Фильтр сбоев Советский патент 1982 года по МПК G06F11/24 H04L1/00 

С) ФИЛЬТР СБОЕВ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для фильтрации сбоев в сигналах датчиков первичной информации, либо, когда эти сигналы образуются накоплением за определенный интервал, либо, когда датчики опрашиваются в дискретные моменты времени.

Известны фильтры, позволяющие лик-,д видировать влияние сбоев во входной информации, но эти фильтры не обеспечивают достаточней надежности исправления сбоев .

Наиболее близким к предлагаемому 15 является фильтр сбоев, реализующий способ мажорирования со стробированием, содержащий два коммутатора, три запоминающих устройства четыре сумматора, мажорирующее устройство 20 и генератор тактовых импульсов. Три выхода первого коммутатора через запоминающие устройства соединены с, входами второго коммутатора, четыре

выхода которого через сумматоры, а .пятый непосредственно, подсоединены к входам мажорирующего устройства На вторые входы сумматоров подают постоянные величины попарно, равные друг другу по величине и противоположные по знаку. Всеми блоками фильтра сбоев управляют при помощи соединенного с ним генератора тактовых импульсов 2.

Известный фильтр сбоев работает следующим образом. При помощи перво го коммутатора и трех запоминающих устройств фиксируют значения входного сигнала в конце трех последоват тельных тактов. При помощи второго коммутатора и четырех сумматоров формируют следующие величины, подле :гащие дальнейшей мажоритарной обработке: значение входного сигнала в конце третьего тракта, значение входного сигнала в конце второго |такта, .увеличенное на постоянную величину А, значение в.ходного сигнала 8 конце второго такта, уменьшенное на ту же величину, значение входного сигнала в конце первого такта, увеличенное на простоянную величину В, значение входного сигнала в конце первого такта, уменьшен ное на ту же величину. Номер тактов возрастает с увеличением времени. Пары преобразованных сигналов 2 и 3, а также k и 5 составляют два стро ба. При медленном изменении входного сигнала, малых посрешностях источни и при отсутствии сбоев медианой является последнее значение - сигнал передается фильтром без запаздываний и искажений . При появлении i одиночного выброса смещаются или од последнее значение или обе границы одного из стробов. В обоих случаях отклонение выходного сигнала медиа ны) ограничивается величиной строба Эффективность фильтрации известного фильтра определяется выбором величин стробов А и В, С одной стороны, необходимо, чтобы при мак симально возможной скорости изменен входного сигнала последующее его зн чение не выходило за пределы обоих стробов. Этим определяется верхняя граница при выборе величин . С другой стороны, величинавыбросов в выходном сигнале при наличии сбоя пропорциональна значению стробов и поэтому их следует выбирать возмЬжно меньшими. . Постоянство величины стробов в И вестном фильтре сбоев существенно снижает эффективность фильтрации. , Действительно, при малых скоростях изменения входного сигнала величины стробов оказываются неоправданно большими и соответственно увеличиваются по сравнению с достижимыми выбросы вы одного сигнала, вызванные сбоями. Цель изобретения - повышение эффективности фильтрации. Поставленная цель достигается те что в фильтр сбоев,содержащий два ком мутатора, три запоминающих устройства, четыре сумматора, мажорирующее устройство и генератор тактовых импульсов, первый, второй, третий,чет вертый , пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с упра ляющими входами первого и второго коммутаторов, первого, второго и третьего запоминающих устройств и мажорирующего устройства, информационный вход первого коммутатора является входом устройства, первый, второй и третий выходы соединены соответственно с входами первого, второго и третьего запоминающих уст- ; ройств, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами второго коммутатора,первый выход которо го соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, второй выход соединен с первыми входами третьего и четвертого сумматоров, выходы первого, второго, третьего и четвертого сумматоров соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами мажорирующего устройства, пятый вход которого соединен с третьим выходом второго коммутатора, выход мажорирующего устройства является выходом устройства, седьмой выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, введены третий и четвертый коммутаторы, четвертое и пятое запоминающие устройства и пятый сумматор, причем шестой выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющим входом третьего коммутатора, информационный вход которого соединен с выходом мажорирующего устройства, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами четвертого и пятого запоминающих устройств, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым информационными входами четвертого коммутатора, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с управляющими входами четвертого и пятого запоминающих устройств, четвертого коммутатора и пятого сумматора, первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами пятого сумматора, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого сумматоров. На чертеже приведена блок-схема фильтра сбоев. Фильтр сбоев состоит из четырех коммутаторов I-, пяти запоминающих устройств 5-9 пяти сумматоров 10-1, 5 мажорирующего устройства 15 и генератора 16 тактовых импульсов.