Экстремальный цифровой фильтр
Изобретение относится к цифровой обработке сигналов. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Экстремальный цифровой фильтр (ЭЦФ) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, дифференциатор 2, нуль-орган 3, элементы ИЛИ 4 и 12, компараторы 5, 9 и 10, интегратор 6, элементы 7 и 8 задержки, триггер 9, счетчик, регистры 13, 14 и 15, сумматоры 16, 17 и 18, интерполятор 19. Повышение точности фильтрации обеспечивается введением последовательно соединенных компаратора 10 и элемента ИЛИ 12, триггера 9, счетчика 11 и их соединением с узлами ЭЦФ. При наличии смеси полезного сигнала с тремя и более помехами при условии, что частота каждой последующей помехи в пять и более раз больше предыдущей, дальнейшее усложнение фильтра нецелесообразно, поскольку устранить влияние третьей и высшей помех на работу фильтра можно используя RC-фильтры, которые не вносят фазовых сдвигов полезного сигнала. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (51)5 Н 03 Н 17 06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4458073/24-09 (22) 11,07,88 (46) 07.06.90. Вюл, N" 21 (72) О,Э.Рутгайзер и А,М,Малев (53) 681,32(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
N - 1363445, кл. Н 03 Н 17/06, 1986, (54) ЭКСТРЕМАЛЬНЬЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к цифро— вой обработке сигналов, Цель иэобре— тения — повышение точнос ти фильтра— ции, Экстремальный цифровой фильтр (ЭЦФ) содержит аналого †цифров пре— образователь ), дифференциатор 2, нуль-орган 3, элементы ИЛИ 4 и 12, компараторы 5, 9 и 1О, интегратор
6, элементы 7 и 8 задержки, триггер
„.80„„15699 1 А1
9, счетчик, регистры 13, 14 и 15, сумматоры 16, 17 и 18, интерполятор
19, Повышение точности фильтрации обеспечивается введением последова— тельно соединенных компаратора 10 и элемента ИЛИ 12,,триггера 9, счетчи— ка 11 и их соединением с узлами ЭЦФ.
При наличии смеси полезного сигнала с тремя и более помехами при условии, что частота каждой последующей поме— хи в пять и более раз больше предыду— щей, дальнейшее усложнение фильтра нецелесообразно, госкольку устранить влияние третьей и высшей помех на работу фильтра можно, используя
RC-фильтры, которые не вносят фазовых сдвигов полезного сигнала, 1 ил, 1569961 с B РЕ те }(ИЕ ОТНОС},ТС Я К ЦнфРО В(3й
0<" 3а .30 "КЕ (ИГНB!10B g И})с>ЕН:„10 (устp0HC:". =1 "< 1 ИфрО ВОЙ ф>1->Ь T »B >ттт<1 Г 1» (павЂ
Лсов !!сlПЬ» <И (()аэ О >3»: !с (> св»,, а< >И И
>-> - < > 0 1)ь 3 О Б а т ь с я н ;,c T 21.> а а в т;;—
Ма :ИЧЕ T(ОГQ У!тPЯBJT»-...-}Я
112ль HBQ6p2тения — !0 BB(2Hи(точ:.0c "» фильтрации, 1>а чертеже гринед; а лектp;:ческая
cò}з кт />в<на я схе312 3)(c Tp<::!альи03 0 ци(1;
))ОновQ фильтра )КС TP21(BJIBH}.iA Ц}>ф}3ОН:,: и <ф>тат>Ь ГP
Д 2 Р) <Пс (Т с> и аЛ О Г О }(11(» 130 >3 0 и I! P 2 0 б Р с . 3 О ватель 1, диффе132}ши)ат:) 2, ну)<ьор" BH,. элемент ИДИ - .- - компа;)2 Top
5, 11 тегратор 6. -! epB! ".> и нтот>ой элp." енть> j . 8 з аде р;.,к>! Три(гор 9
Оп; т):-!и тень »ый ком}>-)pBT--> р 1 <». < Iет "i1(11 доно;)ь(})те3}ьпь}!. э) емент
}>!1 . Первый, B Tope((>) -, ре "H!I pe— ><п>т 2 гт)с " ры 1 1 з пе >3})ый H нтО рой с (с!(B тОры, < „
> т:рl>СП (ТО13 19. ВХОП 20 01!Он>(О, 3 СИГ— ч
>. сj>! т, Н,O!T 2 - >:... (>а с)сl (>< >-ЕГ>рИ 0(>пав > i»..
