Режекторный синхронный фильтр Советский патент 1981 года по МПК H03H11/00 

I

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при обработке электрических сигналов на фоне непериодических импульсных помех с дроизвольной и постоянной формой импульсов, перекрывающихся и не перекрывающихся во времени, а тазхже периодических помех..

Известен режекторный синхронный фильтр, содержащий последовательно соединенные первый-ключ и резистор, N параллельных цепей, соединенных с резистором, при этом каждая цепь выполнена в виде последовательно соединенных ключа и конденсатора, первый сумматор, выход которого является выходом фильтра, и генератор .управляющих импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам ключей 1} .

Однако известный режекторный синхронный фильтр не подавляет случайные импульсные помехи с произвольной и медленно меняющейся формой импульсов, перекрывающихся и неперекрывающихся во времени.

Цель изобретения - подавление случайных импульсных помех с произвольной и медленно меняющейся формой импульсов, перекрывакяцихся и неперекрываю1 щхся вовремени.

Для достижения этой цели в режекторный синхронный фильтр, содержащий последовательно соединенные первый

10 ключ и резистор, N параллельных цепей, соединенных с резистором, ттри этом каждая цепь выполнена в виде последовательно соединенных ключа и конденсатора, первый сумматор, вы15ход которого является выходом шльтра, и генератор управляющих импульсов, выходы которого подключены к управлякяцим входам ключей, в него введены N дополнительных ключей, входы котоМрых подключены к месту соединения ключей и конденсаторов основных N параллельных цепей,, дополнительный генератор управляющих импульсов, выходы которого соединены с управляю1циш1 входами Н дополнительных ключей, два элемента совпадения и второй суммато при этом первый и второй сумматоры выполнены на операционных усилителях неинвертирующие входы которых соедидинены со входом фильтра, инвертирующие - с выходами N дополнительных ключей, выход второго сумматора подключен к входу первого ключа,первые входы первого и второго элементов совпадения соединены соответственно с прямым и инверсным выходами генератора управляющих импульсов, вторые - объединены и подключены к выходу канала синхронизации, выходы первого и второго элементов совпадения подсоединены к входам запуска соответственно основного и допол1штельного генераторов управляющих импульсов, кроме того первый вход второго элемента совпадения соединен с управляющим входом первого ключа, а резистор соединен с инвертируюищм входом первого сумматора. На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного фильтра. Режекторный синхронный фильтр содержит N параллельных цепей l-l-l-N выполненных в виде последовательно соединенных ключа 2 и конденсатора 3,генератор 4 управляющ11х импульсов, первый и второй элементы совпадения 5,6 соответственно,N дополнительных ключей 7, дополнительный генератор 8 управляющих импульсов, первый ключ 9 первый и второй сумматоры 10, 11 соответственно, резистор 12. Фильтр работает следующим образом На вход фильтра поступает аддитив ная смесь полезного сигнала и непери одической импульсной помехи. Допустим, что в начальный момент времени импульсы помехи отсутствуют.. Все ключи 2 и дополнительные ключи 7находятся в закрытом состоянии, так как генератор 4 и дополнительный 8находятся в ждущем режиме и не вырабатывают упра вляющие импульсы. Пер вый ключ 9 также находится в закрытом состоянии, так как он переключае ся напряжением, которое вырабатывает ся в генераторе 4 и управляет длительностью его работы. С дополнительного инверсного выхода генератор 4 на 0|дин из входов первого элемента совпадения 5 подается напряжение,про тивоположное управляющему напряжению. „„1 Входной сигнал через первый сумматор 11 непосредственно проходит на выход фильтр а. Предположим, что в момент t, появляется импульс помехи, в этот же момент на один из входов каждого из элементов совпадения 5 и 6 из канала синхроьшзации поступит импульс. Предполагается, что имеется априорная (информация о времени появления импульсов помех на основе предварительного анализа источника помех, или эта информация поступает с порогового устройства, при превышении амплитуды импульса помехи определенного порого- вого уровня. В рассматриваемый момент срабатывает первый элемент совпадения 5, так как на его другой вход было уже подано инйерсное управляющее напряжение с генератора 4. На выходе первого элемента совпадения 5 появляется импульс, который запускает основной генератор управляющих импульсов 4. В этом генераторе формируется напряжение, управляющее длительностью его работы и которое с дополнительного прямого выхода генератора посту пает на второй элемент совпадения 6 и. на управляющий вход первого ключа 9, переводя его в открытое состояние. Одновременно генератор 4 начинает вы рабатывать на своих N выходах серию из N импульсов, которые поступают на управляющие Входы ключей 2, всех параллельных цепей 1-1-1- N для поочередной коммутации N конденсаторов 3. Ключи 2 осуществляют временную дискретизацию входного напряжения, поступающего на них через второй сумматор 11 и открытый первый ключ 6. Каждый из N конденсаторов 3 поступает своя временная дискретная выборка входного напряжения.