Анализатор спектра

 

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий регистр сдвига, пять сумматоров , умножитель и блок постоянной памяти, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия , в него введены второй, третий и четвертый регистры сдвига,регистр и перйый и второй ключи,входы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого является первым информационным выходом анали .затора и подключен к информационному входу регистра и первому адресному входу блока постоянной памяти,первый и второй информационные выходы которого подключены к первым входам соответствено второго и третьего сумматоров , выходы которых подключены соответственно к второму и третьему адресным входам блока постоянной памяти и инфоряиационным входам соответственно второго и третьего регистров сдвига, информационные выходал которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего сумматоров, выход второго сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу умножителя , выход которого подключен к первому входу пятого сумматора,выход которого является вторым информационным выходом анализатора и подключен к информационному входу четвертого регистра сдвига, информационный выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, О) третий и четвертый . информационные выходы блока постоянной памяти подключены к первым входам соответственно первого и второго ключей , второй вход второго ключа подключен к информационному выходу первого регистра сдвига,информационный вход которого соединен с вторым входом первого ключа и явсд ляется информационным входом анализатора , а информационный, выход регистра подключен к вторжлм :входам со четвертого сумматора и умножителя. ор Vl

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(5!) G 06 F 15 332

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3660537/24-24 (22) 09.11.83 (46) 23 ° 04. 85, Бюл. Р 15 (72) A.B.Áåëèèñêèé (53) 681.32(088.8) (56) 1.Патент США М 4058715, кл. G 06 F 15/332, опублик.1979.

2.Авторское свидетельство СССР

В 940170, кл.G 06 F 15/332, 1982 (прототип) ° (54) (57) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий регистр сдвига, пять суммато ров, умножитель и блок постоянной памяти, отличающийся тем, что, с целью повыаения быстродействия, в него введены второй, третий и четвертый регистры сдвига,регистр и первый и второй ключи, входы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого является первым информационным выходом анали.затора и подключен к информационному входу регистра и первому адресному входу блока постоянной памяти,первый и второй информационные выходы которого подключены к первым входам соответствено второго и третьего сумматоров, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему

ÄÄSUÄÄ1151987 A адресным входам блока постоянной памяти и информационным входам соответственно второго и третьего регистров сдвига, информационные выходы которых подключены к вторьм входам соответственно второго и третьегo сумматоров, выход второго сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора,выход которого является вторым информационным выходом анализатора и подключен к информационному входу четвертого регистра сдвига, информационный выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, третий и четвертый . информационные выходы блока постоянной памяти подключены к первым входам соответственно первого и второго ключей, второй вход второго ключа подключен к информационному выходу первого регистра сдвига,информационный вход которого соединен с вторым входом первого ключа и является информационным входом анализатора, а информационный. выход регистра подключен к вторым:входам четвертого сумматора и умножителя.

1151987

Изобретение относится к специаль. иым средствам цифровой вычислительной техники, предназначеннлм для спектрального анализа сигналов, и может использоваться в акустике, радиолокации, гидролокации, сейсмологии, биомедицине при решении задач распознавания, идентификации, диагностики,,в бортовой аппаратуре специальных объектов, где требуется высокое быстродействие средств цифровой вычислительной техники.

Известно устройство для выполнения цифрового динамического спектрального анализа одномерных целых, действительных сигяалбв (в устройстве реализован рекуррентный способ дискретного преобразования Фурье),содержащее одно или несколько соединенных последовательно арифметических устройств с несколькими арифметическими каналами в каждом, предусматривающими наличие элемента задержки, упрощенного умножителя, сумматора, причем рекурсивные арифметические каналы включены параллельно,в арифметическом устройстве имеется также ключ для последовательной селекции. сигналов и второй умножитель fl).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, предназначенное для спектрального анализа сигналов в скользящем режиме обработки с получением комплексных коэффициентов

Фурье, содержащее шесть сумматоров, три умножителя,регистр сдвига, два блока памяти, два входа опорных сигналов, при этом в устройстве первый, блок памяти может быть организован на основе регистров сдига,а вычитатели - на основе сумматоров, причем вход анализатора спектра

Фурье подсодинен к входу первого блока памяти и к второму входу первого вычитателя, первый вход которого связан с выходом первого блока памяти, а выход - с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти и является первым выходом из устройства,выход первого сумматора подключен к первым входам первого умножителя и третьего вычитателя, второй вход третьего .вычитателя связан .с вторым выходом из устройства, выходом второго блока памяти, первым входом второго умножителя, второй вход которого является первым sxoдом опорных сигналов и вторым вхо- дом третьего сумматора, первый вход которого связан с вторйм входом опорных сигналов и вторым входом первого умножителя, а выход подключен к второму входу третьего умножителя, первый вход связан с выходом третьего вычитателя, а выход - с вторым входом второго вычитателя и первым входом второго сумматора, первый и второй входы которых соответственно связа5 .ны с выходами первого и второго умножителей, а выходы — с входами третьего и второго блоков памяти.