-- к С1 13 емс(.lь ныл, цl(с) pO>! U!1} фи т ет cпе„ > юш -. .} Об > г 3(м бх»;<<1" I cH!!)B >,, } t) : (г 1 и >(тс а> -J(i(}(>Ш(; 0 000 É; 11}ИтИB}(}О
С;,,-2> °, Г Bp 0 I)1(-} 2C KC:i Î <" ИГ 1)231(}
-;-; ° »- х (>рнчс,,} н г->-»тт }томi с;а
ПО»IC Стотс ВЫШЕ ч ЧСМ II> PBB.T ) (1(>СТУПа Ет > 1 ВХОЦЫ B}12:10 Го ЦИ> !)ОНО! О ПРЕ
051)аз
H момент переходя первой проH >ьод—
1!Ой Сс! - 1»>ЕРЕ 3 НС"!Ь СОО > Н<>т" тнт<Ю (т! HЙ !10 5! }! П 2НH)Р 3К," ТРСМа)!. T>НОГО 31(2 -:2
}>ия составляющей смеси, опред ляемой
В1 о!>Ой по! > )(0}, (т — 1 ) с}>г }(а>па < (C) >
}1 .>1>ь- о .; ан 3 чс(аэ BJ:.Cì2H T (()1 ."! нщ. ает разрешающий *Hj! ал Hа управ.— л5<)он() и Вход B});}J(от. о--<ц<1(фрo}>иго < реобpBBî(2 Г пя ", и *. ВКO <(броса HHT21—
13 » 0 Г 6 с> С т а () 2 !3 "ИВ -1 » .< 2 Ì С ñt МЬ}М
На г, г(OцЕ >.и Т<, т р2>тО р а 6 Нулi»B 02
>IUCJ(2 > гО )}(}((05<ж ИЕ HB ь -ь>.с»с- H}iтеграто ра 6 >: а -(инс! гч ноз—
pIlc:,ат > H 2cJ!H }(<)явлен}ie сл(,ó}oø2ãî
Чанп:(Яа<-с>1<((01 0 »2»-; О-«; » < И>
}(:}л - Вьг(ода нуль -<)р} 2>.2 ч<-рез деме:T.T !11.,}(1 > снова г) TBitoY!H ",-:B н>»ходе IHT егратора 6 нулевое H=I!Ipя-)-„П Я П -»Я Э ТОМ BL:3(OД „"-.: Нан.)вжЕНИ 2 гает уровня раоатьн= ния ко">12ðà- оBë2}i2}I TB ИЛ}1 4 ус-ановит на выходе аналого-цифрового преобразователя сформированный код текущего экстре— му (а Х-.(< ), который поступит на первый вход дополнительного ком:}Bpa—
T0Нс1 1 О И На ВХОП ПЕрв01 0 Э„-; !< }ITB задержки. 8 этот же момент време<)H с ньхода первого элемента 7 задержки на
8XOiI B То РОГО ЭЛем2 Н > B 8 3 ссД2 Ржки (10 ступает код предыдущего экс1 ремума
Х. ()-1) сигнала Z(t) > и с выхода второго элемента 8 задержки код экстремума Х. (}-2), предшес.вую>><ий коду Х (1.-1), поступает на Второй вход дополнительногo комп«ратора 10, который сравнивает коды Х (}) и - з
Х Э(3-2) со Знаком "ме-:üøå" > если происхо (и! увелич=пие м: понепного
"- <ачения составля.<)(<(ей} с()н нала z(t), 0!i< еделяемОЙ пе}3ВОЙ !10)мехоЙ, Hпll c(>< з;аком -о)}вше . еспи мг . Венное
:3>!аченис уменьшаетг.я . (1ри BBB}îj:>l< Hl>H у i } H : . -15< (l) <> . (I. (. ни я 11 а н ь(х о, 12 до:, о: >
H .;. Hò, :,(1 O ОМПа . а 1> О >) }! 0 U.ЯВ ПЯС.(—
C)l C ИГ klс}>:, 11ОС ТУ Il d(OL> Ий HB !!>B PB ili
BJ(oö до }ол iliтел}пп>го "H2>" с}-; га }}. 8! . 1.,, l3!-,õîäêîé сиг.i2л к(}1«рого р::ярcl!:2<:T з "лись ((oj};t -e!< y>J,>cão к с-> р(: му< :а Х
> (О О т н p с т }! у кш, и й! . 3 l с т р (. . 1231!.. } I о } i% > н (l =
H H 1O С О С т а В:1 Я <О и Е >".. O П Р Е .1 Е: Я В- М О и >3 1 О Р: 3 i i помехой, который ::pHH i!!Båòcÿ . . Код экстремума первой помехи смес>. Y (, »). а н пернь}й регистр 13, Од}то}>ре:!е <(,с ь>3 второй регистр 1- переп} сь.BBc". -.. ко,.
ПРЕДЫДУЩЕГО ЭКСТРЕМт<Ма <- — ) . 3(P;jня(аийс я B It 2pBQM ре ГHc тр, . 3 „ тре THI! регистр 15 записывается код
1 —, >. ) . j > XPd}I!IB IJ})ЙСЯ 3С> ВЧ i. . PU)!