Входом фильтра является информационный вход коммутатора 1, а выходом - выход ма жорирующего устройства 15. Выходы коммутатора 1 через запоминающие устройства 5-7 соединены с входами коммутатора 2. Первый выход коммута тора 2 через сумматоры 10 и 11 под ключен к первым двум входам мажорирующего устройства 15, второй выход коммутатора 2 через сумматоры 12 и 13 соединен с третьим и четвертым входами мажорирующего устройства 15 пятый вход которого соединен с трет им выходом коммутатора 2. Выход мажорирующего устройства 15 соединен с информационным входом коммутатора 3,два выхода которого через запоминающие устройства 8 и 9 подключены к информационным входам коммутатора 4,выходы которого соединены с входа ми сумматора k: Выходы этого сумматора подключены к вторым входам сумматоров 10-13. Все блоки соединены с генератором 16 тактовых импульсов,при помощи которого производят управ ление работой фильтра. Коммутируя входной сигнал при помощи первого коммутатора 1, в запоми нающих устройствах 5-7 фиксируют зна чения входного сигнала в трех последовательных тактах. При помощи второго коммутатора 2 на первые вхот ды первого и второго сумматоров 10 и 11 подают входной сигнал, зафиксированный в первый из трех моментов времени, на пятый вход мажориру ющего устройства 15. - входной сигнал зафиксированный в третий момент времени, а на первые входы третьего и четвертого сумматоров 12 и 13 - вход ной сигнал, зафиксированный во второй момент времени. На выходе мажорирующего устройства 15 получают медиану пяти величин, поданных на входы этого блока. Эти величины,относящиеся к первому и второму моменту времени, фиксируют при помощи третьего коммутатора 3 и четвертого, и пятого запоминающих устройств 8 и 9- При помощи сумматооа И получают величины- - I Кд, -jUz-U |Кд; (h.-, где LL и Uj - значения сигналов, относящиеся соответственно к второму и первому моментам времени; KQ, К постоянные коэффициенты. 16 Полученные величины подают на вторые входы первого, второго, третьего .и четвертого сумматоров 10-13 и используют их в качествестробов. Стробы, образованные для фильтрации сбоев, в отдичие от известного устройства, имеют не постоянную величину, а изменяются в зависимости от скорости нарастания С или убывания) фильтрированного сигнала на интервалах времени, предшествующих данному замеру.-Для этого сигналы, полученные в определенные моменты времени, направляют в четвертое и пятое запоминающие устройства 8 и 9. Эту функцию выполняет третий коммутатор 3, который по сигналам генератора 16 тактовых импульсов направ ляет сигналы в четвертое и пятое запоминающие устройства 8 и 9 где их запоминают и хранят значения сигнала в прошедшие моменты времени. Из хранящихся сигналов формируют величины, пропорциональные скорости их изменения. Эта задача решается при помощи четвертого коммутатора , который посылает в определенном порядке значения сигналов, и пятого сумматора 1, который, складывая эти сигналы, формирует переменные стробы и посылает их на вторые входы первого, второго, третьего и четвертого сумматог ров 10-13. При этом, если скорость изменения входного сигнала мала, то малы и стробы, что снижает величину выброса при появлении сбоя. Применение предлагаемого фильтра сбоев позволяет повысить эффективность фильтрации по сравнению с по-. лучаемой известным устройством. Прв ышение эффективности примерно равно отношению максимально возможной скорости изменения входного сигнала к среднему значению этой скорости за время работы фильтра. Формула изобретения Фильтр .сбоев, содержащий два коммутатора, три запоминающих устройства, четыре сумматора, мажорирующее устройство и генератор тактоьых импульсов, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго коммутаторов, первого, второго и третьего запоминающих устройств и мажорирующего устройства, информаци онный вход Первого коммутатора явля ется входом устройства, первый, вто рой и третий выходы соединены соот ветственно с входами первого, второ и третьего запоминающих устройств, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами второго ком мутатора, первый выход которого сое динен с первыми входами первого и второго сумматоров, второй выход соединен с первыми входами третьего и четвертого сумматоров, выходы пер вого, второго, третьего и четвертого сумматоров соединены соответстве но с первым, вторым, третьим и четвертым входами мажорирующего устройства, пятый вход которого .соединен с третьим выходом второго комму татора, выход мажорирующего устройства является выходом устройства, седьмой выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого сумматоров,о т л и чающийся тем, что, с целью повышения эффективности фильтрации, в него введены третий и четвертый коммутаторы, четвертое и птЛг запоминающие устройства и пятый сумматор, причем шестой выход генера18тора тактовых импульсов соединен с управляющим входом третьего коммутатора, информационный вход которого соединен с выходом мажорирующего устройства, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами четвертого и пятого запоминающих устройств, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым информационными входами четвертого ком(утатора, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с управляющими входами четвертого и пятого запоминающих устройств, четвертого коммутатора и пятого сумматора, первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами пятого сумматора,первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого сумматоров. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Питерсон У., Уэлдон Э, Коды, исправляющие ошибки. М., Мир, 1976. 2.Гильбо Е.П. Челпанов И.Б. Обработка сигналов на основе упорядоченного выбора. М., Советское 1975, с. 273-27 (прототип). радио.