RU41938U1 - Цифровой трансверсальный фильтр - Google Patents

Abstract

Цифровой трансверсальный фильтр, включающий линию задержки, на которую подается входной сигнал преобразователей кодов, накопительные сумматоры, умножители, формирователь весовых коэффициентов, сумматор-формирователь выходного сигнала, связанные между собой так, что выходы линии задержки соединены с входами преобразователей кодов, выход каждого преобразователя кодов соединен с соответствующим входом накопительного сумматора, выход каждого накопительного сумматора соединен с первым входом соответствующего умножителя, а вторые входы умножителей соединены с соответствующими выходами формирователя весовых коэффициентов, выходы умножителей соединены с входами сумматора-формирователя выходного сигнала, отличающийся тем, что формирователь весовых коэффициентов имеет количество входов, соответствующее количеству каналов фильтрации, а также вход для входного сигнала, при этом первый вход формирователя весовых коэффициентов соединен с входом трансверсального фильтра, а остальные входы формирователя весовых коэффициентов соединены с соответствующими выходами накопительных сумматоров каждого из каналов.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в устройствах фильтрации и генерирования сигналов, в том числе в устройствах фильтрации с ограниченной длительностью переходного процесса.

При решении многих прикладных задач возникает проблема фильтрации сигналов с ограниченной длительностью переходного процесса. Наилучшим решением этой задачи являются трансверсальные фильтры (ТФ). Наиболее просто ТФ реализуются цифровым способом. Фильтрация цифрового ТФ традиционно обеспечивается вычислением дискретной свертки:

где U_вх(n-i) - входное возмущение на входе ТФ,

U_вых(n) - выходное возмущение на выходе ТФ,

h(i) - импульсная характеристика фильтра,

n - отсчеты времени,

N - количество отсчетов импульсной характеристики.

Таким образом, традиционная фильтрация сигналов с ограниченной длительностью переходного процесса достигается в результате N операций умножения на дробные весовые коэффициенты h(i) и N операций сложения, что вызывает необходимость проведения большого количества вычислений и, следовательно, дополнительные аппаратурные затраты, а также дополнительную проблему адаптации сигнала к изменяющемуся входному возмущению.

Известен трансверсальный фильтр по патенту РФ №2119242, МКИ 6 Н 03 Н 15/00, пр. 13.12.95 г., который позволяет решить первую проблему, т.е. сократить количество вычислений, при этом он является наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков и

принят за прототип. Такой фильтр содержит линию задержки, не менее двух преобразователей кодов, не менее двух накопительных сумматоров, формирователь весовых коэффициентов, не менее двух одинаковых умножителей и сумматор-формирователь выходного сигнала. Элементы известного фильтра связаны между собой следующим образом: выходы линии задержки соединены с входами преобразователей кодов, входами умножителей, входом сумматора-формирователя выходного сигнала и входом формирователя весовых коэффициентов, а выход каждого преобразователя кодов подключен к входу соответствующего накопительного сумматора, выходы преобразователей кодов подключены к первым входам соответствующих умножителей, вторые входы которых соединены с выходом формирователя весовых коэффициентов, а выходы - с соответствующим входом сумматора-формирователя выходного сигнала. Такое решение позволяет уменьшить количество операций умножения на дробные коэффициенты до N/3 раз, что соответственно сокращает аппаратурные затраты на их проведение за счет представления сложной формы импульсной характеристики суммой простых импульсных характеристик, реализуемых в виде нескольких отдельных каналов параллельных фильтров.

Недостатком прототипа является отсутствие адаптации к изменяющемуся внешнему возмущению, что в несколько раз может увеличивать суммарную флюктуационную и динамическую ошибки фильтрации.

Техническая задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в повышении точности траекторией фильтрации за счет адаптации фильтра к изменяющемуся входному возмущению.

Техническое решение, на которое направлена заявляемая полезная модель, заключается в использовании трансверсального фильтра, содержащего линию задержки, на которую подается входной сигнал, преобразователи кодов, накопительные сумматоры, умножители, формирователь весовых коэффициентов, сумматор-формирователь выходного сигнала, связанные

между собой так, что выходы линии задержки соединены с входами преобразователей кодов, выход каждого преобразователя кодов соединен с соответствующим входом накопительного сумматора, выход каждого накопительного сумматора соединен с первым входом соответствующего умножителя, а вторые входы умножителей соединены с соответствующими выходами формирователя весовых коэффициентов, выходы умножителей соединены с входами сумматора-формирователя выходного сигнала.