;« k)<3BHcòре }! » ">0< 2 о- О. cl Ãí «ьг(ОДа ДОПЭЛНИтс-}Ь) О = V UМПОРа )OPB 3 >тост 3>н 221 HД ЬXO,! pH) 1 (» .с> оТ >1)ый >iзм -.!i5!(-:т э)lак сpBB}}<(нн>! д0 полните:и, .ого ком»ара=:с рс . О на противо;-<03)о:.)ный „этот же снгti-:;. сб расына"-т счетчик 1 1 > подо читы -aloший }(oличество импульсов с ньK!)да эс>ес!BHòB 4<11< > c к(.эффи > iP!i о:(=ч(.. та }1, Сформ)(рован(<ь:е коды с вь" одо перногго ) 3 и }!торо}-0 1>> -!p: --,1- -.р в н соответствии с алгоритмом рабс-.ы известного фильтра поступают на вхс— ды первого сумматора 16. а с вьходов Второго !2} и третьего 15 pBBHc TpoB на вход второ го сумматора 17, >3 B THх сумматорах коды сум:: Y(j ) + < (j — ) э 1 и . ч} э(1 1)»ь ((j 2 сдвига!< Tcя на два рс}э ряда BI! рс>ВО, ЧТО 2>(B HB ан ЕН 1 }>О «теле}(ию этих сумм н2 -,;ть<-.. l . 1å 156996) чего, сднинутые коды поступают на третий сумматор !8, где, складываясь, образуют код отфильтрованного сигнала, который поступавт на интерполятор 19, на выходе которого формируется непрерывный сигнал, Если появление экстремума Хн(д) не произойдет в заданный период Т, что соответстну— ет исчезновению второй помехи, то в соответствии с алгоритмом работы известного фильтра напряжение иа выходе интегратора 6 возрастает до уровня срабатывания компаратора 5,на выходе которого сформируется импульс, который через элемент ИЛИ поступит на управляющий вход аналогo— цифрового преобразователя 1, на ны— ходе которого сформируется код текущего H eHH Z(t), Этот импульс сбрасывает интегратор 6 на ноль, Напряжение на -его выходе снова нозрастет до уровня срабатывания компаратора 5, на ныходе которого появится импульс, который сбросит интегратор 6 на ноль. Период повторения импульсон ранен Т, В этом случае н элемен— тах 7 и 8 задержки задерживаются це экстремумь|, а текущие значения сН1 íà.òà,êîòîðûå, сравниваясь B допол— нительном компараторе 10, так же, как и экстремумы X (t) определяемые нто— рой помехой, позволяют находить экстремумы Y (t), соответствующие экстремальным значениям составляющей, определяемой первой помехой, Усредняя полученные экстремумы у (), фильтр позволяет получить на нь.ходе интерполятора 19 полезный сигнал, Если счетчик 11, подсчитывающий количество импу |ьсон с выхода элемен— та ИЛИ 4 с коэффициентом счета N переполняется, что соответствует исчезновению первой помехи, то на выходе переполнения счетчика 11 появляется сигнал, поступающий на второй вход элемента ИЛИ 12, выход— ной сигнал которого позволит запомнить н ре истрах 13 — 15 значения не экстремумов уэ(t) первой помехи, а текущие значения экстремумов X(t) второй помехи или текущие значения сигнала Z(t), в случае исчезновения обеих помех, соответствующие моменту переполнения счетчиков 11, Эти значения, усредняясь как экстремумы 7 (t) позволяют получить на выходе Э интерполятора 19 полезный сиг нал . При наличии