Цифровой интерполирующий фильтр

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕОЪБЛИН

<18) И1) А1 (рц Н 03 Н 17/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

IEN563es

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4472360/09 (22) 12.07.88 (46) 30,05.91, Ъюл. Р 20 (72) H.Н.Козлов, Ю.А.Корнеев, Д,Ю.Красных, P.À.Ìÿëüê и В.В.Томашевский (53) 621.396.6(088.8) (56) Гольденберг Л,М. и др. Цифро.вая обработка сигналов. Справочник. М.: Радио и связь, 1985, с.53, рис.2.6. (54) ЦИФРОВОЙ ИНТЕРПОЛИРУЮЩИЙ

ФИЛЪТР (57) Изобретение относится к средствам обработки экспериментальной информации. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования интервала памяти фильтра.

Цифровой интерполирующий фильтр содержит накапливающий сумматор 1, делитель 2, блок 12 управления, состоящий из счетчика 13 и цифрового компаратора 14, и квадратичный

2 интерполятор 16, состоящий из регистров 3-6, весовых блоков 7-10 и сумматора 11. За счет использования управляемых весовых блоков 7-10, в которых производится управление весами в зависимости от положения текущего момента времени относительно узлов интерполяции, в интерполяторе 16 осуществляется симметричная квадратичная интерполяция (СКИ) значений текущего среднего.по четырем отсчетам. Применение СКИ позволяет формировать с малой полной ошибкой фильтрации оценку среднего значения процессов с динамично изменяющимся во времени нестационарным средним значением. При этом интервал памяти фильтра определяется интервалом группирования отсчетов и„ . Изменение значения двоичного кода и „Р подаваемого на управляющий вход устройства, обеспечивает изменение интервала памяти. 5 ил.

1653112

Изобретение относится к средствам обработки экспериментальной информации и может быть использовано при обработке н реальном мас5 штабе времени случайных процессов, представляющих собой аддитивную смесь случайной низкочастотной компоненты и дискретного белого (высокочастотного) шума. 10

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования интервала памяти фильтра.

На фиг. 1 приведена электриче- 15 ская структурная схема цифрового интерполирующего фильтра, на фиг. 2 и

3 — временные диаграммы, поясняющие

его работу; на Фиг. 4 — пример выполнения весового блока; на фиг.5 — 2p графики функций, реализуемых функциональными преобразователями.

Цифровой интерполирующий фильтр содержит накапливающий сумматор 1, первый делитель 2, регистры 3-6 с пер-15 ного по четвертый, весовые.блоки 7-10 с первого по четвертый, сумматор 11, блок 12 управления, счетчик 13, цифрозой компаратор 14, второй делитель

i5 и квадратичный интерполятор 16.

Весовой блок содержит Функциональный преобразователь 7-1 и умножитель 7-2.

Цифровой интерполяционный фильтр работает следующим образом.

Обрабатываемый процесс (Х, в параллельном двоичном коде подается на вход цифрового интерполирующего фильтра (фиг.За) . На тактовый вход интерполирующего фильтра подаются тактовые 4р импульсы ТИ (фиг.Зб), определяющие шаг g t временной дискретизации входного процесса. Двоичный код, соответствующий длине интервала группирования п, подается на управляющий 45 вход фильтра, который соединен с вторыми входами первого 2 и второго 15 делителей, цифрового компаратора 14.

Блоком 12 управления, включающим счетчик 13 и цифровой к:омпаратор 14, 5О формируются импульсы„ следующие с периодом и, Ь.t (фиг.2 .б,в, фиг.З в), Подаваемые на вход сброса накапливаюшего сумматора 1 и тактовые входы пер-. вого 3, второго 4, третьего 5 и четвертого 6 регистров.

На выходе накапливающего сумматора 1 íà i-том шаге временной дискретизации формируется сумма = Ф рр ( х; (1) rP1

Текущий i-тый шаг интерполяции (и дискретизации) предстанляется в виде

v(i) =

=и„+ v г 1 Р (2) где n „ — интервал группирования, — номер ближайшего узла интерполяции, расположенного слева от текущего интервала временной дискретизации; ч — номер текущего интервала дискретизации, отсчитываемый от ближайшего (слева) узла интерполяции:

v.- "О, (п„-1), j = E()

9 (3) где Е(° ) — целая часть числа..

На выходе первого делителя 2 . формируются нормированные- значения (фиг.Ç r): у (i) = у(1) (4)

1 и, В интервалах дискретизации, соответствующих узлам интерполяции, на выходе первого делителя 2 формируются отсчеты (фиг.З r): Н(1) =

v, 1 1 н " п„п„„п,, (6) Коды переменной v„(i) подаются на вторые (управляющие) входы уп1 1 (1 ) при у = у = — > (5)

") п р 5 пг„-. )

Г . Р.1 которые по синхроимпульсам, формируемым на выходе цифрового компаратора 14 (Фиг.Зв), записываются в ,,первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 регистра (при этом последо вательно соединенные регистры,3-6 образуют регистр Сдвига).

Синхр6импульсы на выходе цифрового компаратора 14 (фиг.Зв) формируются в интервалах дискретизации, соответствующих узлам интерполяции.

Код переменной формируется на выходе счетчика 13. На выходе второго делителя 15: формируются коды нормированных значений переменной

1653132 равляемьж первого 7, второго 8, третьего 9 и четвертого 10 весовых б локов, на первые входы которых подаются соответственно двоичные коды отсчетов

У, 3+1, Ун» J -u» 3 у, j-2.

Благодаря применению управляемых весовых блоков, в которых произво" дится управление весами в зависимости от положения текущего момента времени относительно узлов интерполяции, в интерполяторе 16 осуществляется симметричная квадратичная интерполяция значений текущего средл него m)((i) по четырем отсчетам у

И»

j+1 yH J, н, j-1, у< даваемые на первые входы весовых блоков.

