Цифровой узкополосовой фильтр

 

ф,;й, ..

О ПМ С-А Н=И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»>708357 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.09.77 (21) 2529860/18-24 (5f ) Я. (д. (х 06 F 15/34 с присоединением заявки .% йкудерстееиный комитет

СССР (23) Приоритет дв делам изобретений и етирмтий

Опубликовано 05.01.80. Бюллетень М 1 (53) УДК 681.325 (088.8 ) Дата опубликования описания 07.01.80

Л. А. Эмих и С. П. Столетов (72) Авторы изобретения

Рязанский радиотехни .еский институт (7I) Заявитель (54) ?Ц1ФРОВОИ УЗКОПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки радиолокационных, акустических и гидроакустических сигналов.

Известен цифровой нерекурсивный фильтр, содержащий устройства суммирования, умножения, квантованич tl). Он осуществляет полосовую фильтрацию с "прямоугольной" амдлитудно-частотной хапактепистикой (АЧХ) путем вычисления текущей сверт1О ки входных отсчетов и весовых коэффициентов. Быстродействие фильтра недостаточное.

Наиболее близким ио техническому ðå15 щению к денному является цифровой полосовой фильтр, содержащий счетчик, сумматоры, регистры, матричный блок умножения-деления, первый и второй блоки элементов И, блок памяти входных отсчетов, выходной накапливающий сумматор и блок памяти весовых коэфф>а1иентов, причем выход счетчика подключен к входу первого сумматора, прям >й выход которо»

2 го соединен с входом первого блока эле ментов И, а инверсный - с входом второ го блока элементов И, выходы блоков элементов И подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умножения-деления, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего регистров, выходы первого и второго регистров соответственно соединены со вторым и третьим входами второго блока элементов И, а выход третьего регистра соединен со вторым входом первого блока элементов И, блок памяти входных отсчетов, вход которого является информационным входом фильтра, под ключен парным выходом к первым двум входам второго сумматора j2$.

Недостатком этого устройства при высокоизбирательной узкополосной фильтрации является большой обьем оборудования из-за наличия блока памяти весовых коэффициентов, а также недостаточное быстродействие при перестраиваемой фильтрации, а именно, при формировании фазы rap708357 монических функций и при вычислении промежуточных результатов свертки.

Белью изобретения является уменьшеиие объема оборудования и повышение быстродействия.

Зто достигается тем, что цифровой узкополосовой фильтр, содержащий счетчик, сумматоры, регистры, матричный блок умножения-деления, первый и второй блоки элементов И, блок памяти входных отсчетов, причем выход счетчика подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, а инверсный выход - с первыми входами элементов И вто-15 рой группы, выходы элементов И первой группы подключены соответственно к первому и второму входам матричного блока умножения-деления, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего регистров, выход первого регистра и первый выход второго регистра соединены соответственно со вторыми и третьими входами элементов И второй группы, выход третьего регистра соединен со вторы- 25 ми входами элементов И первой группы, выходы блока памяти входных отсчетов, вход которого является информационным входом фильтра, подключены соответственl но ко входам второго сумматора, управляю- ц щие входы счетчика, сумматоров, регистров, элементов И первой и второй групп, блока памяти входных отсчетов соединены с управляющим входом фильтра, содержит четвертый и пятый регистры, причем вход 3< четвертого регистра соединен с третьими входами элементов И первой группы, вход пятого регистра подключен к выходу первого сумматора и к выходу фильтра, и выход пятого регистра подключен ко вто- 40 рому входу первого сумматора, третий вход которого соединен с выходом матричного блока умножения-деления, выход второго сумматора соединен со вторым входом третьего регистра, второй выход вто-45 рого регистра подключен к четвертому входу элементов И первой группы, управляющие входы четвертого и питого регистров соединены с управляющим входом фильтра. so

Блок-схема фильтра представлена на чертеже. Фильтр содержит счетчик 1, сумматоры

2, 3, группы элементов И 4, 5, матричный блок 6 умножения-деления, регистры

7, 8„9, 10, 11, блок 12 памяти входных отсчетов, информационный вход 13, выход 14, управляющие входы 15, cf

Работа устройства заключается в циклическом вычислении выходных отсчетов.

Каждый выходной отсчет образуется эа период квантования, определяющий цикл вычисления, который состоит из вычислительных тактов. Вычислительный такт включает подтакт вычисления текущего весового коэффициента Ь и подтакт образования промежуМ чной суммы свертки.

Весовые коэффициенты образуются со гласно следующей четной функции; ( п „=Ь, МиО3 A

< a) где я . te — - средняя частота пос 2 лосы пропускания фильтра; М - текущий номер дискреты р и, — порядковые номера единичных частотных отсчетов, соответствующих нижней и верхней частотам полосы пропускания; Шо — относительная основная частота при периоде квантования 1.

51п

ИМп где М =$ Р+1 - число единичных отсчен ( тов внутри полосы пропускания; д> - нормированная весовая функция низкочастотного фильтра. При этом дискретные отсчеты синусоидального и косинусоидального онгналов чеототы †- вычитают2 ся согласно следующим выражениям .

mn (n 1 muuon (-<)R qv,-s- — =Ь уп

1 (- 1 + ) — - 1 — — )= со —

2 2)12 2 )

Я где lA - емкость числовой линейки выч ислит елей;

МИ

К - целая часть отношения

hh, - целая чаете отношения ФИт

IA ltlU=WA-К(А; п111=ФН-ВМ

L = — — масштабный коэффициент.

