Цифровой согласованный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике и позволяет повысить качество фильтрации. Цифровой согласованный фильтр содержит частотные каналы 8, состоящие каждый из перемножителя 1, генератора 2 опорных частот, фильтра 3, канального распределителя 4, аналогового сумматора 5 и АЦП 6, а также решающее устройство 7. Цель достигается за счет обеспечения сглаживания шумов АЦП 6 в каждом частотном канале 8 с помощью введенных распределителя 4 и сумматора 5, которые осуществляют матричное преобразование сигнала N - мерного аналогового вектора в соответствии с матрицей Адамара. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ 103057 A1 (Я1) 4 Н 03 Н 17!00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4265741/24-09 (22) 22.06.87 (46) 23.08.89. Бюл. Р 31 (72) А.Я . Шпильб ер r, И. Н . Солощук и Ю.Н.Голобородько (53) 68 1.32(088 ° 8) (56) Беляев В.С. Цифровой согласованный фильтр для обработки составного частотно"манипулированного сигнала. — Радиотехника, 1984, Р 3, с. 94-96. (54) ЦИФРОВОЙ СОГЛАСОВАННЬЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике и позволяет повысить качест2 во фильтрации. Цифровой согласованный фильтр содержит частотные кана- лы 8, состоящие каждый иэ перемножителя 1, генератора 2 опорных частот, фильтра 3, канального распределителя 4, аналогового сумматора 5 и АЦП

6, а также решакнцее устройство 7.

Цель достигается эа счет обеспечения сглаживания шумов АЦП 6 в каждом частотном канале 8 с помощью введенных распределителя 4 и сумматора 5, которые осуществляют матричное преобразование сигнала N-мерного аналогового вектора в соответствии с матрицей Адамара. 6 ил .

3 1503057

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам согласованной фильтрации сигналов, и может быть использовано в системах передач. информации при приеме сложных шумоподобных сигналов — радиочастотных колебаний с различными несущими частотами.

Цель изобретения — повышение качества фильтрации за счет сглаживания шумов аналого-цифровых преобразователей.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема цифрового согласованного фильтра; на фиг.2 и 3 примеры выполнения канальноro распределителя и аналогового сумматора; на фиг.4 и 5 — примеры выполнения решающего устройства; на фиг.6 — вре- 20 меу(ые диаграммы, поясняющие работу решающего устройства.

Цифровой согласованный фильтр содержит перемножители 1,1 — 1.N генераторы 2.1-2.N опорных частот, филь- 25 тры 3,1-3.N, канальный распределителй 4.1-4N аналоговые сумматоры

5.1-5N аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 6.1-6N, решающие устройстьа 7 и частотные каналы 8.1-8N. 30

Аналоговый сумматор 5 содержит резисторы 9 и операционный усилитель 10.

Решающее устройство содержит буферные регистры 11.1-11.N, регистр 12 35 сдвига, сумматор 13 по модулю 2, схему 14 сдвигов И"последовательности, коммутаторы 15.1-15.(N-1), сумматор

16 и блок 17 управления.

Цифровой согласованный фильтр ра- 40 ботает следующим образом.

Входной сигнал при помощи перемножителей 1. 1- 1.N, генераторов 2. 12 ° N опорных частот и фильтров 3.13.1(1 разделяется íà N частотных кана- 45 лов и преобразуется в частоту, необходимую для работы AlgI 6.1-6.N, На выходе фильтров 3.1-3.N сигнал представляется N-мерным аналоговым вектором. Затем с помощью канальных рас- 50 пределителей 4.1-4.N и аналоговых сумматоров 5.1-5.N осуществляется матричное преобразование сигнала

N-мерного аналогового вектора в соответствии с ма).рицей Адамара (((х ()).

В качестве примера.на фиг.2а приведена схема канального распределителя 4.3 и аналоговогб сумматора 5.3 для варианта выполнения сумматора, как суммирующего оПерационного усилителя для цифрового согласованного фильтра, содержащего четыре частотных канала. Канальный распределитель

4.3 выполнен в соответствии с третьей строкой матрицы Адамара размером (4 х 4) (фиг.2б) . Затем с помощью АЦП осуществляется преобразование аналогового представления сигнала в цифровое, а затем с помощью решающего блока 7 осуществляется обратное матричное преобразование сигнала N-мерного дискретного вектора.