От прототипа заявляемый трансверсальный фильтр отличается тем, что формирователь весовых коэффициентов имеет количество входов соответствующее количеству каналов фильтрации, а также вход для входного сигнала трансверсального фильтра, при этом первый вход формирователя весовых коэффициентов соединен с входом трансверсального фильтра, а остальные входы формирователя весовых коэффициентов соединены с соответствующими выходами накопительных сумматоров каждого из каналов.

В результате повышается адаптация фильтра к количеству учитываемых каналов (v), заключающаяся в том, что количество членов полиномиального ряда k(n), соответствующее количеству каналов (v), выбирают по критерию минимума оценки дисперсии фильтрации D_j(n)

j

где

U_выхν(n-i) - сигнал на выходе канала.

Сущность данного технического решения поясняется следующими схемами.

На фиг.1 представлена структурная схема прототипа трансверсального фильтра.

На фиг.2 представлена структурная схема заявляемого трансверсального фильтра.

Трансверсальный фильтр (фиг.1 и фиг.2) содержит линию задержки 1, преобразователи кодов 2 и 3, накопительные сумматоры 4 и 5, формирователь весовых коэффициентов 6, умножители 7 и 8, а также сумматор-формирователь выходного сигнала 9.

ТФ (фиг.2) работает следующим образом. На линию задержки 1 подается входной сигнал U_вх(n). Сигнал с линии задержки 1 поступает, например, по двум каналам (v=2) на преобразователи кодов 2 и 3, которые осуществляют формирование приращения сигнала первого канала и второго канала. Эти приращения поступают на накопительные сумматоры 4 и 5, с выхода которых сигналы поступают на первый вход умножителя 7 и второй вход умножителя 8 соответственно, с выходов умножителей 7 и 8 сигналы поступают на вход сумматора-формирователя 9. Причем, второй вход умножителя 7 подключен к входу формирователя весовых коэффициентов 6. В отличие от прототипа формирователь весовых коэффициентов 6 имеет количество входов соответствующее количеству каналов фильтрации (v), a также вход для входного сигнала. Наличие этих сигналов позволяет сформировать оценку дисперсии ошибки. В результате сравнения дисперсии на сумматор-формирователь 9 поступает тот канал, который обеспечивает наименьшую дисперсию.

Например, если входное возмущение имеет только постоянную составляющую, то дисперсия D₂(n)>D₁(n), так как динамические ошибки равны нулю, а дисперсия флюктуационной ошибки D₁(n) на выходе фильтра, учитывающего только постоянную составляющую, меньше дисперсии D₂(n) на выходе фильтра, учитывающего и ту, и другую составляющие, при этом

Если входное возмущение будет содержать и постоянную, и линейную составляющие, то тогда D₁(n)>D₂(n), и

Соотношение (7) означает, что с выхода формирователя весовых коэффициентов 6 и на первый, и на второй канал будут подаваться ненулевые весовые коэффициенты. Такой трансверсальный фильтр является экономичным и оптимальным по критерию минимума дисперсии ошибки фильтрации.

Таким образом, существенным отличием предлагаемой полезной модели является то, что в формирователе весовых коэффициентов 6 (фиг.2) оценивается дисперсия ошибки фильтрации в каждом канале и на основе этой оценки адаптивно формируются весовые коэффициенты для каждого канала.

Claims (1)

1. Цифровой трансверсальный фильтр, включающий линию задержки, на которую подается входной сигнал преобразователей кодов, накопительные сумматоры, умножители, формирователь весовых коэффициентов, сумматор-формирователь выходного сигнала, связанные между собой так, что выходы линии задержки соединены с входами преобразователей кодов, выход каждого преобразователя кодов соединен с соответствующим входом накопительного сумматора, выход каждого накопительного сумматора соединен с первым входом соответствующего умножителя, а вторые входы умножителей соединены с соответствующими выходами формирователя весовых коэффициентов, выходы умножителей соединены с входами сумматора-формирователя выходного сигнала, отличающийся тем, что формирователь весовых коэффициентов имеет количество входов, соответствующее количеству каналов фильтрации, а также вход для входного сигнала, при этом первый вход формирователя весовых коэффициентов соединен с входом трансверсального фильтра, а остальные входы формирователя весовых коэффициентов соединены с соответствующими выходами накопительных сумматоров каждого из каналов.