Напряжение на каждом из N конденсаторов 3 успевает измениться лишь на малую долю мгновенного значения входного напряжения, какое последнее принимает в . моменты коммутации данного конденсатора. Дпя упрощения, объяснения прин ципа работы режекторного синхронного, фильтра предположим, что сначала на вход фильтра подавалась аддитивная смесь полезного сигнала и помехи с неперекрывающимися во времени- импульсами. При поступлении каждого импульса помехи запускался генератор 4 и происходила временная дискретизация вхо нога напряжения. После многократного подключения на конденсаторах 3 установятся напряжения, равные средним от мгновенных значений соответствующих временных выборок, т.е.. напряжение rtoMex накапливается на конденсаторах 3. Напряжение полезного сигнала, при сутствующее в выборках входного на- пряжения, в одни моменты подключения заряжает соответствующие конденсатор в другие моменты подключения разряжа ет их. В результате многократного по ключения на конденсаторах устанавливаются усредненные значения напряжения полезного сигнала, близкие к нулю, так как уровни полезного сигнала в выборках меняются по случайному за кону и при усреднении стремятся к ну лю, т.е. полезный сигнал на конденсаторах не накапливается. Таким образомi при появлении импульсов помехи на неинвертирующий вход первого сумматора 10 поступает аддитивная смесь полезного сигнала и помехи, а на инвертирующий его вхо поступает накопленное напряжение помехи. Первый сумматор 10 выполняет операцию вычитания из суммарного входного напряжения - напряжение помехи, накопленной на конденсаторах 3. В. результате этого на выход фильт ра проходит сигнал без помех. В момент tj , т.е. после окончани действия импульса помехи, генератор 4 выключается и переходит в ждущий режим. Управляющее напряжение снимается с второго элемента совпадения 6 и с управляющего входа первого ключа 9, который переходит в закрытое состояние. Входное напряжение снова проходит непосредственно через первый сумматор 10 на выход 4вшьтра. При выключении генератора 4 инверсное управляющее напряжение подается на один из входов первого эле мента совпадения 5, подготавливая его к срабатыванию от очередного импульса синхронизации. Пусть в момент tj появляется импульс помехи, в этот ,, момент снова срабатывает первый элемент совпадения 5 и своим выходным импульсом запускает генератор 4. Управлякяцее напряжение переводит первый ключ 9 в открытое состояние и одновременно поступает на один из входов второго элемента совпадения 6 Генератор 4 начинает формировать на своих выходах управляющие импульсы. Первый сумматор 10 производит вычитание из- напряжения входной смеси, поступающей на его неинвертирующий вход-напряжение помехи, накопленной на конденсаторах 3 и поступающей на инвертирующий вход. Предположим, что в момент t появляется второй импульс, перекрывающийся во времели с уже поступившим импульсом.В этот момент на один из входов каждого из элементов совпадения 5 и 6 поступает импульс из синхронизации. В рассматриваемый момент срабатывает второй элемент 6, так на его другой вход уже подано управляющее напряжение с продолжающего еще работать генератора 4. На выходе второго элемента совпадения 6 появляется импульс, который запускает дополнительный генератор В. Дополнительный генератор 8 начинает формировать на своих выходах серию из N импульсов для поочередной коммутации накопительных конденсаторов 3, начиная с первого по порядку. С момента появления наложенного импульса помехи работают оба генератора, так что дополнительные ключи 7 начинают очередную коммутацию конденсаторов 3, а ключи 2 одновременно продолжают их дальнейшую коммутацию. Накопленное на конденсаторах 3 напряжение помехи через дополнительные ключи 7 подается на инвертирующий вход второго сумматора 11, который осуществляет предварительное вычитание этого напряжения из входной аддитивной смеси полезного сигнала и суммарного импульса помехи, поступающей на его неинвертирующий вход. Таким образом происходит предварительное вычитание наложенного импульса, который по своей форме совпадает с напряжением, накопленным на конденсаторах 3, так как рассматриваются помехи