Нелинейный цифровой фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано дЛя фильтрации сигналов, например результатов измерений параметров, заданных цифровым кодом. Цель изобретения - повышение точности2фильтрации. На вход устройства поступают отсчеты входного сигнала у4 с нормальными и аномальными искажениями, из которых в Первом блоке 1 вычитается оценка у*, в первом 2 и втором 7 блоках сравниваются с текущими значениями нечетко заданных Границ нормальных ошибок. При нахождении разности Vi~y* в допустимых пределах она проходит через коммутатор 4, сумматор 5 и в виде отсчета yi поступает в фильтр-усреднитель 6, где формируется оценка у*. Если разность выходит за допустимые границы, то через коммутатор 4 проходит эквивалент разности от второго умножителя 15, являющийся случайным значением в пределах допустимых границ. 2 ил.Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации сигналов, например результатов измерений параметров, заданных цифровым кодом.Известен цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные блок вычитания, двусторонний, ограничитель, сумматор и нерекурсивный ф(t/tьтpv выход которого соединен с другими входами бяока сравнения и сумматора.Недостатком такого устройства является относительно низкая точность фильтрации в условиях появления пач^к аномальных искажений.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст-' ройство, содержащее последовательно соединенные блок сравнения, даусто^юииий ограничитель, сумматор и нерекурсивный фильтр, выход которого соединен с другими входами блока сравнения и сумматора, а также датчик случайных чисел, вход которого соединен с другим выходом двустороннего ограничителя, а выход соединен с соответствующим входом сумматора.Недостатком этого устройства является относительно низкая точность фильтрации, обусловленная jeM, что параметры ограничения двустороннего ограничителя постоянны и выбираются, например, исходя из статистических исследований нормальных ошибок измерений. Однако, эти исследс1вания. в свою очередь, могут сопровождаться аномальными искажениями и получаемые оценки не являются достоверными. В ряде случаев исами предварительные исследования не могут быть проведены и границы изменений ошибок могут'быть заданы лишь нечетко.Цель изобретения - повышение то*жости фильтрации при нечетком знании границ нормальных ошибок..Поставленная цель.достигается тем, что в устройство, содержащее последовательноСОсс^ о00ю

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sx)s Н 03 Н 17/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPM ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4770145/09 (22) 09.11;89 . (46) 15.02.92. Бюл. ЬЬ 6 (72) З.B.Борисов (53) 621.376 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 499647, кл, Н.03 Н 17/04, 1972.

Авторское свидетельвтво СССР

hh 807486, кл. Н 03 Н 17/04,.1979. (54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации сигналов, например результатов измерений параметров, заданных цифровым кодом.

Цель изобретения — повышение точности

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации сигналов, например результатов измерений параметров, заданных цифровым кодом, Известен цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные блок вычитания, двусторонний. ограничитель," сумматор и нерекурсивный фильтр„выход которого соединен с другими входами блока сравнения и сумматора.

Недостатком такого устройства является относительно низкая точность фильтрации в условиях появления пачек аномальных искажений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные блок сравнения, двусторонний ограничитель, сумматор и нерекурсивный фильтр, выход которого соединен с другими входами блока сравнения и сумматора, а также датчик случайных чисел, вход которо„., «Ы„„1713089 А1 фильтрации. На вход устройства поступают отсчеты входного сигнала у с нормальными и,аномальными искажениями, из которых в первом блоке 1 вычитается оценка у*, в первом 2 и втором 7 блоках сравниваются с текущими значениями нечетко заданных границ нормальных ошибок. При нахвкдении разности gI — у* в допустимых пределах она проходит через коммутатор 4; сумматор

5 и в.виде отсчета yI поступает в фильтр-усреднитель 6, где формируется оценка у*.

Если разность выходит за допустимые границы, то через коммутатор 4 проходит эквивалент разности от второго умножителя 15, являющийся случайным значением в пределах допустимых границ. 2 ил. го соединен с другим выходом двустороннего ограничителя, а выход соединен с соответствующим,входом сумматора.

