Цифровой вероятностный фильтр

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИК

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AST0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3851467/24-24 (22) 01.02.85 (46) 23.08.86. Бюл. М 31 (72) А, С. Анишин (53) 68!.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 480081, кл. G 06 F 15/36, 1973.

Авторское свидетельство СССР

И 479117, кл. G 06 F 15/36, 1972. (54) ЦИФРОВОЙ ВЕРОЯТНОСТНЬ1Й 4>ИЛЬТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при дискретной обработке сигналов и, в частности, при цифровой фильтрации случайных процессов системой с заданными частотно-иэби„.SU.„25293 8 А I (1) 4 Н 03 Н 17/06, 6 06 F 15/353 рательными свойствами.. Цель изобретения — повышение точности фильтрации. Поставленная цель достигается тем, что в состав фильтра входит ге- нератор тактовых импульсов, распределитель импульсов, И двоичных умножителей, Я элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, группа регистров, Я вероятностных двоичных элементов, две группы элементов И, два элемента ИЛИ, pesepсивный счетчик, И элементов ИСКЛ10-

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, регистр, аналогово-цифровой преобразователь, делитель частоты, элемент задержки и соответствующие связи между узлами фильтра, 1 ° ил.

1252918

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использована при дискретной обработке сигналов, в частности, при цифровой фильтрации случайных процессов системой с заданными частотно-избирательными свойствами.

Целью изобретения является повышение точности работы цифрового вероятностного фильтра путем детерминированнога безошибочного представления цифровых отсчетов х(п) входного процесса x(t) число-импульсным (унитарным) кадом (что одновременно приводит к упрощению устройства и сокращению объема электронного оборудования из-за отсутствия блока управления и группы реверсивных счетчиков).

Сущность изобретения основана на детерминированном безошибочном представлении N цифровых отсчетов x(n-k), k=1, N центрированного процесса х,(t) в виде N непересекающихся во времени число-импульсных (унитарных) кодов. Это позволяет операцию умножения цифровых отсчетов на весовые коэффициенты С„ выполнить путем вероятностного прареживания" числоимпульсных кодов; алгебраическое суммирование прореженных число-импульсных кодов выполнить с помощью реверсивного счетчика, подключенного . к устройству ввода число-импульсных кодов и работающего а устройство вывода информации с учетом знака результата.

Благодаря этому число вероятностных операций, реализуемых в предложенном фильтре, сокращено вдвое, чта является основной причиной повьш ения точности, упрощения устройства и сокращения объема электронного оборудования.

На чертеже приведена структурная схема цифровага вероятностного фильтрае

Цифровой вероятностный фильтр содержит генератор l тактовых импульсов, распределитель 2 импульсов, группу 3 двоичных умножителей, группу 4 (многоразрядных) регистров сдвига, группу 5 элементов ЭКВАВАЛЕНТНОСТЬ, группу 6 вероятностных двоичных элементов, группу 7 регистров (памяти), первую группу 8 элементов И, вторую группу элементов И 9, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, 5

35 реверсивный счетчик 12, группу 13 элементов ИСКЛОЧАКМЦЕЕ ИЛИ, регистр 14 (! памяти), элемент 15 задержки, делитель !6 частоты, аналого-цифровой нреобразователь 17.

Цифровой вероятностный фильтр работает следующим образом.

Алгоритм работы цифрового фильтра основан ня скользящем суммировании

f4 ((и)= 2 С х(п-k)

К=1 с некоторым весом С„, k=1, N, определяющим ядро сглаживания в соответствии с заданной передаточной функцией фильтра.

Регулярный поток <„(t) импульсов генератора 1 с частотой f„ поступает на вход распределителя 2, который формирует И неперекрывающихся во времени последовательностей ч (t) к импульсов с одинаковыми частотами

f,„=,=-„, 1=Г, Б П Е )t) пульсов поступают на входы соответствующих Е-х двоичных умножителей группы 3.

Центрированный входной процесс о

x(t), подлежащий фильтрации, поступает на вход преобразователя 17. В тактовые моменты времени t„ At, е N

n=O, 1,2,..., где бай=2 — опредеЪ ляемые импульсами делителя 16 с коэффициентом деления d=2, преобразое ватель 17 вырабатывает (1+1) — разрядные двоичные, цифровые отсчеты x(n), у которых один разряд является знаковым. За время N4t, являющееся временем переходного режима, регистр 4 сдвига заполняется N цифровыми отсчетами x(n), п=Г, Ъ. В дальнейшем прием новых (N+1), (0+2)-го и т.д. цифровых отсчетов приводит к потере (сбросу) 1, 2-го и т.д. отсчетов.

Поэтому работу фильтра будем рассматривать в установившемся режиме, т.е. спустя N тактов с момента его включения.

С помощью группы 3 двоичных умножителей Ы цифровых отсчетов х(п-Е), Е=Г; Я, находящихся в регистре 4 сдвига, преобразуются в N неперекрывающихся число-импульсных кодов, размещенных на.общем интервале

На выход каждого двоичного умножителя группы 3 за интервал ьt поступает 2 импульсов, под воздейст1252918 вием которых счетчик-делитель, входящий в состав каждого двоичного умножителя группы 3, делает полный оборот. По этой причине методическая ошибка предстанления цифровых 5 отсчетов число-импульсными кодами равна нулю.

Следовательно, на вход k-го вероятностного двоичного элемента группы 6 за время at поступает число импульсон, равное значению цифрового отсчета х(п-k). С вероятностью

Р„, численно равной значению .юдуля весового коэффициента 0 < !С„) + 1 (коэффициенты С „ предварительно заносятся в соответствующие регистры памяти группы 7), k-й вероятностный двоичный элемент группы 6 прореживает входной число-импульсный код.

