Нелинейный фильтр

 

Изобретение может быть использовано в автом атике, радиотехнике, и информационно-измерительной технике. Фильтр позволяет с высокой точностью вьщелять полезный сигнал, подавляя нестационарную гармоническую помеху. Это обеспечивается применением блока 3 фиксации моментов экстремума и элементов выборки-хранения 1 и 2, которые на своих выходах вьоделяют .ступенчатые огибающие входного сигнала.Сум;матор 8, суммируя эти огибающие,выделяет ступенчатую аппроксимацию полезного сигнала (длительность ступеньки равна половине периода помехи), причем степень подавления помехи не зависит от амплитуды и частоты помехи. Фильтр проявляет адаптационные свойства: при отсутствии помехи фильтр становится чисто линейным и не вносит искажений в полезный сигнал. Адаптационные свойства обеспечиваются применением инвертирующих расширителей импульсов 4,5 и элементов ИЛИ 6,7. При этом, выход максимума блока 3 фиксации моментов экстремума подсоединен непосредственно к одному входу - элемента ИЛИ 6, а к его другому входу - через расширитель импульсов 4, выход элемента ИЛИ 6 подключен к управляющему входу элемента выборки хра нения 1. Аналогично соединены вы- :ход минимума блока 3 и расширителя 5. 2 ил. (/ фиг. i

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3982105/24-24 (?2) 25,11.85 (46) 30.07.87, Бюл. М - 28 (72) В.П. Попов и А,П. Нефедов (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 779969, кл. G 05 В 5/01, 19?8.

Авторское свидетельство СССР

11 641352, кл.G06 G 7/02, G01 R19/04, 1977. (54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение может быть использовано в автоматике, радиотехнике, и информационно-измерительной технике.

Фильтр позволяет с высокой точностью выделять полезный сигнал, подавляя нестационарную гармоническую помеху.

Это обеспечивается применением блока

3 фиксации моментов экстремума и элементов выборки-хранения 1 и 2, которые на своих выходах выделяют ступенчатые огибающие входного сигнала.Сум„„SU,,1 1327054 А1

yg 4 С 05 В 5/01, С 06 G 7/02

:матор 8, суммируя эти огибающие,выделяет ступенчатую аппроксимацию полезного сигнала (длительность ступеньки равна половине периода помехи), при- чем степень подавления помехи не зависит от амплитуды и частоты помехи, Фильтр проявляет адаптационные свойства: при отсутствии помехи фильтр становится чисто линейным и не вносит искажений в полезный сигнал. Адаптационные свойства обеспечиваются применением инвертирующих расширителей импульсов 4,5 и элементов ИЛИ 6,7.

При этом, выход максимума блока 3 фиксации моментов экстремума подсоединен непосредственно к одному входу

Щ элемента ИЛИ 6, а к его другому входу — через расширитель импульсов 4, выход элемента ИЛИ 6 подключен к управляющему входу элемента выборки хранения 1. Аналогично соединены выход минимума блока 3 и расширителя 5.

2 ил.

1327054

Изобретение относится к быстродействующим устройствам для фильтрации электрических сигналов и может быть использовано в системах автоматики, радиотехники и информационно-измерительной техники для выделения полезной составляющей измеренных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности фильтра. 10

На фиг. 1 представлена структурная схема нелинейного фильтра; на фиг.2— временные диаграммы, поясняющие работу фильтра, Нелинейный фильтр содержит первый 15 и второй элементы 1 и 2 выборки-хранения, блок 3 фиксации моментов экстремума, первый и второй инвертирующие расширители 4 и 5 импульсов, первый и второй элементы ИЛИ б и 7, а также 20 сумматор 8.

Нелинейный фильтр работает следую щим образом.

Пусть входной сигнал (фиг.2а) представляет собой аддитивную смесь 25 медленно меняющейся полезной составляющей Х () и сравнительно высокочастотной помехи X„(t) (фиг. 2б).Когда помеха отсутствует в промежутках времени монотонного изменения входно- 30

ro сигнала (до момента „ ), блок 3 фиксации моментов экстремума выходные импульсы не вырабатывает, управляющий сигнал на его, например, первом выходе (фиг. 2в) равен нУлю, и заряд- 35 ные конденсаторы инвертирующих расширителей 4 и 5 импульсов разряжены, а на их выходах непрерывно держится единичный уровень, переводящий элементы 1 и 2 выборки-хранения в режим выборки. Сигнал на выходе, например, первого расширителя 4 импульсов представлен на фиг. 2г. Выходные сигналы элементов 1 и 2 выборки-хранения суммируются сумматором 8, и с его вы- 45 хода снимается выходной сигнал фильт-. ,ра (фиг. 2д), представляющий собой удвоенный неискаженный полезный сигнал, Таким образом фильтр работает в линейном режиме

