Вероятностный фильтр случайных процессов

Изобретение относится к области обработки информации, может использоваться в цифровых системах контроля, слежения и управления различными объектами, а также в устройствах спектрального анализа. Технический результат заключается в обеспечении рекурсивной фильтрации случайных процессов в устройстве, обладающем малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени. В устройстве используют блоки вероятностного умножения, сложения и регистра сдвига для осуществления обработки данных. 1 ил.

 

Изобретение относится к области обработки информации, может использоваться в цифровых системах контроля, слежения и управления различными объектами, а также в устройствах спектрального анализа.

Известно устройство аналогичного назначения, которое состоит из умножителей, сумматоров, алгебраических сумматоров и блоков задержки [А.с. 1803962 СССР, МПК Н03Н 17/04. Цифровой рекурсивный фильтр [Текст] / В.А. Погрибной, А.В. Тимченко, А,Н. Атаманчук и З.И. Домбровский (СССР). -) 4808044/09, заявлено 23.03.90; опубл. 23.03.93, Бюл. М 11]. Основными недостатками прототипа являются сравнительно большой аппаратный объем и низкое быстродействие.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка устройства для выполнения рекурсивной фильтрации случайных процессов, обладающего малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени.

Решение технической задачи достигается путем использования вероятностной формы представления данных, в связи с чем изменяется аппаратная реализация рассматриваемого прототипа.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение аппаратного объема вероятностного фильтра случайных процессов при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в масштабе реального времени, достигаемым путем замены в прототипе усилителей с переменными коэффициентами усиления и рециркуляторов на блоки вероятностного умножения, сложения и регистра сдвига.

Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг., на котором изображена функциональная схема вероятностного фильтра случайных процессов, где:

1.1, 1.2 - регистры хранения значений поправочных коэффициентов;

2.1, 2.2 - двухвходовые конъюнкторы, выполняющие функцию арифметических умножителей вероятностно представленных операндов;

3 - параллельные вероятностные сумматоры, в роли которых может выступить схема [Пат. 171033 Российская Федерация, МПК G06F 19/00 Параллельный вероятностный сумматор / Моисеев Д.В., Сапожников Н.Е.; заявитель ЧВВМУ им. П.С. Нахимова. - №2017100704; заявл. 10.01.2017; опубл. 17.05.2017, бюл. №14.];

4 - регистр сдвига, выполняющий функцию задержки.

Устройство рассчитано на выполнение рекурсивной фильтрации случайного процесса. Как известно, конструкция рекурсивного цифрового фильтра отображается в z-образе передаточной функции фильтра в виде отношения двух многочленов:

где B(z)=В0+B1z+B2z2+…+BNzn, A(z)=A0+A1z+A2z2+…+AMzm.

Использование рекурсивного цифрового фильтра имеет смысл в том случае, если степень многочленов A(z) во много раз меньше степени многочлена H(z) прямого z-преобразования импульсной реакции фильтра. При z-образе входных данных X(z) на выходе рекурсивного цифрового фильтра имеем:

При обратном z-преобразовании выражения (1) получаем уравнение рекурсивной цифровой фильтрации:

Рекурсивная фильтрация требует задания начальных условий как хk по, так и по уk при k<0. Как следует из выражения (2), при вычислении значения уk текущей точки используются предыдущие вычисленные значения уk-m, что и определяет принцип рекурсии - фильтрации с обратной связью.

Перед началом работы схемы в регистры хранения значений поправочных коэффициентов (1.1) и (1.2) заносятся поправочные коэффициенты, представленные в виде вероятностных отображений.

После выполнения записи поправочных коэффициентов начинается работа схемы вероятностного фильтра случайных процессов: значения случайного процесса X(z) предварительно преобразованные в вероятностное отображение поступает на вход схемы, на первый вход конъюнктора (2.1) выполняющего функцию вероятностного множителя, на второй вход которого поступает вероятностное отображение поправочного коэффициента с регистра хранения (1.1), произведение значения входного случайного процесса на поправочный коэффициент с выхода конъюнктора (2.1) поступает на первый вход вероятностного сумматора (3), выход которого подключен в регистру сдвига (4), который в свою очередь нагружен на второй вход конъюнктора (2.2) на первый вход которого подается вероятностное отображение поправочного коэффициента с регистра хранения (1.2), выход конъюнктора (2.2) подключен ко второму входу сумматора (3), выход которого также является выходом всей схемы.

