Введение к работе
.-3-, Актуальность, работы. Цифровая обработка сигналов (ЦОС) является важным научно-техническим направлением, появление которого обусловлено успехами в развитии цифровой вычислительной техники. В свою очередь цифровая обработка сигналов позволила получить новые результаты. котоные были недостижимы при использовании аналоговых методов обработки информации, значительно улучшить основные показатели радиотехнических тройств и систем.
Одно из ведущих мест среди устройств цифровой обработки сигна
лов занимают цифровые фильтры (ЦФ). Они имеют существенные преиму
щества перед аналоговыми фильтрами: возможность реализации сложных
алгоритмов обработки сигналов: легкость перестройки; высокая ста-
' бильность характеристик, что исключает необходимость их подстрой
ки; возможность обработки сигналов на любых временных интервалах и
многоканальной обработки; реализация в виде БИС и связанная с этим
высокая надежность, малые габаритные размеры, масса и энергопот
ребление,, ! . .
В настоящее время цифровые фильтры нашли широкое применение в радиотехнике, системах связи.* гидролокации, медицине, сейсмологии, информационно-вычислительных системах, при решении задач измерения, контроля и управления, причем область применения ЦФ постоянно расширяется.
Несмотря на наличие ряда работ по синтезу ЦФ, остро ощущается потребность в развитии теоретических исследований направленных на создание методов расчета и реализации программируемых рекурсивных цифровых фильтров с улучшенными характеристиками (высоким быстродействием, низким уровнем шумов квантования на выходе), отвечающих современным требованиям, предъявляемым к устройствам цифровойобработки сигналов. Необходимо отметить, что при проектировании таких фильтров в настоящее время разработчик чаще всего с нрзется на свой опыт, выбор некоторых параметров осуществляется интуитивна
- 4 -методом перебора, что приводит к значительным затратам времени и высокой стоимости разработки. В связи с этим разработка программно-ориентированных методов расчета, анализа и структурного синтеза программируемых рекурсивных цифровых фильтров (РЦФ). реализуемых в виде специализированных БИС. а также проведение исследований, направленных на совершенствование имеющихся РЦФ в соответствии с возникающими новыми требованиями к цифровой обработке сигналов, является в настоящее время актуальной задачей.
Целыо работы явл ;тся анализ методов синтеза рекурсивных цифровых фильтров, разработка программно-ориентированных методик их расчета: исследование возможностей создания фильтрующих устройств с высоким быстродействием, минимальной дисперсией шумов квантования на выходе, контролем работоспособности: разработка программно-алгоритмического обеспечения для проектирования фильтров.
Методы исследования. Исследования выполнены с помощью методо^ математического анализа, включая теорию Функции комплексной переменной и интегральное исчисление, теорию дискретных линейных систем, теорию цифровой фильтрации, элементы теории вероятности и случайных процессов, методы математической статистики, теорию графов, элементы теории вычислительных алгоритмов и программирования.
Новые научные результаты и основные положения, выносимые на защиту. Научная новизна работы состоит в развитии теории программируемых рекурсивных цифровых фильтров, разработке новых структурных схем построения РЦФ и создании программно-алгоритмического" обеспечения для их проектирования.
При выполнении диссертационной работы получены следующие основные результаты:
- разработана программно-ориентированная методика расчета квантованных коэффициентов передаточной функции базового звена программируемого РЦФ с последующим анализом основных характеристик по-лучіішсго Фильтра:
предложена программно-ориентированная методика расчета РЦФ второго порядка с минимально возможной разрядностью коэффициентов;
разработана методика расчета масштабирующих множителей для РЦФ с оценкой мощности шумов квантования на выходе фильтра:
исследованы оптимальные структуры базового звена программируемого РЦФ, синтеоированные по критерию максимального быстродействия и минимума дисперсии шумов квантования на выходе данного устройства;
разработана новая функциональная схема программируемого РЦФ второго порядка с контролем работоспособности и высоким быстродействием, по данной структуре подана заявка на изобретение и получено положительное решение по ней;
разработан пакет прикладных программ для расчета базовой секции РЦФ второго порядка;
осуществлена программная реализация базовой секции РЦФ на основе ЦПОС IMS 320С10;
разработаны рекомендации по техническому использованию РЦФ в информационно-вычислительных системах реального времени.
Практическая ценность результатов проведенных исследований и полученных новых результатов заключается в разработке программно-ориентированных методик расчета квантованных коэффициентов передаточной функции фильтра и обобщенного метода расчета масштабирующих множителей базового звена рекурсивного цифрового фильтра, доведенных до отлаженных машинных программ, что іелает их весьма полезными для инженеров-разработчиков при проектирования РЦФ и для тех. кто занимается практическим применением цифровой фильтрации.
Большую практическую значимость также имеет разработка программируемого рекурсивного цифрового фильтра с контролем наличия переполнения на выходе устройства, что позволяет повысить его работоспособность при использовании в нестационарных система., автоматического регулирования. По данному устройству была подана заявка
- 6 -изобретение и получено положительное решение по ней (регистрационный № 94038957/09 . приоритет ОТ 29.09.1994Г).
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на Российской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых "Микроэлектроника-94" (г.Звенигород. 1994г.). на конференции "Студенческая научная осень-94" (г.Москва, 1994г.). на научно-технической конференции "Проблемы радиоэлектроники" (г.Москва. 1995г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информатика (г.Зеленоград, 1995г.). на научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (г.Зеленоград. 1995, 1996г.).
Внедрение результатов работы осуществлено в научно-исследовательском институте микроприборов (научно-производственный центр "Карст", предприятие "Радас"), где разработанный пакет прикладных программ по расчету базового зєена РЦФ второго порядка использ.. вался при проектировании фильтров для специальных радиотехнических комплексов.
Результаты использования разработанного пакета прикладных программ показали, что его применение при синтезе рекурсивных цифровых фильтров позволяет повысить достоверность результатов расчета и снизить временные затраты на проектирование устройства.
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в шестнадцати печатных работах. Получено одно положительное решение по заявке на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа содержит 146 страниц машинописного текста, 51 рисунок. 8 таблиц, состоит из зведення, четырех глав, заключения, восьми приложений и списка литературы, включающего 131 наименование.
