4.2.1. Обзор альтернативных решений 92

4.3. Описание реализации 96

4.3.1. Блок управления 98

4.3.2. Блок оценки частоты помехи 99

4.3.3. Канал обработки 100

4.3.4. Выходное АРУ 107

4.4. Тестирование и заключение 108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113

Приложение 114

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 138

ВВЕДЕНИЕ

Бурное развитие в последнее время нового направления – теории цифровой обработки сигналов (ЦОС) и её активное использование во многих областях науки и техники обуславливает решение актуальных проблем, связанных в первую очередь, с анализом, синтезом и схемотехническим проектированием цифровых фильтров.

Появление и активное использование в последнее время серийных программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и цифровых процессоров обработки сигналов (ЦПОС), способствуют дальнейшему развитию и широкому практическому использованию методов ЦОС. Методы и техника обработки цифровых сигналов в настоящее время занимают ведущие позиции при разработке контрольно-измерительной и радиоэлектронной аппаратуры, в том числе бытового назначения, радио- и гидролокационных систем, систем связи и управления.

Одной их актуальных проблем ЦОС, имеющей широкое прикладное значение, является поиск эффективных методов построения цифровых полосовых фильтров и их наборов – систем частотной селекции сигналов. С появлением на рынке микропроцессорной техники процессоров обработки сигналов и серийных интегральных схем с программируемой логикой, ориентированных на высокоэффективную реализацию алгоритмов и методов ЦОС для систем, работающих в реальном масштабе времени, проблема оптимального проектирования цифровых фильтров приобрела особое значение и потребовала формулировки новых критериев задачи оптимального синтеза. Одним из основных критериев при оптимальном проектировании цифровых фильтров является выбор эффективной структуры, при которой число операций умножения минимизируется или отсутствует совсем, а также определение оптимальных значений параметров (например, вектора коэффициентов фильтра) в рамках выбранной структуры. Минимизация или полный отказ от операций умножения связан с тем, что реализация операции умножения, всегда требует наибольших затрат времени или оборудования. Так, к примеру, если в качестве элементной базы для цифровых фильтров выбраны ПЛИС, то реализация одной операции умножения потребует не менее двенадцати вентилей, в зависимости от разрядности операнда. Другим основным критерием при проектировании цифровых фильтров является требование к линейности их фазо-частотной характеристики, что может быть удовлетворено при выборе в качестве класса проектируемых фильтров нерекурсивных цифровых фильтров или фильтров с конечной импульсной характеристикой.

Таким образом, проектирование нерекурсивных цифровых фильтров с использованием аппарата модулярной арифметики является актуальной темой. Целью данного учебного пособия является проектирование нерекурсивного цифрового фильтра (НЦФ) без умножителей с линейной фазо-частотной характеристикой (ФЧХ). Достижение этой цели включает в себя решение таких задачи, как выбор оптимальной структуры цифрового фильтра, определение оптимальных значений параметров в рамках выбранной структуры на основе оптимизации его частотных характеристик.

Для решения поставленных задач в учебном пособии применяется многокритериальный подход, с использованием критериев, которые связаны с требованиями к амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фильтра, объёму вычислительных затрат при реализации фильтра в рамках выбранной элементной базы, быстродействию. Данная задача многокритериальной оптимизации сводится с использованием метода главного критерия к задаче поиска условного экстремума, где в качестве целевой функции (главного критерия) выбирается одно из требований к АЧХ фильтра.