ЬМ и

Полосовая фильтрация выполняется устройством путем вычисления за полный цикл модернизированной свертки вида .

Mi2-<

} = о

М)2 V-М(й

Работа фильтра при вычислении весового коэффициента заключается в следующем.

7О83

Текущий номер дискреты, деленный не два, обрезовеиный управляющими импульсами в счетчике 1, записывается в обнуленный тем же импульсами сумматор 2,.

Прямой и обратные коды величины, находящийся в сумматоре 2, поступают соответственно через элементы И 4 и 5 нв матричный блок 6 умножения-деления. Вычисленный согласно левой части выражения (3) отсчет записывается в регистр 10

7. Одновременно величина N записывается в регистр 10 по его управляющему входу. Затем Ьильтв выполняет умножение чисел N и —, которые подаются

tl

2 соответственно через элементы И 4 и 5. 15

Величина после своего образования

z зеписывеется в регистр 8. Далее прямой и обратный коды этой величины подаются в блок 6 соответственно через элементы

И 4 и 5, и полученное произведение (3), 20 представляющее собой отсчет, записывается в сумматор 2. Затем блок 6 умножения-деления начинает выполнять операцию деления, при этом функция числителя поступает на блок 6 через элемент И 4, а функция знаменателя с регистра 7 - через элемент И 5. Результат деления подается в регистр 9, при этом осуществляется сдвиг информации на соответствующее число разрядов, емкость которых определяет число N (кратное двум), т.е. осуществляется нормировка на (весового коэффициента фильтра согласно формуле (2).

Одновременно обнуляется сумматор 2.

Вслед за этим по управляющему входу в ре->5 гистр 10 подается величина (Q+p), которая записывается в этот регистр. ч

Одновременно величина — подается

2. со счетчика 1 в сумматор 2. Затем блбк

6 вычисляет значение Р которое

Ф !1 40 записывается в сумматор 2 и добавляетhh, ся в сумматор величина — - Вслед зв этим подаются прямой и обратные коды полученной величины (p)

+ — на блок

6 через соответствующие элементы И и вычисляется отсчет согласно левой части выражения (За). Далее производится запись этого отсчета в регистр 7, в затем

f осуществляется умножение на h > при

50 котором отсчет синусоидального сигнала подается в блок 6 из регистра 7 через

° л элемент И 5, à " q из регистра 9 через элемент И 4. Полученный весовой коэффициент записывается в регистр 8.

Одновременно с последним умножением в блок 12 памяти входных отсчетов записывается величина Х по информационному входу 13 фильтра, и считывается из бло57

6 кв 12 памяти отсчет Х .Затем вычисляется сумма этих отсчетов сумматором

3 и результат записывается в регистр 9. !

Сумматор 2 обнуляется. Одновременно вычисляется произведение (Х )+ 1 ),) )И=о (5) при этом 4q поступает через элемент

И 5 с регистра 8, в сумма отсчетов с регистра 9 через элементы И 4.Далее произведение добавляется в сумматор 2, а затем полученная промежуточная сумма свертки (5) записывается в регистр 11.

Далее вычисляется весовой коэффициент

Ь4,как и в предыдущем такте. Затем образуется произведение Ь (Х.О, Х.0 „„), во время вычисления которого в сумматор 2 записывается величина из регистра ll, к которой добавляется укаэанное произведение, и промежуточная сумма свертки записывается после своего образования в регистр 11. Такие вычисления продолжа. ются — тактов. В последнем такте обМ

2 разуется выходной результат, который выдается с сумматора 2 нв выход 14, Формула изобретения

Цифровой узкополосовой фильтр, содержжций счетчик, сумматоры, регистры, матричный блок умножения-деления, группы элементов И, блок памяти входных отсчетов, причем выход счетчика подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, а инверсный выход — с первыми входами элементов И второй группы, выходы элементов И пер- вой и второй группы подключены соответственно к первому и второму входам матричного блоке умножения-деления, выход которого соединен с входами первого,второго и третьего регистров, выход первого регистра и первый выход второго регистре соединены соответственно со вторыми и третьими входами элементов И второй группы, выход третьего регистре соединен со вторыми входами элементов И первой группы, выходы блока памяти входных отсчетов, вход которого является информационным входом фильтра, подключены соответственно ко входам второго сумматора, управляющие входы счетчика, сумматоров, регистров, элементов И первой и второй групп, блоке памяти входных отсчетов соединены с управляющим входом фильтра, о т л и ч е ю шийся тем, 708357 что, с целью повышения быстродействия, в него введены четвертый и пятый регистры, причем вход четвертого регистра соединен с третьими входами элементов И первой группы, вход пятого регистра подключен к выходу первого сумматора и к выходу фильтра, выход пятого регистра подключен ко второму входу первого сумматора, третий вход которого соединен с выходом матричного блока умножения-де- о ления, выход второго сумматора соединен со вторым Bxogow третьего регистра, вто8 рой выход второго регистра подключен к четвертым входам элементов И первой группы, управляюшие входы четвертого и пятого регистров соединены с управляющим входом фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

М 516043, кл. 6 06 F 15/36, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2361354, кл. 5 06 F 15/34, 1976 (прототип).

БНИИПИ Заказ 8489/44 Тираж 751 Подписное

Филиал ППП "Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4