При отсутствии помехи в момент максимума входного сигнала блок 3 фиксации моментов экстремума вырабатывает на своем первом выходе узкий импульс (фиг.2в), который заряжает конденсатор первого расширителя 4 импульсов, и на его выходе вырабатыва- . ется нулевой уровень управляющего сигнала (фиг. 2г), который по окончании узкого импульса переводит первый элемент 1 выборки-хранения в режим хранения. Кроме того, по окончании узкого импульса с выхода блока 3 напряжения на конденсаторе расширителя 4 импульсов начинает падать и при достижении им порогового значения выходной сигнал (фиг. 2r) расширителя 4 импульсов возвращается в единичный уровень, заставляя элемент 1 выборкихранения вернуться в режим выборки.

При этом параметры разрядной цепи конденсатора выбирают такими, чтобы время хранения (определяемое длительностью выходного импульса инвертирующего расширителя) ограничивалось наи" большим возможным периодом помехи.

Возникающая в момент экстремума ступенька на выходе элемента 1 выборки-хранения незначительно искажает . входной. сигнал (фиг, 2д) фильтра. В момент t минимума входного сигнала фильтр работает аналогично, но минимум сигнала запоминает уже второй элемент 2 выборки-хранения.

Когда возникает сигнал помехи, начиная с момента г. его первого экстремума, блок 3 периодически вырабатывает узкие импульсы, соответствующие моментам экстремума входного сигнала, зарядные конденсаторы заряжаются и не успевают разряжаться до порогового уровня, а расширители

4 и 5 импульсов не успевают срабатывать и на их выходах (фиг. 2г) непрерывно держится нулевой уровень. При этом выборка входного сигнала происходит с помощью узких выходных импульсов блока 3 только в моменты экстремумов, На входы сумматора 8 поступают два ступенчатых напряжения, которые представляют собой огибающие входного сигнала сверху и снизу. С выхода сумматора 8 снимается ступенчатый сигнал (фиг. 2д), представляющий сумму огибающих, т.е. представляющий ступенчатую аппроксимацию удвоенного полезного сигнала, при этом длительность ступени равна половине периода помехи.

Таким образом, фильтр полностью подавляет помеху. При пропадании помехи через время, необходимое для срабатывания расширителей импульсов, элементы выборки-хранения переводятся в режим непрерывной выборки и фильтр ботает, как и прежде, в линейном режиме

1327054

ВНИИПИ Заказ 3552

Тираж 863 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие., r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Повышение точности фильтрации в фильтре обеспечивается раздельной фиксацией экстремумов входного сигнала с последующим выделением средних зна5 чений экстремумов, реализация адаптивных свойств фильтра обеспечивается тем, что экстремумы входного сигнала запоминаются на время, не превышающее наибольший период помехи. 10

Таким образом, при отсутствии помехи предлагаемый фильтр становится чисто линейным и не вносит искажений в полезный сигнал. При прохождении через фильтр аддитивной смеси полез- 15 ного сигнала и более высокочастотной нестационарной гармонической помехи происходит практически полное подавление помехи и степень подавления помехи не зависит от амплитуды и час- 2п тоты помехи, а выделяемый на выходе фильтра полезный сигнал носит ступенчатый характер, причем частота ступенчатой аппроксимации в два раза выше частоты помехи. 25

Формула изобретения

Нелинейный фильтр, содержащий первый и второй элементы выборки-хране- ния и блок фиксации моментов экстремума, соединенные своими входами с входом нелинейного фильтра, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности фильтра, он содержит сумматор, первый и второй инвертирующие расширители импульсов, первый и второй элементы ИЛИ, причем выход максимума и выход минимума блока фиксации моментов экстремума подсоединены к первым входам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, входы первого и второго расширителей импульсов соединены соответственно с выходом максимума и выходом минимума блока фиксации моментов экстремума, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ подключены к выходам первого и второго расширителей импульсов соответственно, а выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены к управляющим входам первого и второго элементов выборки-хранения соответственно, входы сумматора соединены с выходами соответствующих элементов выборки-хранения, а выход сумматора является выходом нелинейного фильтра.