Иатематическое ожидание числа импульсов, которые пройдут на выход

k-го вероятностного двоичного делителя группы 6, составляет C„ x(n-k).

Знаки цифровых отсчетов х(n-k) и весовых коэффициентов С„ в виде двух уровней "1" (плюс), "0" (минус) поступают на входы соответствующих элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы 5, каждый из которых. реализует-логическую функцию вида Е=Х, Х ЧХ, Х, 30 откуда следует, что Z=l если Х„=Х и Z=O если Х, Х, .

Результаты умножения знаков с выходов элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы 5 в виде соответствующих 35 уровней поступают на управляющие входы одноименных элементов И и ЗАПРЕТ групп 8 и 9. При Z„=l (Z„=0) модуль произведения !С x(n-k)! в виде группы импульсон, размещенных 4О на интервале д1, поступает на первый 30 (второй !1) элемент ИЛИ.

Первый 10 (нторой 1!) элемент ИЛИ объединяют положительные при

С x(n-k)>0 (отрицательные при 45 к

C„x(n-k) (0) число-импульсные коды и подает их на суммирующий (вычитающий) вход реверсивного счетчика 12.

Емкость реверсивного счетчика 12 должна быть не менее N.H=N .2, поми- 50

t мо дополнительного старшего разряда, выполняющего функцию знакового разряда выходного отсчета 4(п).

Если к концу интервала at старший разряд реверсивного счетчика 12 55 окажется в нулевом (единичном) состоянии, то выходной цифровой отсчет ((n) имеет положительный (отрицательный) знак, а модуль )p (n)J, отображаемый состояниями остальных разрядон реверсивного счетчика 12 будет представлен в прямом g(n) (дополнительном g (n)) двоичном коде. а

Для преобразования дополнительного дпоично о кода 8 (n) н прямой

C(n) служит группа 13 элементов ИСКЛ!ОЧАК@!ЕЕ ИЛИ, каждый из которых реализует логическую функцию вида Z=

=Х, Х7Х,.Х

При нулевом состоянии старшего разряда реверсивного счетчика !2 на вторых входах элементов ИСКЛИЧАЗОЩЕЕ ИЛИ группы 13 присутствуют нули, т.е. Х =0 и Z=X, 1Ч.Х, О=Х, отскда следует, что состояния разрядов реверсивного счетчика 12 передаются на входы регистра 14 без изменения.

При единичном состоянии старшего разряда реверсивного .счетчика 12

Х =1 и 2=Х, OVX„ 1=X.. т.е. состоянйя соответствующих разрядов реверсивного счетчика 12 на входы регистра 14 памяти передаются с инверсией, что практически эквивалентно преобразованию дополнительного кода цифрового отсчета g(n) н прямой код, так как 3 (п)= ((и)+1, здесь черта о означает инверсию.

Импульс с выхода делителя !6 определяет начало нового интервала t.

Воздействуя на вход синхронизации преобразователя 18, он вызывает ноный цифровой отсчет х(п), воздействует на вход "Запись" регистра 14 памяти — фиксирует значение выходного цифрового отсчета g(n). Спустя небольшое время, задаваемое элемен том 15 задержки, новый цифровой отсчет заносится в регистр 4 сдвига, а реверсинный счетчик 12 устанавливаечся в нуль. В дальнейшем работа цифрового фильтра повторяется на очередном интервале а t-, ;формула изобретения

Цифровой вероятностный фильтр, содержащий генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига группы последовательно соединенных регистров сдвига, причем выход знакового разряда i-ro (i=1, Т9, N — порядок фильтра) регистра сдвига группы подключен к перСоставитель А. Баранов

Редактор П. Коссей Техред М.Ходанич Корректор М. Самборская

Заказ 4630/56 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская яаб., -д. 4/5

Нраиэводственно-полиграфическое предприятие, г Ужгород, ул. Проектная, 4

S 12529 ному входу i-га элемента ЭКВИВАЖНТНОСТЬ, второй вход которого подключен к выходу знакового разряда i-го регистра групкы, а выход i-ro элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ вЂ” к первому входу i-го элемента И первой группы, информационный вход аналого-цифрового преобразователя является информационным входом фильтра, реверсивный счетчик, отличающийся 10 тем, что, с целью повышения точности, в него введены И двоичных умножителей, И вероятностных двоичных элементов, вторая группа элементов И, первый и второй элементы ИЛИ, И эле- 15 ментов ИСКЛЮЧАКИ1ЕЕ ИЛИ, регистр, делитель частоты, элемент задержки и распределитель импульсов, -й выход которого подключен к первому входу

i-го двоичного умнажителя, выход 20 которого подключен к первому входу х-го вераятностнога двоичного элемента, выход которого подключен к .второму входу i-го элемента И пер вой группы и входу х-rо элемента И второй группы, выходы которых пад" ключены к i-м входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему 30 входам реверсивного счетчика, выход

i-ra разряда которого подключен к первому входу i-го элемента ИСКЛ16ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу i-га разряда регистра, выход кот рого является информационным выходом фильтра, выход i-горегистра сдвига группы подключен к второму входу i-го двоичиога умножителя, выход i-ro регистра группы подключен к второму входу i-го вероятностного двоичного элемента, выход i-.ão элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ подключен к инверсному входу i-го элемента И второй группы, выход знакового разряда реверсивного счетчика подключен к второму входу i-го элемента ИСКЯОЧАЮП1ЕЕ ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу распределителя импульсов, N-й вход которого подключен к входу делителя частоты, выход кото" рого подключен к входу синхронизации аналога-цифрового нреобразователя, тактовому входу регистра и входу элемента задержки, въп<од которого подключен к тактовым входам регистров сдвига группы и входу сброса реверсивного счетчика.