Обратным преобразованием восстанавливается сигнал и происходит сглаживание шумов АЦП.

Выясним, как изменяется дисперсия ошибки G, вносимой АЦП: при N-ка нальном приеме входного вектора °

Пусть Я = Я (i j ) — N x N — матрица коммутации. Тогда вклад j-й координаты вектора x(t) в величину сигнала на выходе АЦП i-го канала определяют выражением

М

1; =,Е Е; Ю, +у, 9 (1)

g 1 где 47 — сигнал соответствующий 1-й

1 координате вектора на входе

АЦП i-ro канала в предположении, что шум отсутствует, ошибка, вносимая АЦП i-ro канала.

В матричной форме (1) принимает вид $ =fQ+g.

Если шумы отсутствуют, то преобразованный вектор x(t) на выходе АЦП имеет вид Q = Я

Предположим, что математическое ожидание величины Х равно нулю, т.е. ()

М t(Д О, (2) а ошибки различных АЦП не коррелиэо-к ваны и(У„уД= 66„6„(3) где (.) — среднеквадратическое значение ошибки АЦП, Тогда анализ помехоустойчивости устройства можно осуществить с помощью вектора

Он=а -у -E t -е 3 +е t= Г с элементами, среднеквадратические отклонения которых определяются по формуле

ee = И(К e ((f. (t ) K (() )), (4)

В (4) очевидны следующие преобразования:

Таким образом, при использовании для коммутации матрицы Адамара с элементами +1 и -1 дисперсии ошибки уменьшаются в N раз. Если число ка налов N достаточно велико, то для коммутации может быть использовано (О, 1) матрица WE<, полученная из (N+1) х (N+1) матрицы Адамара исключением первого столбца и первой строки и заменой элементов — 1 на 1, а на О. Для таких матриц среднеквадратическая ошибка е стремится к величине 462/N если И вЂ” э (»с» .

На фиг.3а приведена структурная схема канального распределителя 4.6 и аналогового сумматора 5.6 для варианта выполнения сумматора в виде реэистивной матрицы для цифрового согласованного фильтра, содержащего семь частотных каналов. Канальный распределитель (фиг.3б) выполнен в соответствии с шестой строкой О, 1 матрицы, размером 7 х 7, матрица 0,1 получена из матрицы Адамара размером 8 х 8.

Решающий блок 7 обеспечивает обратное преобразование обрабатываемого сигнала в цифровой форме. Пример выполнения решающего блока 7, реализующего умножение на матрицу, обратную матрице Адамара, или на матрицу, обратную матрицеИ, приведен на фиг.4а и б.

Процесс обратного преобразования осуществляется за N тактов (фиг.5).

В первый такт двоичные числа, содержащиеся в буферных регистрах, умножаются на + 1, из которых состоит первая строка матрицы (-.. Для этого с

5 15

eò = N2>1(t„((f ) (P y)т (11((Е Г >(f- Г» )= 11- y x х (М(: (t II I)(f ) ) = N (H x х(3bIj(E )т).

С учетом (3) последнее выражение для е принимает вид

1(1-2<. (:- . N Qa. F, (g ) ) (E. )т) = Х-1 G,ñ х х (E, а) . (5)

Дальнейшие преобразования в (5) зависят от типа матрицы E. Допустим, E, — — матрица Адамара с элементами + 1 и -1. Тогда

f = N F<. (6)

Подставляя (6) в (5), получают еЯ = N (»а (N ° Е ) = !>Г G2t„õ

x (N Е ) =Q/N ° (7) 03057 (» выхода 17.2 блока 17 упранлеггия на первые управляющие входы коммутаторов 15.1 — 15(N-1) подается уровень напряжения, соответствующий значению

11 11 логического О, что позволяет подключить к входам сумматора 16 прямые выходы буферных регистров 11.1-11.N°.