с произвольной и постоянной формой импульсов. в результате предварительного вычитания на конденсаторы 3 через ключи 2 продолжают поступать дискретные выборки входного напряжения, но уже с неперекрывающимися во-времени импульсами помехи, что позволяет запомнить напряжение неналоженного импульса, которое используется для дальнейшего вычитания из входного иадряжения. На неинвертирующий вход первого сумматора 10 поступает полезный сигнал и суммарный импульс помехи, но так как с Конденсаторов 3 через ключи 2 на инвертирующий вход этого . усилителя подается на вычитание накопленное напряжение только от неперекрываиоцихся во времени импульсов, то для вычитания составляющей, созда ваемой наложением импульсов, на его инвертирующий вход дополнительно подается накопленное напряжение, но уж через дополнительные ключи 7.Таким образом, первый сумматор 10 осуществляет вычитание обеих составляющих помехи из входной аддитивной смеси полезного сигнала и суммарного nttпульса помехи. В момент tj , т.е. после око.нчани действия первой составляющей суммарного импульса, генератор 4 выключает ся и переходит в ждущий режим. Управ ляющее напряжение снимается с второг элемента совпадения бис управляннце го входа первого ключа , который переходит в закрытое состояние и отключает канал прямого прохождения входного напряжения на инвертирующий вход первого сумматора 10. При выклю чении генератора 4 инверсное управляющее напряжение подается на один из входов первого элемента совпадения 5, подготавливая ее к срабатыванию от следующего очередного импульса синхронизации. Дополнительный генератор 8 продолжает формировать на своих выходах управляющие импульсы и на инвертирующий вход первого сумматора 10 через дополнительные ключи 7 подается накопленное на кон денсаторах 3 напряжение, которое вычитается из поступающей на неинвертирующий вход первого сумматора 1 аддитивной смеси напряжений полезного сигнала и второй составляющей суммарного импульса помехи, т.е. происходит подавление помех и полезный сигнал проходит на выход фильтра В момент tg , после окончания действия суммарного импульса помехи дополнительный генератор 8 выключает ся и переходит в ждущий режим. В следующие моменты рассмотренные процессы повторяются, т.е. при наличии кеперекрываняцихся во времени импульсов помехи работает только основной генератор 4, а при появлени наложенного импульса в работу подключается и дополнительный генера28тор В. Дпя улучшения работы предложенного режекторного синхронного фильтра входное напряжение необходимо подвергнуть предварительной временной дискретизации с запоминанием, а выходное напряжение для сглаживания пропустить через фильтр нижних частот. Предложенный режекторный синхронный фильтр, при относительной простоте построения, позволяет подавлять непериодические импульсные помехи с произвольной и постоянной формой импульсов, перекрывающихся во времени, что создает дополнительное преимущество по сравнению с известным. Формула изобретения Режекторный синхронный фильтр, содержащий последовательно соединенные первый ключ и резистор, N параллельных цепей, соединённых с резистором, при этом каждая цепь выполнена в виде последовательно соединенных ключа и конденсатора, первый сумматор, выход которого является выходом фильтра, и генератор управляющих импульсов, выходы которого подключены к управляклцим входам ключeЙJ отличающийся тем, что, с целью подавления случайных импульсных помех с произвольной и медленно меняющейся .. Х мой импульсов, перекрывающихся и неперекрывающихся во времени, в него введены N дополнительных ключей, входы которых подключены к месту соединения ключей и конденсаторов основных N параллельных цепей, дополнительный генератор управляющих импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами N дополнительных ключей, два элемента совпадения и второй сумматор, при этом первый и второй сумматоры выполнены на операционных усилителях, неинвертирующие .входы которых соединены со входом фильтра, инвертирующие - с выходами N дополнительных ключей, выход второго сумматора подключен к входу nepBoiV ключа, первые входы первого и второго элементов совпадения соединены соответственно с прямым и инверрным выходами генератора управляющих импульсов, вторые объеданены и подключены к выходу канала синхронизации, выходы первого и второго элементов совпадения подсоединены к входам запуска соответственJHO основного и дополнительного генераторов управляющих импульсов, кроме того первый вход второго элемента совпадения соединен с управляюедим входом первого ключа, а резистор coe-i динен с инвертирующим входом первого сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2580273/18-09, кл. Н 03 Н 7/10, 16.11.78 (про.тотип).