Недостатком этого устройства является, относительно низкая точность фильтрации, обусловленная,тем, что параметры ограни- чения двустороннего ограничителя постоян- ны и выбираются, например, исходя иэ статистических исследований нормальных ошибок измерений. Однако, эти исследования, в свою очередь, могут сопровождаться аномальными искажениями и получаемые оценки нв являются достоверными, 8 ряде случаев и сами предварительные исследования не могут быть проведены и границы изменений ошибок могут быть заданы лишь нечетко, Цель изобретения — повышение точности фильтрации при нечетком знании границ нормальных ошибок.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно

1713089

20 (2) х).=,и (агр0) ) 30

55 соединенные сумматор, фильтр-усреднитель и первый блок вычитания, другой вход которого является информационным входом устройства, а также датчик случайных чисел, при этом выход фильтра-усреднителя соединен с первыми входами сумматора и первого блока вычитания, введены последовательно соединенные первый блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока вычитания, элемент И и коммутатор, выход которого соединен со вторым входом сумматора, второй блок сравнения, вход которого объединен с первым входом первого блока сравнения и с первым информационным входом коммутатора, а. выход соединен с другим входом элемента И, последовательно соединенные первый блок задержки, вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход опроса которого является тактовым входом устройства, формирователь граничного значения параметра ограничения, первый. умножитель и инвертор знака числа, выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, а также последовательно соединенные второй блок задержки, вход которого соединен со вторым входом первого умножителя и с выходом датчика. случайных чисел, второй блок вычитания и второй умножитель, второй вход которого соединен со вторым входом второго блока сравнения и с выходом первого умножителя, а выход соединен со вторым информационным входом коммутатора, .

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема нелинейного цифрового фильтра; на фиг.2 — диаграмма, поясняющая

его работу.

Нелинейный цифровой фильтр содержит последовательно соединенные блок 1 вычитания, первый блок 2 сравнения, элемент И 3, коммутатор 4, сумматор 5 и фильтр-усреднитель 6, выход которого соединен с другими входами блока 1 и сумматора 5, второй блок 7 сравнения, вход которого соединен с выходом блока 1, а выход соединен с другим входом элемента

И 3, последовательно соединенные датчик

8 случайных чисел, блок 9 задержки, формирователь 10 граничного значения параметра ограничения, первый умножитель

11 и инвертор 12 знака числа выход которого соединен с другим входом первого блока 2, а также последовательно соединенные второй блок 13-задержки, второй блок 14 вычитания и второй умножитель 15, второй вход которого соединен с другим входом второго блока 7 и с выходом первого умножителя 11, а выход- со вторым информационным входом коммутатора 4.

Сумматор 5 и блоки 1, 14 вычитания выполнены в виде комбинационных схем, умножители 11 и 15 — в виде ПЗУ, работающих в режиме считывания. Формирователь

10 также выполнен в виде ПЗУ, таблица программирования которого составляется следующим образом.

Функция принадлежности граничного значения параметра ограничения задается в виде несимметричной функции линейного аида (фиг.2) и описывается соотношением,и(агр) = max(0,1- — Р}, Oarp где oprp — параметр, характеризующий размах функции принадлежности.

Из соотношения (1) следует, что значение функции принадлежности лежит в интервале (0,1). Поскольку датчик 8 является датчиком чисел х) с равномерным распределением в интервале (0,1), та его выходной сигнал может быть использован для определения текущего значения функции принадлежности на каждом такте

Тогда из соотношений (1) и (2) можно получить агр()) =(1 х)) aarp (3) Соотношение (3) может быть использовано для программирования формирователя 10.

Для этого. при всех возможных. значениях, которые рассматриваются как адресные сигналы ПЗУ, рассчитываются значения акр )), которые и записываются в соответствующие ячейки.

Задержка в блоке 9 соответствует одному периоду следования тактовых импульсов, а в блоке 13 — двум периодам.

Фильтр-усреднитель 6 выполнен в виде и последовательно соединенных блоков задержки на 1 такт, выходы которых через умножители на 1/и соединены с входами сумматора.

Инвертор знака выполнен в виде повторителя с инвертором (элементом НЕ) в знаковом разряде числа.

Блоки 2, 7 выполнены в виде цифровых компараторов. Отличие состоит в том, что у блока 2 используется выход "Больше", а у блока 7- "Меньше".

Работает нелинейный цифровой фильтр следующим о разом.