Начиная с второго такта на первых управляющих входах коммутаторов

15.1-15.(N-1) устанавливается уровень напряжения, соответствующий логичес11 11 кои 1, а на вторые управляющие входы коммутаторов 15. 1-15.N подаются уровни напряжения, соответствующие значениям элементов М-последовательности длины Т = N — 1 = 2 — 1 со схемы, состоящей из регистра 12 сдвига с сумматором 13 по модулю два в

20 цепи обратной связи и схемы 14 формирования всех сдвигов М-последовательности. Так как элементами М-последовательности являются 0 и 1, а матрица Адамара состоит иэ + 1, при25 чем построение матрицы Адамара осуществляется по правилу

1>+>, 1 — 1, то, значит, при поступлении на второй управляющий вход коммутатора 15.i

О он должен обеспечить подключение к входам сумматора 16 прямых выходов соответствующего буферного регистра

11.(i-1), а при поступлении на вто35 рой управляющий вход коммутатора 15.i

1 к входам сумматора 16 подклк>чаются инверсные выходы соответствующего буферного регистра 11.(i-1), т.е. на вход сумматора 16 подается дополни40 T(- JIhHbIH Kog (c точностью до единицы мпадшего разряда) двоичного числа, хранящегося в этом буферном регистре, что по существу и э аме няет операцию его множения на -1. Так как первый

45 столбец матрицы Адамара состоит из

+ 1, то прямые выходы первого буферного регистра 11.1 подключаются к входам сумматора 16 без участия какоголибо коммутатора. В каждый иэ последующих тактов элементы вектора !< ум50 ножаются на поступающие со схемы формирования М-последовательности элементы циклически сдвинутых копий исходной М-последовательности. В каждый из тактсв формируется одна и-раз55 Л рядная компонента х вектора выходл ного сигнала х. Разрядность компонент

Л вектора х определяется разрядностью

ЦАП, Ф

7 1503057 8

10 (е!

Цифровому согласованному фильтру, использующему пару преобразований (О, 1) — матрицы (,), соответствует схема решающего устройства 7, представленного на (фиг,46). По сравнению с решающим устройством 7 на фиг,4а в этой схеме используется на один буферный регистр меньше, существенно упрощена схема коммутаторов, так как элементами M-последовательности так же, как и элементами матрицы Гявляются 0 и 1, и отпадает необходимость осуществлять преобразования содержимого буферных регистров в дополнительные коды, не используется второй выход БУ.

В остальном принцип работы устройства 7 на фиг.46 аналогичен принципу работы устройства 7 на фиг.4а.

До начала преобразования в регистр 12 должно быть записано нулевое начальное состояние, соответствующее или второй строке матрицы Адамара Я, или первой строке матрицы Я .

Работа решающего устройства и цифрового согласованного фильтра в целом начинается по команде "Пуск", поступающей на вход блока 17, который на своих выходах 17.1 — 17.3 формирует последовательности управляющих импульсов (фиг.5), которые обеспечивают преобразование сигналов.

Фор мул а из обретения

Цифровой согласованный фильтр, содержащий N частотных каналов, каждый из которых состоит иэ последовательно соединенных перемножителя, первый вход которого является входом частотного канала, фильтра, генератора опорных частот, выход которого подключен к второму входу перемножителя, и аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом частотного канала, решающее устройство, i-й вход которого (i

1, 2, ..., N) соединен с выходом

i-ro частотного канала, а выход решающего устройства является выходом цифрового согласованного фильтра, входом которого являются соединенные между собой входы частотных каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества фильтрации за счет сглаживания шумов аналого-цифровых преобразователей, в каждый из N частотных каналов введены последовательно соединенные канальный распределитель и аналоговый сумматор, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а 1 е входы канальных распределителей всех N частотных каналов подключены к выходу фильтра i-ro частотного канала.

1503057

OOi O» 1

О1О111О

>o» roo

О1» ОО1

1»ОО1 О

710010 1

100301 1

1503057

Пуск

Вьюад17.!

Ьиод17.2

Выход ОЯ

° ° °

l 2

1 2 З Ф S

Составитель С.Музычук

Техред М. яндык Корректор О.Ципле

Редактор О.Головач

Заказ 5085/57 Тира к 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, .Москва, Ж-3 5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

h Л Л Л Л Л

Х1 ХЯ ХЗ ð Ъ 5 к, 4