Симметричная квадратичная интерполяция реализуется следующим образом: а) по трем отсчетам у j-2 у

33»

j-1, y>, j формируется левый интерполирующий полином

Уи» J 2» Ун» J 1» Ун

= У„, j-2 +(yH, j 3 Ун, j-2)"

»() — »» (1) ) + — (У, J-2 — 2У, 3-1 +

+ y„, j) и(1)(1+vH(i) (7) б) по трем отсчетам у„, j -1, у„, j, у, j+1 формируется правый интерполирующий полином

-3 " Ун j, -н

= y, .3-1 + (Ун, 3 — y J-1) v (i)

+ (Ун 1 + 2ун 3 + - )(» J+ )" (8) ) v„(i) (vÄ ) i) — 1), P(() = р(», (p(() + Pg(v„(())) (9) В выражениях (7), (8) переменная

v<(i) определяется согласно формуле (б ) .

Симметричньй относительно интервала оценивания (j- 1) ...j интерполирующий полином формируется как среднее значение левого и правого интерполирующих полиномов: л

0ценка текущего среднего )))„(1) в каждый момент времени 1 равна значению интерполирующего полинома Р(1): л

m (i) = y» (i) = Р (i ун j-2 ун

Ун 3 Ун J+1) (10) Формирование левого Р1(1), правоlp го Р (1) и симметричного Р(1) интерполирующих полиномов поясняются эпюрами фиг,Зе. Подставляя выражение (7), (8) в (9) и приводя подобные члены, можно записать

Р(1) = A(vH(i) ) ун, j 2 + B(vs (i) ) у

j 1 + C(v (i)) yH j + (и( х Ун» 3+1

Формирование каждого слагаемого, входящего в выражение (10), осуществляется управляемыми весовыми блоками 7-10, на первый вход которых подаются отсчеты ун, а на второй вход— переменная v„(i). Благодаря этому значения коэффициентов А, В, С, D в формуле (11) изменяются в зависимости от положения текущего момента

3р времени i относительно узлов интерполяции (j-1)...j, интервал аргументов между которыми и является интервалом интерполяции. При переходе аргумента i через узел интерполяции происходит сдвиг четырех участвую35 щих в процедуре интерполяции отсчетов у „ на один узел вправо.

Применение симметричной квадратичной интерполяции позволяет фор40 мировать с малой полной ошибкой фильтрации оценку среднего значения процессов с динамично изменяющимся во времени нестационарным средним значением. При этом интервал памяти

45 интерполирующего фильтра определяется интервалом группирования отсчетов Brp

Изменение интервала сглаживания (интервалы памяти) в предлагаемом

gp устройстве не влечет за собой изменения объема аппаратурных затрат и обеспечивается изменением значения двоичного кода п » подаваемого на управляющий вход устройства. При этом изменяется период следования импульсов с выхода цифрового компаратора 14» которые соответствуют расстоновке узлов интерполяции на временной оси (фиг.3 в, г, д).

1б 53132 ч z (v„-.1)

А н (12) 2

4-3 vu "чн .

B(v) 4 ) (13) 2

5чн — v н

И 4 (14) (15) (1)

Структура весового блока 7 непосредственно следует из выражения (11) и приведена на фиг, 4 (весовые блоки 8-10 имеют аналогичную структуру), где 7-1 — функциональный преобразователь, реализующий функцию

A(v ) (блоки 8-10 реализуют соотН ветственно функции В(чН), С(чн), D(v„)), 7-2 — умножительн

Функции, реализуемые функциональными преобразователями 7-1 8-1, 9-1, 10-1, имеют вид: Из приведенных выражений видно, что A(v ) = 0(чн). Графики функций

A(vt,),:В(vg), С(чн) D(vu) прин денны на фиг.5, Формула и з обретения

Цифровой интерполирующий фильтр,содержащий квадратичный интерполятор,, выполненный в виде сумматора, первого, второго, третьего, и четвертого весовых .блоков и последовательно соединенных первого, второго, третьего и четвертого регистров, выходы которых соединены через соответ- ствующие весовые блоки с первым, вторым, третьим и четвертым входами

5 сумматора соответственно, а также блок управления, первый выход которого соединен с тактовыми входами регистров с первого по четвертый, отличающийся тем, что, с целью расширения фнукциональных возможностей за счет обеспечения регулирования интервала памяти фильтра, в него введены последовательно соединенные накапливающий сумматор и первый делитель, выход которого соединен с входом первого регистра, и второй делитель, .выход которого подключен к вторым входам всех весовых блоков, а блок управления выполнен в виде последовательно соединенных счетчика, вход которого является тактовым входом блока управления и соединен с тактовым входом на25 капливающего сумматора, и цифрового компаратора, выход которого является первым выходом блока управления и соединен с входами сброса накапливающего сумматора и счетчика, выход которого соединен с первым входом второго делителя,второй вход которого соединен с вторыми входами первого делителя и цифрового компаратора и является управляющим входом цифрового интерполирующего фильтра, входом которого является вход накапливающего сумматора.

1653132 с г) /if

„ = /=.2 /= „= „=х „=г . 7 рг „ =я = о

Я 11 Р(с/ у Рф) =1 2 (Р() +Pg 6/1

/л

i= с

/=1

/» 1

R> (К1 у К(АЪ ), +g Р 4. Унз;

Вью. д . й с

Л р =g

1653132

Ю2

1.-едактор Т.Лонкарева

Заказ 2662

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

БНИИПИ Государс гве. ного

113035,, Составитель С, Муэычук

Техред Корректор Н,Ревская

Тираж 458 Подписное комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушекая наб,, д. 4/5