Нелинейный цифровой фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Нелинейный цифровой фильтр (НЦФ) содержит блок 1 сравнения, двусторонние ограничители 2 и 7, нерекурсивные фильтры (НФ) 5, 6, 9, 11, 12, 16 и 4, квадратор 8, блок 10 вычисления квадратного корня, компаратор 13, преобразователь 14 задержка-код, сумматоры 3 и 15. Поставленная цель достигается введением НФ 11 и 12, их подключением с выходом двустороннего ограничителя 2, последовательным соединением компаратора 13, подключенного к НФ 11 и 12, преобразователя 14, сумматора 15, соединенного вторым входом с преобразователем 14, и НФ 16, подключением выхода сумматора 3 с входом НФ 5 через НФ 4, управляющий вход которого подключен к выходу НФ 16. Поставленная цель достигается при наличии в составе погрешности измерений гармонической составляющей. Появление гармонической составляющей приводит к настройке НФ 4. При изменении числа отсчетов за период следования гармонической составляющей погрешности (изменении ее периода следования либо периода квантования) устройство автоматически изменяет число регистров памяти в НФ 4, которые задействованы для оценки. Тем самым обеспечиваются самонастройка и автоподстройка в процессе фильтрации. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 И1) (51) 5 Н 03 Н 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО И306РЕТЕНИЯЧ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 951653 (21) 4453692/24-09 (22) 04.07.88 (46) 07.06.90. Бюл, 11 21 (72) В.Х,Закиров и Н.П. Тодорук (53) 621.396,96(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 951653, кл. Н 03 Н 17/04, 1980. (54) НГЛИНЕЙНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точнбс ти филь трации. Нелинейный цифровой фильтр (НЦФ) содержит блок

1 сравнения, двусторонние ограничители 2 и 7, нерекурсивные фильтры (НФ) 5, 6, 9, 11, 12, 16 и 4, квадратор 8, блок 10 вычисления квадратного корня., компаратор 13, преобразователь 14 задержка — код,. сумматоры

3 и 15. Поставленная цель достигается введением НФ 11 и 12, их подключением с выходом двустороннего ограни2 чителя 2, последовательным соединением компаратора 13, подключенного к

НФ 11 и 12, преобразователя 14, сумматора 15, соединенного вторым входом с преобразователем 14, и НФ !6, под-,. ключением выхода сумматора 3 с входом

НФ 5 через НФ 4, управляющий вход которого подключен к выходу НФ 16.

Поставленная цель достигается при наличии в составе погрешности измерений гармонической составляющей.

Появление гармонической составляющей приводит к настройке НФ 4. При изменении числа отсчетов за период следования гармонической составляющей погрешности (изменении ее периода сле- дования либо периода квантования) е устройство автоматически изменяет число регистров памяти в НФ 4, которые задействованы для оценки. Тем, С самым обеспечиваются самонастройка и автоподстройка в процессе фильтрации. 1 ил.

lan@

1569956

Ивобретение относится к радиотех-. нике, может быть использовано для фильтрации результатов измерений физического параметра, выраженных цифровым кодом, и является усовершенствованием изобретения по авт.св.

У 951653.

Цель изобретения - повышение точности фильтрации за счет наличия в составе погрешности измерений гармонической составляющей, На чертеже приведена электрическая структурная схема нелинейного цифрового фильтра, 15

Нелинейный цифровой фильтр содержит блок 1 сравнения, первый двусторонний ограничитель 2, сумматор 3, седьмой, первый и второй нерекурсивные фильтры 4-6 соответственно, вто- 20 рой двусторонний ограничитель 7, квадратор 8, третий нерекурсивный фильтр 9, блок 10 вычисления квадратного корня, четвертый и пятый нерекурсивные фильтры 11 и 12 соответ- 25 ств енно, компаратор 13, преобразователь 14 задержка — код, дополнительный сумматор 15 и шестой нерекурсивный фильтр 16.

Нелинейный цифровой фильтр работа- 30 ет следующим образом.

В установившемся режиме при отсутствии случайных аномальных искажений. отрицательная обратная связь от первого нерекурсивного фильтра 5 к блоку 1 сравнения компенбируется положительной обратной связью от первого нерекурсивного фильтра 5 к сумматору 3. Поэтому результаты измерений физического параметра через блок 1 сравнения, первый двусторонний ограничитель 2, сумматор

3 непосредственно поступают в седьмой и первый нерекурсивные фильтры 4 и 5.

Седьмой нерекурсивный фильтр 4 имеет а первый нерекурсивный фильтр 5

N регистров для записи результатов последовательных во времени измерений с целью из усреднения, При нали-чии аномальных по амплитуде отклонеl нйй результатов.измерений первый двусто"О рочний ограничитель 2 существенно уменьmac T их, ограничив ая сверху и снизу °

В дальнейшем производится линейная обработка кодовых отсчетов. Кодовые .

