Нелинейный цифровой фильтр Советский патент 1982 года по МПК H03H17/04 

(5) НЕЛИНЕЙНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при фильтрации результатов измерений физического параметра, выраженного цифровым кодом. По основному авт. св. № известен нелинейный цифровой фильтр содержащий последовательно включенные блок сравнения, двусторонний ограничитель, сумматор и нерекурсив ный фильтр, выход которого подключе к другим входам сумматора и блока сравнения 1. Недостатком этого устройства является относительно низкая точность фильтрации при переменной точности измерений и наличии аномальных ошибок измерений, обусловленная постоянством порогов ограничения двустороннего ограничителя. Действительно в этом случае завышение абсолютных значений порогов приводит к сильным флуктуациям результатов оценки параметра под влиянием аномальных ошибо а в случае занижения абсолютных зна- чений порогов происходит сглаживание нестационарности параметра. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Для этого в нелинейный цифровой фильтр, содержащий последовательно включенные блок сравнения, двусторонний ограничитель, сумматор, и нерекypcVlвный фильтр, выход которого подключен к другим входам сумматора и блока сравнения, введены п каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных i-ro (где i 1,..,,п) дополнительного двустороннего ограничителя, i-ro дополнительного сумматора, другой вход которого подключен к выходу нерекурсивного фильтра, i-ro дополнительного блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу генератора стандартных сигналов, i-rd квадратора и i.-ro дополнительного нерекурсивного фильтра, выход которого через блок определения минимального сигнала соединен с управляющим входом i-ro блока запрета, информационный вход которого подключен- к другому выходу i-ro дополнительного двустороннего ограничителя, при этом входы дополнительных двусторонних ограничителей объединены и подключены к выходу блока сравнения, а выходы блоков запрета - к управляющему входу двустороннего ограничителя. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого нелинейного цифрового фильтра. Нелинейный цифровой фильтр содержи последовательно включенный блок сравнения 1, двусторонний ограничитель 2 сумматор 3 и нерекурсивный фильтр +, выход которого подключен к,другим входам блока сравнения 1 и сумматора 3, и п каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных дополнительного двустороннего ограничителя (где i j,...,n), дополнительного сумматора 6-i, дополнительного блока сравнения 7-i квадратора 8-i, дополнительного нерекурсивного фильтра 9-i, блока 10 определения минимального сигнала и блока запрета 11-i. При этом к другим входам дополнительных блоков сравнения J-l подключены выходы генератора 12 стандартных сигналов, другие входы дополнительных сумматоров 6-i соединены с ВЫХОДОМ нерекурсивного фильтра k, входы дополнительных двусторонних ограничителей 5-i объединены и подключены к выходу блока сравнения 1, а выходы блока запрета 11-i - к управляющему входу двустороннего ограничителя 2. Нелинейный цифровой фильтр работает следующим образом. В установившемся режиме при отсутствии аномальных искажений и постоянной точности измерений результаты измерений через блок сравнения 1, двусторонний ограничитель 2 и сумматор 3 поступают в нерекурсивный фильтр k, который работает как обычный усреднитель. При этом отрицательная обратная связь, от нерекурсивного фильтра к блоку сравнения 1 компенсируется положительной обратной связью от нерекурсивного фильтра к сумматору 3. В этом случае на выходе нерекурсивного фильтра k имеем скользящую интервальную оценку величины измеряемого параметра по результата некоторого числа измf;peний. Одновременно с этим сигналы с выхода блока сравнения 1 поступают на входы двусторонних ограничителей 5-i, имеющих различные величины порогов. Сигналы с выходов ограничителей 5-i суммируются в сумматоре 6-i с выходным сигналом нерекурсивного фильтра Таким образом, на выходе сумматора 6-i имеем оценку величины измеряемого параметра с учетом действий двусторонних ограничителей с разными порогами ограничений. Эти оценки сравниваются в блоке сравнения 7-i с сигналом генератора 12, который представляет собой априорную величину измеряемого параметра. Разностные сигналы с выхода блока сравнения 7-i возводятся в- квадрат в квадраторе 8-1 и устраняются в нерекурсивном фильтре 9-i, на выходе кстосого и.-.еем интервальную скользящую оценку разности между априорно известным значением параметра и оценками его значения с учетом различных значений порогов ограничений ограничителя 5-i. В блоке 10 определяется минимальный сигнал с выходов нерекурсивных фильтРо передается сигнал на открытие того блока запрета 1-i, который соответствует нерекурсивному фильтру 9-i с минимальным сигналом. Через открытый блок запрета 11-i на управля.ющий вход двустороннего ограничителя 2 подается сигнал о значении порога ограничителя с выхода того двустороннего ограничителя , который соответствует нерекурсивному фильтру 9-i с минимальным сигналом, т.е. происходит оптимальная подстройка пороговых уровней двустороннего ограничителя 2 по критерию минимума средней квадратической ошибки. Таким образом, если на вход фильтра поступает результат измерения с аномальной ошибкой, то в двустороннем ограничителе 2 происходит ограничение сигнала и ему присваивается значение верхнего или нижнего порога. Это приводит к повышению точности фильтрации результатов измерений параметра. При этом (за счет оптимальной подстройки порога ограничителя 2) при наличии аномальных ошибок и переменной точности измерений повышается точность фильтрации, поскольку порог ограничения адаптируется к перемен595

ным характеристикам результатов измерений .

Формула изобретения

Нелинейный цироврй фильтр по авт. св. № 499б 7, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены п каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных i-ro (где i 1,...,п) дополнительного двустороннего ограничителя, i-ro дополнительного сумматора, другой зход которого подключен к выходу нерекурсивного фильтра, i-ro дополнительного блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу

нератора .стандартных сигналов, i-ro квадратора и i-ro дополнительного нерекурсивного фильтра, выход которого через блок определения минимального сигнала соединен с управляющим входом I-го блока запрета, информационный вход которого подключен к другому выходу i-ro дополнительного двустороннего ограничителя, при этом входы дополнительных двусторонних ограничителей объединены и подключены к выходу блока сравнения, а выходы блоков запрета - к управляющему входу двустороннего ограничителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № +99б 7, кл. Н 03 Н 7/28, 1976 (прототип).