Устройство свертки сигнала

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2290751:

Вербова Наталья Михайловна (RU)
Агунов Михаил Викторович (RU)
Агунов Александр Викторович (RU)

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к линейным разностным цепям с постоянными параметрами, и может быть использовано, например, при построении электронных аналоговых фильтров с желаемой, в том числе близкой к идеальной, амплитудно- и фазочастотной характеристикой. Достигаемый технический результат - быстродействие и возможность реализовать операцию свертки в реальном режиме времени. Устройство свертки сигналов содержит элементарные фазовые контуры, пропорциональные звенья и сумматоры, элементарные фазовые контуры объединены в три одинаковые по количеству элементарных фазовых контуров группы. С выхода первой группы снимается задержанная копия входного сигнала. Между элементарными фазовыми контурами двух других, соединенных последовательно друг с другом групп, включены двухвходовые сумматоры. Одним входом каждый из сумматоров подключен к выходу соответствующего пропорционального звена. Входы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется перевернутой слева направо импульсной характеристикой синтезируемой разностной цепи, объединены и соединены с входом первой группы элементарных фазовых контуров, образуя шину входного сигнала. Выходной сигнал снимается с выхода последнего сумматора. 1 ил.

Известны устройства свертки сигнала, содержащие аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь, в которых операция свертки осуществляется цифровыми методами (см., например, Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. М.: Радио и связь, 1985, стр.6, 7, 13, 21-32).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство свертки сигнала, содержащие аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь, в котором операция свертки осуществляется в соответствии с алгоритм входной стороны (см. Steven W. Smith The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. San Diego, California Technical Publishing, 1999, стр.112-115).

Недостатком данного устройства является ограниченное быстродействие, связанное с программным исполнением операции свертки и апертурным временем аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве свертки сигналов, содержащем элементарные фазовые контуры, пропорциональные звенья и сумматоры, элементарные фазовые контуры объединены в три одинаковые по количеству элементарных фазовых контуров группы. Элементарные фазовые контуры первой группы, с выхода которой снимается задержанная копия входного сигнала, соединены последовательно. Между элементарными фазовыми контурами двух других, соединенных последовательно друг с другом групп, включены двухвходовые сумматоры. Одна из указанных групп начинается с сумматора и заканчивается элементарным фазовым контуром, а другая начинается с элементарного фазового контура и заканчивается сумматором. Выход каждого из сумматоров этих групп, кроме последнего, соединен с входом последующего элементарного фазового контура, а один из входов сумматора, кроме первого, на вход которого подан нулевой потенциал, соединен с выходом предыдущего элементарного фазового контура. Другим своим входом каждый из сумматоров подключен к выходу соответствующего пропорционального звена. Входы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется перевернутой слева направо импульсной характеристикой синтезируемой разностной цепи, объединены вместе и соединены с входом первой группы элементарных фазовых контуров, образуя шину входного сигнала. Выходной сигнал снимается с выхода последнего сумматора.

На чертеже показана схема устройства свертки сигнала.

Устройство свертки сигнала содержит элементарные фазовые контуры 1, сумматоры 2 и пропорциональные звенья 3.

Устройство свертки сигнала работает следующим образом.