Примером преобразователя информации в вероятностные отображения может служить схема - Пат. 2660831 Российская Федерация, МПК Н03М 7/00 (2006.01) Преобразователь двоичный код - вероятностное отображение / Д.В. Моисеев, Н.Е. Сапожников; заявитель и патентообладатель ФГБВОУ ВО ЧВВМУ им. П.С. Нахимова Министерства обороны Российской Федерации (RU). - №2017100609, заявл. 10.01.2017; опубл. 10.07.2018 Бюл. №18

Технико-экономическая эффективность предлагаемого вероятностного фильтра случайных процессов состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.

Вероятностный фильтр случайных процессов, характеризующийся тем, что в состав схемы входят регистр сдвига, два регистра хранения поправочных коэффициентов, два двухвходовых конъюнктора и один вероятностный сумматор на два входа, в начале работы схемы в регистры хранения поправочных коэффициентов загружаются вероятностные отображения соответствующих поправочных коэффициентов, после чего вероятностное отображение значения случайного процесса с входа устройства поступает на первый вход первого конъюнктора, на второй вход которого поступает значение поправочного коэффициента с первого регистра хранения поправочных коэффициентов, выход первого конъюнктора нагружен на первый вход вероятностного сумматора, значение с выхода которого подается на вход регистра сдвига, с выхода которого поступает на второй вход второго конъюнктора, на первый вход которого подается значение поправочного коэффициента со второго регистра хранения поправочных коэффициентов, выход второго конъюнктора подключен ко второму входу вероятностного сумматора, выход которого является выходом всей схемы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области цифровой обработки информации и может быть использовано для экстраполяции положения движущихся объектов. Техническим результатом является повышение точности оценки, устойчивости и снижение объема вычислительных затрат.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат – обеспечение автоматического выбора коэффициента сглаживания в зависимости от скорости медианы процесса (МП).

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат – обеспечение автоматического выбора величины степени сглаживания числа задействованных каналов сглаживания, обратно пропорциональной скорости медианы процесса.

Изобретение относится к области цифрового управления объектами авиационной техники, техники обработки и передачи дискретной информации в таких системах, и для создания цифровых фильтров.

Изобретение относится к радиолокационной технике. Предназначено для идентификации параметров модели ЛЧМ-сигналов в дискретные моменты времени.

Группа изобретений относится к многокаскадным фильтрам и может быть использована для фильтрации данных с использованием таких фильтров. Техническим результатом является обеспечение параллельной обработки данных.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации с высокими требованиями к частотной избирательности выполнения фильтрации.

Изобретение относится к области обработки цифровых данных, в которых используется операция деления на постоянный целочисленный делитель. .

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов для решения задач оптимальной нелинейной фильтрации.

Изобретение относится к области обработки информации, может использоваться в цифровых системах контроля, слежения и управления различными объектами. .

Изобретение относится к области информационных технологий. Технический результат заключается в повышении устойчивости и эффективности функционирования инфокоммуникационных систем.

Изобретение относится к области спутниковых систем позиционирования. Технический результат заключается в эффективности и надежности управления работой системы оценки устойчивости спутниковой системы позиционирования к неблагоприятным внешним воздействиям.

Изобретение относится к средствам выборки и представления запросов. Технический результат заключается в уменьшении времени выполнения запроса.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использована для диагностирования злокачественной опухоли легкого у субъекта. Способ предусматривает следующие стадии: 1) применяют вычислительную систему для получения модели диагностирования злокачественной опухоли легкого.

Изобретение относится к средствам проектирования обустройства месторождений. Технический результат заключается в повышении точности проектирования обустройства месторождений.

Группа изобретений относится к вычислительной технике и может быть использована для вычисления оценки среднего значения случайных величин, имеющих экспоненциальное распределение.

Изобретение относится к системе и способу расчета достижимого пробега транспортного средства. Технический результат – повышение точности расчета достижимого пробега транспортного средства.

Изобретение относится к системе интегрированного концептуального проектирования месторождения углеводородов. Технический результат заключается в повышении эффективности системы проектирования месторождений углеводородов.

Группа изобретений относится к компьютерно-реализованному способу и системе для удаленного мониторинга и прогнозирования остаточных ресурсов компонентов турбоагрегата.

Изобретение относится к системам диагностики. В способе диагностирования неисправности диагностируют неисправность объекта наблюдения, имеющего рабочее состояние, включающее в себя неустойчивое состояние.

Изобретение относится к области обработки информации, может использоваться в цифровых системах контроля, слежения и управления различными объектами, а также в устройствах спектрального анализа. Технический результат заключается в обеспечении рекурсивной фильтрации случайных процессов в устройстве, обладающем малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени. В устройстве используют блоки вероятностного умножения, сложения и регистра сдвига для осуществления обработки данных. 1 ил.

Наверх