55 отсчеты с выхода первого двустороннего ограничителя 2, которые являются результатами оценок приращений параметра, поступают во второй нерекурсивный фильтр 6, в котором производится усреднение оценок приращений. Таким образом, кодовые отсчеты на выходе второго нерекурсивного фильтра 6 представляют собой оценку дифференциала измеряемого параметра Во в1.емени, которая поступает во второй двусторонний ограничитель 7. Если ее величина превышает верхний или становится меньше нижнего порогов ограничений, т.е. Если изменения параметра превышают допустимые пределы, то с выхода второго двустороннего ограничите-. ля 7 подается сигнал в первый нерекурсивный фильтр 5, По этому сигналу уменьшается число регистров этого фильтра, которые задействованы при оценке параметра, Если оценка дифференциала измеряемого параметра на входе второго двустороннего ограничителя 7 входит в пределы порогов ограничения, то число регистров первого нерекурсивного фильтра 5 увеличивается, Кроме того, кодовые отсчеты с выхода первого двустороннего ограничителя 2 поступают через квадратор

8 в третий нерекурсивный фильтр 9, в котором производится оценка усредненного значения дисперсии ошибок измерений, Оценка с выхода третьего нерекурсивного фильтра 9 поступает в блок 10 вычисления квадратного корня, отсчеты на выходе которого представляют собой оценку величины среднеквадратического отклонения измерения. Этот сигнал подается на управляющий вход второго двустороннего ограничителя 7, Если точность измерений уменьшается, то абсолютная величина порогов этого ограничения увеличивается, При увеличении точности измерений происходит обратный процесс, Этим самым исключается влияние уменьшения точности измерений на оценку приращения измеряемого параметра, а следовательно, на число регистров первого нерекурсивного .фильтра 5, которые задействованы при усреднении результатов измерения физического параметра, Одновременно кодовые отсчеты с выхода первого двустороннего ограничителя 2 поступают в четвертый 11 и пятый 12 нерекурсивные фильтры, Как правило, оценка периода следования гармонической составляющей с некоторой погрешностью известна

5 1569956 априори. Поэтому число отсчетов, одновременно усредняемых четвертым 11 и пятым 12 нерекурсинными фильтрами, устанавливают постоянным. В этом

5 случае, разность между оценками на m .(2К+1) в ых одах э тих не рек урс ив ных филь т ро в для гармонической составляющей погрешности во много раз больше аналогичной для независимых, нормально распределенных ошибок. Это обстоятельство позволяет путем сравнения оценок на выходах четвертого 11 и пятого 12 нерекурсивных фильтров в компараторе 13 сформировать сигнал, соответствующий моментам начала превышения одного кодового отсчета другим.

Очевидно., что промежуток времени (количество отсчетов) между соседними сигналами с выхода компаратора 13 Ю с некоторой погрешностью, определяемой воздействием разности остатков независимых, нормально распределенных ошибок, будет являться оценкой половины периода гармонической составляю- Я5 щей погрешности. Сигналы с выхода компаратора 13 поступают в преобразователь 14, на выходе которого образуется последовательность кодовых отсчетов.оценок полупериода гармонической составляющей, которые удваиваются дополнительным сумматором 15. Сфор миронанные оценки периода следования гармонической составляющей уточняются в.шестом нерекурсинном фильтре 16 кодом оценки периода следования, с выхода которого устанавливается строго соответствующее числу отсчетов за период количество регистров седьмого нерекурсивного 40 фильтра 4, задействованных для усреднения, Тем самым обеспечивается настройка седьмого нерекурсивного фильтра 4 по условию 1/n = l 1E 1,L.

Поскольку в предлагаемом устройстве 45

1 усреднение отсчетов происходит последовательно: вначале н седьмом нерекурсивном фильтре 4, а затем в первом н . рекурсивном фильтре 5, то оценка фильтруемого процесса будет . 50 равна

Y (отсчеты фнльтруемого процесса; оценки фильтруемого процесса; количество одновременно усредняемых отсчетов; отношение количества л у i

1 пТ

f0 одновременно усредняемых отсчетов к числу отсчетов за период изменения ошибки.

При этом выражение, характеризующее точность фильтрации имеет вид

G ((Су. (2)

Анализ полученного ныражения (2) показывает, что последовательное включение седьмого и первого нерекурсивных фильтров 4 и 5 не ухудшает качество фильтрации измерений, содержащих независимые, нормально распределенные ошибки н сравнении с известным фильтром, Это объясняется тем, что в отсутствие гармонической составляющей погрешности число 1 близко к единице, поскольку оценки с выходов четвертого и пятого нерекурсивных фильтров 11 и 12 практически сонпадают и, следовательно, седьмой нерекурсивный фильтр 4 фактически исключается из схемы устройства, т.е, восстанавливается схема известного фильтра. Появление гармонической составляющей погрешности приводит к настройке седьмого нерекурсивного фильтра 4 и, следовательно, к снижению гармонической составляющей. Нри изменении числа отсчетов за период следования гармонической составляющей погрешности (изменении ее периода следования, либо периода квантования) устройство автоматически изменяет число регистров памяти 1 седьмого нерекурсивного фильтра 4, которые задействованы для оценки. Тем самым обеспечивается как самонастройка устрой, ства на максимальное качество .фильтра, ции гармонической составляющей по грешности, так и автоподстройка в

«К процессе фильтрации. л ° бY (— - с. — — — — -. Y э (1)

2 К +1 i-к 2f +1;,< где (2(г +1) 1 - количество одновре- 55 @ о р м у л а и з о б р е т е н и я менно усредняемых отсчетов во вспомога- Нелинейный цифровой фильтр по тельном фильтре 4 авт.св. В 951653, о т л и ч а ю— (1 Е i,ä)ð шийся тем, что, с целью повыше)569956

Составитель С.Муэычук

Техред g,,Пидык . Корректор В.Гирняк

Редактор В,Бугренкова

Заказ l456 Тираж 655 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101 иия точности фильтрации, введен четвертый и пятый нерекурсивные фильтры, входы которых соединены с выходом первого двустороннего ограничителя, последовательно соединенные компаратор, первый и второй входы которого соединены.с выходами, четвертого и пятого нерекурсивных фильтров соотВетственно, преобразователь задержка - код, дополнительный сумматор, .второй вход которого соединен с выходом преобразователя задержка - код, и шестой нерекурсивный фильтр, а выход сумматора соединен с входом первого нерекурсивного фильтра через седьмой нерекурсивный фильтр, управляющий вход которого подключен к выходу шестого нерекурсивного фильтра.