Входной сигнал, свертку которого с желаемой импульсной характеристикой следует получить, поступает на шину in и распространяется далее по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров 1 первой группы. В каждом фазовом контуре происходит сдвиг фаз гармонических составляющих сигнала на определенный свой для каждой гармоники угол, при этом амплитуды гармоник остаются неизменными. Таким образом, сигнал, полученный на шине delay in, является полной задержанной на некоторое время копией исходного сигнала. Одновременно с шины in входной сигнал поступает на входы всех пропорциональные звеньев 3. Коэффициенты передачи пропорциональных звеньев установлены в соответствии со значениями перевернутой слева направо импульсной характеристики синтезируемой цепи. Учитывая, что в каждый конкретный момент времени можно рассматривать входной сигнал как смасштабированную и сдвинутую дельта-функцию (см., например, Сато Ю. Обработка сигналов. Первое знакомство. Пер. с яп. М.: Издательский дом "Додэка-XXI", 2002, с.154-157), вырабатываемый на выходах пропорциональных звеньев сигнал можно рассматривать как импульсный отклик синтезируемой цепи на значение входного сигнала в конкретный момент времени. Полученный таким образом импульсный отклик синтезируемой цепи, пройдя через соответствующие входы сумматоров, распространяется далее по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров 1, второй и третьей групп. Аналогичным образом получаются импульсные отклики значений входного сигнала в следующие моменты времени. Каждый новый полученный импульсный отклик складывается в сумматорах с суммой сдвинутых, из-за распространения по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров второй и третьей групп, импульсных откликов синтезируемой цепи, полученных в предыдущие моменты времени. Таким образом, выходной сигнал образуется как сумма смасштабированных и сдвинутых импульсных откликов. Аппроксимирующая функция, отвечающая требованиям к амплитудно- и фазочастотной избирательности всего устройства, в общем случае находится как для любой разностной цепи в виде отношения выходного сигнала к задержанной копии исходного сигнала.

При сравнении с более традиционными устройствами свертки сигнала предлагаемое устройство имеет преимущество, заключающееся в высоком быстродействии и возможности реализовать операцию свертки в реальном режиме времени.

Устройство свертки сигнала, содержащее элементарные фазовые контуры, пропорциональные звенья и сумматоры, отличающееся тем, что элементарные фазовые контуры объединены в три одинаковых по количеству элементарных фазовых контуров группы, при этом элементарные фазовые контуры первой группы, с выхода которой снимается задержанная копия входного сигнала, используемая для нахождения аппроксимирующей функции реализуемого разностного устройства, соединены последовательно, а между элементарными фазовыми контурами двух иных, соединенных последовательно друг с другом групп, включены двухвходовые сумматоры, причем, одна из указанных групп начинается с сумматора и заканчивается элементарным фазовым контуром, а другая начинается с элементарного фазового контура и заканчивается сумматором, выход каждого из сумматоров обоих групп, кроме последнего, соединен с входом последующего элементарного фазового контура, а один из входов сумматора, кроме первого, на вход которого подан нулевой потенциал, соединен с выходом предыдущего элементарного фазового контура, другим своим входом каждый из сумматоров подключен к выходу соответствующего пропорционального звена, причем входы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется перевернутой слева направо импульсной характеристикой реализуемого разностного устройства, объединены вместе и соединены с входом первой группы элементарных фазовых контуров, образуя шину входного сигнала, выходной сигнал снимается с выхода последнего сумматора.

Способ синтеза электрических фильтров по заданной амплитудно-частотной характеристике // 2241306

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиотехнических системах различного функционального назначения, где требуется высококачественная частотная селекция сигналов.

Фильтр с конечным импульсным откликом на базе пзу для использования в мобильном телефоне // 2189109

Изобретение относится к мобильным телефонам, более конкретно к фильтрам с конечным импульсным откликом для применения в сотовых телефонах, использующих методы связи множественного доступа с кодовым разделением каналов.

Адаптивный корректирующий фильтр // 2125764

Изобретение относится к адаптивному корректирующему фильтру с двумя частичными фильтрами (TF1, ТF2), коэффициенты фильтрации которых являются изменяемыми с помощью схемы подстройки коэффициентов (CORR), чтобы, например, образовать приближенно инверторный фильтр для изменяющегося во времени канала передачи, и при котором с помощью переключения является возможным, как недецимирующий режим работы, при котором частота опроса соответствует частоте символов, так и децимирующий режим работы, при котором частота опроса удовлетворяет теореме отсчетов.

Нерекурсивный фильтр // 1830617

Перестраиваемый цифровой фильтр // 1830185

Цифровой фильтр // 1815797

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике. .

Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией // 1783605

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. .

Цифровой фильтр // 1758836

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техник и может быть использовано в системах обпаботки изображений, корреляционного и спектрального анализа и т.п.

Цифровой фильтр // 1736002

Изобретение относится к автоматике , вычислительной и измерительной технике и может использоваться, например , в системах цифровой обработки изображений для классификации сигналов,по их корреляционным и спектральным характеристикам.

Устройство свертки сигнала с импульсной характеристикой синтезируемой линейной электрической цепи // 2331976

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к линейным разностным цепям с постоянными параметрами, и может быть использовано при построении электронных аналогов нейронов и аналоговых фильтров с желаемой амплитудно- и фазочастотной характеристикой

Фильтр последовательности видеоимпульсов // 2361234

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиолокации, радионавигации и радиосвязи для обработки сигналов

Адаптивный дискретный согласованный фильтр сигналов // 2394365

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обработки сигналов

Универсальный цифровой фильтр с программируемой структурой // 2399152

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для построения в общесистемной аппаратной среде цифровых авторегрессионных фильтров и фильтров с конечным импульсным откликом, устройств идентификации, свертки и модульных вычислений

Способ подавления боковых лепестков автокорреляционных функций шумоподобных сигналов // 2549163

Изобретение относится к технике обработки шумоподобных сигналов (ШПС) и может быть использовано в радиолокационных и радионавигационных системах, а также в системах связи. Технический результат - повышение отношения сигнал-шум по основному пику АКФ на фоне белого шума при одновременном обеспечении требуемого подавления боковых лепестков АКФ ШПС. Для этого в способе осуществляют согласованную фильтрацию сигнала и формируют его исходную АКФ. Затем реализуют итерационный процесс, заключающийся в том, что на первом итерационном шаге по исходной АКФ определяют моменты времени и амплитуды наиболее интенсивных ее боковых лепестков, на основе чего формируют временную весовую функцию, которую умножают на исходную АКФ и вычисляют частотный спектр полученного сигнала, который делят на квадрат модуля частотного спектра исходного сигнала. По полученной частотной характеристике синтезируют корректирующий фильтр, который соединяют последовательно с исходным согласованным фильтром. Если при прохождении через это соединение исходного ШПС амплитуды боковых лепестков АКФ превысят заданный уровень, то осуществляют следующий итерационный шаг в соответствии с описанными операциями, результатом которого является синтез нового корректирующего фильтра. При этом в качестве АКФ, подлежащей взвешиванию, используют выходной сигнал, полученный на предыдущем итерационном шаге. 4 ил.

Адаптивный экстраполятор // 2601143

Изобретение относится к области цифровой обработки радиолокационной информации. Техническим результатом является повышение точности оценки координат маневрирующих объектов за счет снижения динамических ошибок экстраполяции в условиях неопределенности закона изменения координат. Адаптивный экстраполятор содержит цепочку последовательно соединенных первого запоминающего устройства, вход которого является входом экстраполятора, первого блока вычитания, вычитающий вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а суммирующий вход - с входом экстраполятора, сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, второй - с входом экстраполятора, а выход является выходом экстраполятора, три блока умножения, два блока выделения модуля, второй блок вычитания, блок отношения и три запоминающих устройства. 3 ил.

Перестраиваемый цифровой фильтр с программируемой структурой // 2631976

Изобретение относится к области цифрового управления объектами авиационной техники, техники обработки и передачи дискретной информации в таких системах, и для создания цифровых фильтров. Технический результат заключается в уменьшении искажения характеристик цифрового фильтра. Перестраиваемый цифровой фильтр с программируемой структурой содержит внешнее устройство настройки, блок хранения кода типа фильтра, блок хранения кода структуры фильтра, блок формирования тактовых импульсов и блок фильтрации, при этом дополнительно введены блок идентификации частоты импульсов и блок пересчета кода фильтра. 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 прилож.