смеси полезного сигнала с тремя и более помехами при условии, что частота каждой последукяцей помехи в пять и более раз больше предыдущей, дальнейшее усложнение схемы фильтра нецелесообразно, поскольку устранить влияние третьей и высших помех на работу фильтра можно, используя простейшие RC-фильтры, Такие фильтры, настроенные на третью помеху, практически не вносят фазовых сдвигов полезного сигнала, 15 Таким образом, введение вьппеуказанной совокупности блоков и связей между ними позволяет ослабить требования к нходному сигналу и увеличить р точность цифрового фильтра ° Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я Экстремальный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные аналого †цифров преобразователь, первый и второй элементы задержки, последовательно соединенные дифференциатор, вход которого соединен с входом аналого-цифроного преобразователя и является входом экстремального цифрового фильтра, нуль-орган и элемент ИЛИ, интегратор и компаратор, ныход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого сое35 динен с управляющим входом аналогоцифрового преобразователя, а также первый, второй и третий регистры, входы записи которых объединены, первый и второй сумматоры со сдвигом на два разряда вправо, первые входы которых соединены с выходами первого и третьего регистров соответственно, а вторые входы первого и второго сумматоров со сдвигом на два разряда вправо подключены к выходу второго регистра, третий сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго сумматоров со сдвигом на два разряда вправо соответственно и интерполятор, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход интерполятора является выходом экстремального цифро55 вого фильтра, входами сигнала интег- рирования и опорного сигнала которого являются сигнальный вход интегратора и второй вход компаратора соответственно, причем вход первого реги1569961 Составитель С.Музычук Техред g,Äèäûê Корректор Т,Палий Редактор В.Бугренкова Заказ 1456 Тираж 656 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,.101 стра соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повыпения точности фильтрации, введени последовательно соединенные дополнительные компаратор и элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом записи первого регистра, триггер, выход которого соединен с управляющим входом дополнительного компаратора, первый и второй входы которого соединены с выходами айалого-цифрового преобразователя и второго элемента задержки соответственно, и счетчик, счетный вход и выход которого соединены с выходом элемента ИЛИ и вторым входом дополнительного элемента ИЛИ соответственно, а вход сброса счетчика соединен с входом триггера и выходом дополнительного компаратора, причем вход и выход второго регистра соединены с выходом nepaqro и входом третьего регистров соответственно.
