Нелинейный цифровой фильтр

 

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае èl) А2 (g))$ Н 03 Н 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И QTHPbtTWIM

ПРИ fHHT СССР

Н 44TOPCMOMV 44ИЮ4т4444444 (61) 951653 (21) 468 1049/2м-09 (22) 21, 0 87 (46) 30. 04. 91 . Бюп. Ф 16 (72) В.Х. Закиров, И.Н. Карельский и Н.И. Тодорук (53) 621.396.96(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 951653, кл. Н 03 Н 17/04, 1980прототип . (54) НВЛИНЕЙНЫЙ ЦИФРОВОИ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к области радиотехники, может быть использовано для фильтрации результатов измерений физических параметров, выраженных цифровым кодом и является усовершенствованием изобретения по авт.св. 951653.

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

На чертеже приведена структурная схема нелинейного цифрового фильтра.

Нелинейный цифровой фильтр содержит блок сравнения 1, первый двухсторонний ограничитель 2, сумматор 3, первый нерекурсивный фильтр 4, второй нерекурсивный фильтр 5, второй двухсторонний ограничитель 6, квадра-. тор 7, третий нерекурсивный фильтр 8, блок 9 вычисления квадратного корня, первый блок задержки 10, первый н второй дополнительные блоки 11 и 12 срав2 точности фильтрации. Нелинейный цифровой фильтр содержит блоки 1,11 и

12 сравнения, двухсторонние ограничители 2 и 6, сумматоры 3 и 14, нерекурсивные фильтры 4,5 и 8, квадратор

7, блок 9 вычисления квадратного корня, блоки 1О и 13 задержки. В данном фильтре точность фильтрации относительно медленно изменяющегося физического параметра сохраняется, а точность фильтрации при относительно быстрых изменениях физического параметра повьппается, чем и достигается цель изобретения. 1 ил .

1 нения, второй блок задержки 13 и дополнительный сумматор 14.

Нелинейный цифровой фильтр работает следующим образом.

Так как реальные законы измерения физического параметра во времени достаточно точно описываются полиномами

k-й степени, то в функции дискретных отсчетов на интервале усреднения первым нерекурсивным фильтром 4 модель изменения физического параметра будет иметь вид

oL(n-n, )О о+о(,(n-п )+ ((и-n ) +...+

+0(„(п-и )" + (и) + (й) (1) где h,, i = 1,2. ..,k — коэффициенты полинома; — отсчеты некоррелированного гауссова шума (флуктуационная составляющая ошибки) 1646049

2 с исперсией 0 и нулевым () средним, редкие во времени аномаль(п) ные отклонения реэульта5 тов измерений.

В установившемся режиме при отсутствнн аномальных отхлоненнн | „ отвнцательная обратная связь от дополнительного сумматора 14 к блоку сравне- 10 ния 1 компенсируется положительной обратной связью от дополнительного сумматора 14 к сумматору 3. Поэтому результаты измерения физического параметра через блок сравнения 1, первый двухсторонний ограничитель 2 и сумматор 3 непосредственно поступают в первый нерекурсивный фильтр 4 для усреднения. При наличии случайных аномальных по амплитупе отклонений резуль70 татов измерений („1 первый двухсторонний ограничитель 2 существенно уменьшает их, ограничивая сверху и снизу.

Кроме того, центрированные реэуль- 25 таты измерений физического параметра с выхода первого двухстороннего ограничителя 2 через второй блок задержки

13 поступают на второй вход второго дополнительного блока 12. На его пер- 30 вый вход поступают задержанные во времени в первом олоке задержки 10 и g центрированные в первом дополнительном блоке 11 результаты измерения физического параметра, Образованная для 3g результатов измерений мостовая (во времени) схема, одной ветвью которой являются последовательно соединенные блок сравнения 1, первый двухсторонний ограничитель 2 и второй блок за- 40 держки 13, а второй ветвью являются последовательно соединенные первый блок задержки 10 и первый дополнительный блок 11, позволяет скомпенсировать во втором дополнительном блоке 45

12 флуктуационную составляющую ошибки, „)и случайные аномальные по амплитуде отклонения результатов измерений „1, При этом, на выходе второго дополнительного блока 12 выделяется сигнал ошибки. вызванной приращением физического параметра, который, суммируясь в дополнительном сумматоре

14 с оценкой, образующийся в первом нерекурсивном фильтре 4, частично компенсирует ее ошибку, вызванную приращением физического параметра.

