличающий- с тем, что, с целью повышения бьютроцействия, в фильтр введены дополнительно блок памяти входных отсчетов, регистры, сумматор, счетчик, причем павый вход дополнительного блока памяти входных отсчетов соединен с выходом первого дополнительного регистра, второй вход - с выходом дополнительного счетчика, а выход - с первым входом

первого и входом второго дополнительных регистров, выход третьего регистра соединен со входом второго регистра, со вторым входом первого дополнительного регистра « с первым входом дополнительного сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго дополнительного регистра, выход дополнительного сумматора подключен к третьему входу матричного блока умножения-деления, выход которого соединен со входами третьего, четвертого, и пятого дополнительных регистров, выход третьего дополнительного регистра соединен со вторым входом второго блока элементов И , а выходы четвертого и пятого, дополнительных регистров соединены с третьим и четвертым входами первого блока элементов И соответственно, выход второго сумматора соединен с третьим входом второго блока элементов И, со вторым входом блока памяти весовых коэффициентов и с в 1ходом фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 466499, кл, Q 06 F 1/02, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 516О43, кл. Q 06 F 15/36, 1975 (прототип).