АЛГОРИТМ ПРЕДСКАЗАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ КОНВЕЙЕРИЗОВАННЫХ АДАПТИВНЫХ РЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

  • Д. В. Михайлов ООО «НИЦ СЭ и НК»
Ключевые слова: Цифровой фильтр, адаптивная фильтрация, устойчивость цифрового фильтра, конвейерные вычисления

Аннотация

В настоящее время адаптивные фильтры широко применяются в различных областях техники: системы управления, мобильная связь, радиолокация и т.д. Основным свойством адаптивной системы является изменяющееся во времени функционирование с саморегулирова-нием. Преимуществом такого функционирования является возможность своевременной под-стройки системы под изменения как входящих сигналов, так и условий среды передачи в про-цессе функционирования устройства. В случае, если при реализации адаптивных систем исполь-зуются рекурсивные фильтры, эти системы получают дополнительные преимущества: они требуют меньших затрат оборудования, позволяют добиваться выигрыша в быстродействии относительно нерекурсивных, добиваться характеристик фильтра с достаточно резкими переходами и т.д. Однако использование рекурсивных адаптивных фильтров сопряжено с рис-ком потери устойчивости при изменении их характеристик в результате адаптации. Сегодня цифровая обработка сигналов в реальном масштабе времени требует постоянного увеличения скорости вычислений, что приводит к необходимости применения параллельных вычислений. Наиболее эффективным методом распараллеливания является конвейеризация вычислений. Введение конвейерных регистров в рекурсивные фильтры, может приводить к нарушению ал-горитма работы фильтра. Эту проблему можно решить с помощью автоподстановки и ре-синхронизации. Предлагается метод определения устойчивости рекурсивного адаптивного конвейеризованного фильтра. Он заключается в том, что мы определяем диапазон, в котором изменяются параметры адаптивного фильтра, и для каждого значения в этом диапазоне нахо-дим степень конвейеризации, при которой все полюса передаточной функции этого фильтра лежат внутри единичной окружности. Таким образом конвейеризация служит не только для достижения высокой вычислительной производительности фильтра, но и для корректировки его устойчивости. Это особенно актуально для случая адаптивных фильтров, которые могут потерять устойчивость в результате изменения их параметров в процессе адаптации

Литература

1. Sergienko A.B. Algoritmy adaptivnoy fil'tratsii: osobennosti realizatsii v MATLAB [Adaptive filtering algorithms: implementation features in MATLAB], Exponenta Pro: Matematika v prilozheniyakh [Exponenta Pro: Mathematics in applications], 2003, No. 1 (1).
2. Nikitin A.A, Petrov A.V. Teoreticheskie osnovy obrabotki geofizicheskoy informatsii: ucheb. posobie [Theoretical bases of processing of geophysical information: a textbook]. Moscow: Izd-vo, 2008, 112 p.
3. Sayed. A. Hadei. A Family of Adaptive Filter Algorithms in Noise Cancellation for Speech Enhancement, International Journal of Computer and Electrical Engineering, 2010, No. 2 (2).
4. Dzhigan V.I. Parallel'nye vychisleniya v RLS-algoritmakh adaptivnoy fil'tratsii [Parallel calcu-lations in RLS algorithms of adaptive filtering], Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Seriya “Priborostroenie” [Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Instru-ment Engineering], 2006, No. 1.
5. Sluzhivyy M.N. Adaptivnye sistemy radiosvyazi [Adaptive radio communication systems], Vestnik UlGTU [Bulletin of the Ulyanovsk state technical University], 2000, No. 3.
6. Mitrofanov D.G., Ivanushkin S.V. Usovershenstvovannyy variant adaptivnogo metoda formirovaniya radiolokatsionnykh izobrazheniy vozdushnykh tseley dlya signalov so stupenchatoy perestroykoy nesushchey chastoty [An improved version of the adaptive method for generating radar images of air targets for signals with stepwise carrier frequency tuning], Izvestiya instituta inzhenernoy fiziki [Proceedings of the Institute of engineering physics], 2014, No. 1(31).
7. Aliev T.M. Izmeritel'naya tekhnika [Measurement technology]. Moscow: Vysshaya shkola, 1991, 384 p.
8. Furno G.N. Mikrokomp'yuternye meditsinskie sistemy [Microcomputer medical systems]. Moscow: Mir, 1983, 544 p.
9. Kougi P.M. Arkhitektura konveyernykh EVM [The architecture of pipelined computers]: transl. from engl. Moscow: Radio i svyaz', 1985, 360 p.
10. Levin I.I., Semernikov E.A. Ustoychivost' konveyernykh rekursivnykh fil'trov [Stability of conveyor recursive filters], Vestnik Yuzhnogo nauchnogo tsentra RAN» [Bulletin of the south-ern scientific center of the Russian Academy of Sciences]. Moscow: Nauka, 2005.
11. Parkhi K.K. Metody preobrazovaniya algoritmov dlya parallel'nykh protsessorov [Methods for converting algorithms for parallel processors], TIIER [TIIER], 1987, Vol. 77, No. 12, pp. 96-114.
12. Sergienko A.M. VHDL dlya proektirovaniya vychislitel'nykh ustroystv [VHDL for designing computing devices]. Kiev: Izd-vo “CHP «Korneychuk», OOO«TID «DS»»”, 2003, 208 p.
13. Gol'denberg L.M., Matyushkin B.D., Polyak M.N. TSifrovaya obrabotka signalov. Spravochnik [Digital signal processing. Guide]. Moscow: Radio i svyaz', 1985, 312 p.
14. Gadzikovskiy V.I. Teoreticheskie osnovy tsifrovoy obrabotki signalov [Theoretical foundations of digital signal processing]. Moscow: Radio i svyaz', 2004, 344 p.
15. Uidrou B., Stirnz S. Adaptivnaya obrabotka signalov [Adaptive signal processing]: transl. from engl. Moscow: Radio i svyaz', 1989, 440 p.
16. Voronin N.S., Kolyadov D.V. Realizatsiya adaptivnoy fil'tratsii meshayushchikh otrazheniy v RLS AS UVD [Implementation of adaptive filtering of interfering reflections in ATC ra-dar], Nauchnyy vestnik MGTU GA. Ceriya «Radiofizika i radiotekhnika» [Scientific Bulletin of MSTU GA. Series "Radiophysics and radio engineering"], 2010, No. 152.
17. Ayficher E., Dzhervis B. TSifrovaya obrabotka signalov: prakticheskiy podkhod [Digital signal processing: a practical approach]. 2 ed: transl. from engl. Moscow: Izdatel'skiy dom «Vil'yams», 2004, 992 p.
18. Kester U. Proektirovanie sistem tsifrovoy i smeshannoy obrabotki signalov [Design of digi-tal and mixed signal processing systems]. Moscow: Tekhnosfera, 2010, 328 p.
19. Grant P., Kouen K. Adaptivnye fil'try [Adaptive filters]: transl. from engl. Moscow: Mir, 1988, 392 p.
20. Dzhigan V.I. Adaptivnaya fil'tratsiya signalov: teoriya i algoritmy [Adaptive signal filtering: theory and algorithms]. Moscow: Tekhnosfera, 2013, 528 p.
Опубликован
2020-05-02
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ. III. УПРАВЛЕНИЕ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ И СЕТЕВЫХ СИСТЕМАХ