На вход блока 1 вычитания поступают цифровые входные отчеты у, значения которых определяются величиной измеряемого

1713089 параметра, шумами измерений и возможными аномальными искажениями., На вход . датчика 8 поступают тактовые импульсы сопровождения. Ilo каждому из которых, вырабатываются случайные числа х1 с рав- 5 номерным распределением. Заметим, что к этому моменту на выходе блока 9 задержки.формируется число х -1. По этому числу в формирователе f0 формируется величина агро- I), котоРаЯ после УмножениЯ в пеРвом 10 умножителе 11 на число xi непосредственно подается на выход второго блока 7 сравнения, а через инвертор 12 знака. числа в виде

-агр(ь1) х1 на вход первого блока 2 сравнения. Из текущего значения сигнала у1 в бло- 15 ке 1 вычитается оценка сигнала, которая поступает иэ фильтра-усреднителя .6 (рассматривается установившийся режим).

Разность yl-ó* сравнивается в первом и втором блоках 2, 7 сравнения со значени- 20 яМИ -агр(1-1) XI И Эгр(1-1) Xl СООтВЕтСтВЕННО.

ЕСЛИ -Эгр(1-1) < Xi 4 ф-,У*(Эгр(3-1) Х1, ТО На выходах первого и второго блоков 2, 7, а значит и на выходе элемента И 3 вырабатывается уровень логической единицы, по 25 которому на выход коммутатора 4 поступает сигнал с выхода блока 1 вычитания, к которому в сумматоре 5 прибавляется оценка у*, в результате чего входной отсчет yl в неизменном виде поступает на 30 вход фильтра-усреднителя 6, в котором формируется оценка у*.

Если разность yl-y* выходит за границы

ИНтЕрВаЛЫ {-а р(-1) XI Э гр(1-1) XI} тО На ВЫХОде элемента И 3 формируется сигнал логи- 35 ческого нуля и на выход коммутатора 4 поступает сигнал с выхода второго умножителя 15. Этот сигнал формируется из сигнала

xI-2 датчика 8 (задержка во втором блоке 13 равна двум тактам), который во втором бла- 40 ке 14 вычитается из постоянной 0,5, которая подается от задатчика постоянной (не показан), Разность 0;5 — xl-2 умножается во втоРом Умножителе 15 на величинУ акр(ь1) xl которая поступает с выхода первого умно- 45 .жителя 11. Следовательно, выход разности у -у* воспринимается как аномальное искажение входного сигнала, поэтому она заменяется случайным значением числа в интервале (-агр(ь1) xi,агр(и) xi}. 50

Таким образом, благодаря введению новых блоков и связей повышается точность фильтрации в условиях аномальных искажений сигнала, тогда границы нормальных ошибок. заданы нечетко.

Формула изобретения

Нелинейный цифровой фильтр, содержащий-последовательно соединенные сумматор, фильтр-усреднитель и первый блок вычитания, другой вход которого является информационным входом нелинейного цифрового фильтра, а также датчик случайных чисел, при этом выход фильтра-усреднителя является. выходом нелинейного цифрового фильтра и соединен с первым входом сумматора, о т л. и ч а ю шийся тем; что, с целью повышения. точности фильтрации, введен ы посл едовател ь но соединенные первый блок сравнения, первый вход которого соединен с.выходом блока вычитания, элемент И и коммутатор, выход которого соединен со вторым входом сумматора, второй блок сравнения, первый вход которого обьединен с первым входом первого блока сравнения и с первым информационным входом коммутатора, а выход соединен с другим входом элемента И, последовательно соединенные первый блок задержки, вход которого соединен с первым выходом датчика случайных чисел, вход опроса которого является тактовым входом нелинейного цифрового фильтра, формирователь граничного значения параметра ограничения, первый умножитель и инвертор знака числа, выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, а также последовательно соединенные второй блок задержки, вход которого, соединен со вторым выходом датчика случайных чисел, второй блок вычитания и второй умножитель, второй вход которого соединен со вторым входом второго блока сравнения и с выходом первого умножителя, выход соединен со вторым информационным входом коммутатора, второй вход первого умножителя объединен со входом первого блока задержки, а второй вход второго блока вычитания является входом постоянной.

1713089 фИГ/

Составитель 3. Борисов

Техред М.Моргентав Корректор 3. Лончакова

Редактор Н, Каменская

Заказ 544 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ho изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раущская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 бар фОГ2 гр