Ограничившись первыми тремя членами полинома модели (I) ошибку, вызванную приращением в момент (п +ш)-го отсчета физического параметра в предлагаемом устройстве приближенно можно записать как

Л л Ш <(> + ) о 2 (2) Одновременно с этим отсчеты с выхода первого двухстороннего ограничителя 2, которые являются результатами оценок приращения физического параметра, поступают во второй нерекурсивный фильтр 5, в котором производится их усреднение. Оценки приращения физического параметра, образующиеся во втором нерекурсивном фильтре 5, поступают во второй двухсторонний ограничитель 6. Если их величина превышает верхнии или становится меньше нижнего порогов ограничений, то с выхода второго двухстороннего ограничителя 6 подается сигнал в первый нерекурсивный фильтр 4, в первый блок задержки

10 и во второй блок задержки 13. По этому сигналу уменьшается количество ш регистров первого нерекурсивного фильтра 4, которые задействованы при оценке параметра, а также уменьшается количество регистров первого 10 и второго 13 блоков задержки. При этом количество регистров блоков задержки

10, 13 всегда равно половине количества регистров первого нерекурсивного фильтра 4, Кроме того, кодовые отсчеты с выхода первого двухстороннего ограничителя 2 поступают через квадратор 7, третий нерекурсивный фильтр 8 и блок

9 на управляющий вход второго двухстороннего ограничителя 6. Отсчеты выхода блока 9 представляют собой оценки среднеквадратического отклонения результатов измерений. По ним во втором двухстороннем ограничителе 6 величина порогов устанавливается из условия

К „3 Д ., Таким образом, за счет изменения порога второго двухстороннего ограничителя 6 пропорционально оценке среднеквадратического отклонения результатов измерений исключается влияние ухудшения точности измерений на оценку приращения физического параметра, Зависимость полной ошибки фильтрации от количества m регистров первого нерекурсивного фильтра 4 для предлагаемого устройства приобретает вид 5

= 0(12

1646049

Ьй (n +m,) Таким образом, эа счет введения в устройство новых элементов точность фильтрации предложенным устройствои относительно медленно изменяющегося физического параметра сохраняется, а точность фильтрации при относительно быстрых изменениях физического параметра повышается, чем и достигается поставленная цель. (3) а уравнение баланса формула изобретения

Ш (5) Я 20

Ф

С„- Сч+

Составитель С. Музычук

Техред Л.Олийнык Корректор Н.Ревская

Редактор Н. Коляда

Заказ 1555 Тираж 455 Нодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

0a z 3 фс

m б 2m э (4)

Оптимальное количество регистров

m,, = ш,„где m1 удовлетворяет уравнению (4) для предлагаемого устройства существенно превышает оптимальное количество регистров для прототипа, удовлетворяющее уравнению (4).

Следовательно, оптимальная точность фильтрации относительно быстро изменяющегося параметра предлагаемым устройством будет значительно выше, чем у прототипа.

В случае отсутствия относительно быстрых изменений физического параметра (О(; = О, i 1,2,...,k) ошнока, выделяемая на выходе второго дополнительного блока 12, близка к нулю. Следовательно, в предлагаемом устройстве не ухудшается точность фильтрации при отсутствии относительно быстрых изменений физического параметра,в сравнении с прототипом.

Нелинейный цифровой фильтр по авт.св. Ф 951653, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены последовательно соединенные первый блок задержки, вход которого подключен к первому входу блока сравнения, первый и второй дополнительные блоки сравнения, а также второй блок задержки, выход которого подключен к первому входу сумматора, последователь. но с нерекурсивным цифровым фильтром подключен дополнительный сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго блока задержки, к управляющим входу которого и входу первого олока задержки подключен выход двухстороннего ограничителя, а второй вход первого дополнительного блока сравнения подключен к второму входу блока сравнения.