Схема устройства содержит умножители, затраты времени на вычисления

f0 в которых даже при специальной конФигурации аппаратуры их микроэлектронной организации на пять-десять тактов больше, чем в остальных элементах схемы. Это зависит и от раз15 рядности представления чисел. Умножители снижают быстродействие устройства 2)

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные воэможности и малое быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектра, содержащий первый регистр сдвига, пять сумматоров, умножитель и блок постоянной памяти, введены второй, третий и четвертый регистры сдвига, регистр и первый и второй ключи, входы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого является первым информационным выходом анализатора .и подключен к информационному входу регистра и первому адресному входу блока постоянной памяти, первый и второй информационные выходы которого подключены к первым входам соответственно второго и третьего сумматоров, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему адресно входам блока постоянной- памяти и информационным входам соответственно второго и третьего регистров сдвига, информационные выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего сумматоров, выход второго сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу умножителя,выход которого подключен к первому входу пятого .сумматора, выход которого

55 является вторым информационным выходом анализатора и подключен к информационному входу четвертого регистра сдвига, информационный выход которого подключен к второму Щ входу пятого сумматора, третий и четвертый информационные выходы бЛОка постоянной памяти нодключены к первым входаМ соответственно первого и второго ключей, второй вход второго ключа подключен к

1151987

45 информационному выходу первого регистра сдвига, информационный вход которого соединен с вторым входом первого ключа и является информационным входом анализатора, а ин формационный выход регистра подклю-. чен к вторым входам четвертого сумматора и умножителя.

На фиг.2 представлен анализатор спектра; на фиг.2 — схема блока постоянной памяти. 10

Анализатор (фиг. 1) содержит ключи

1 и 2, регистры 3-6 сдвига, сумматоры 7-12, умножитель 12, регистр

13, блок 14 постоянной памяти.

Блок 14 (фиг.2) содержйт узел

15 памяти, узлы 16 и 17 памяти знаков, узлы 18 и 19 памяти номеров, узлы 20 и 22 памяти буферной, узлы

22 и 23 памяти квадратов.

Устройство работает следующим образом.

По информационному входу в устройство поступают дискретные значения обрабатываемого действительного сигнала f()<), к =О,N-1 в виде Е(й) где p! — - размер анализируемой выборки окна наблюдения; f(pI) — вновь пришедшее дискретное значение сигнала, обновляющее предыдущую выборку.

Значение f(я) поступает на вход регистра 3 сдвига размера м и через ЗО вход ключа 1 на вход первого сумматора 7. Вытолкнутое из регистра 3 сдвига значение - ((О) через вход второго ключа 2 подается на вход сумматора 7. Результат алгебраического 35 сложения 41 = Е(Я)- Е(о) иэ сумматора 7 поступает на первый вход блока 14 и является адресом выборки из блока 14 значений 4fcesto и де. е ы, где ы.-г1 (р.Ц 8; h, p 40 идентификаторы коэффициента Фурье и шага набЛюдении; n <, è)2-1, р. о, и-1

В блок 14 занесены величины ДЕсое(ы/

/(р+ 1), = 0,N/4 для функцйи ° косинус в первой четверти единичной окружности и для всех в установленной разрядной сетке. Величины соеэ и sing) для ni (2- и рво,я-.1 выражены через функцию cost /(p»<)j в первой четверти единичной окружности в виде хранящихся в блокЕ 14 50 соответствующих номеров и знаков.

Значение 4Е с выхода сумматора 7 заносится также в регистр 13.

I

На входы сумматоров 8 и 9 посту- 55 пают последовательно я/2-1 значения 4Есы ы и 4f ивы, а на другие входы этих сумматоров 8 и 9 поступают с выходов регистров 4 и 5 сдвига размера я/2 соответственно зна-. бО чения действительной я (л) и мнимой

J p() составляющих коэффициентов

Фурье для предыдущей выборки окна наблюдения. Результаты алгербраического сложения в блоках 8 и 9

Re p (n) Re p (n) + b k cos w;

3 tlat р+ 1 () 3 1TI р (n ) - 4 f »»1 11 ОЭ одновременно подаются на входы регистров 4 и 5 сдвига, а также в виде адресной информации — на входы блока 14. Здесь производятся выборка

Результатов йе р,„() и р,„(h) и знаг 2 чения с выходов блока 14 через входы ключей 1 и 2 подаются на входы сумматора 7. Результат е р.,(й) 3 р.„(л) г работы сумматора 7 является выходным результатом работы анализатора и его значения, подаются по выходу устройства во внешний процессор.

Для вычисления амплитудно-частотного спектра устройство производит аппаратную процедуру вида

Йе,Ä (n)» Йе (n)» s

3lFI (n ) 31ll р I n )» QÌ рп (М 3) R(М Ф) где MI и МЗ вЂ” идентификаторы знаков величины

4 f Cea (ю/(р» ) );

М2 н М4 — идентификаторы номеров выборки иэ узлов

20 и 21 памяти буферной значений 4Есоь(м/

/(р+1)) соответственно и и р при опреДЕЛЕНИИ 4|еое(ю) И дЕ pan () °

Значение Ке pÄ (h) иэ сУмматоРа 8 ,поступает на вход сумматора 10, на другой вход которого поступает значение 4f .из регистра 13. Величина

4Е из регистра 13 через интервал времени такта сложения в сум- маторе 10 подается на вход умножителя 12 и перемножается с результатом алгебраического сложения в сумматоре 10, йодающимся) на другой вход умножителя 12. Посредством сумматора 11 н регистра 6 сдвига организуется рекуррентиое вычисление значения спектральной плотности мощности Вр,„(). При этом предыдущее значение sp{ ) поступает из регистра б сдвига на вход сумматора ll. Производя вычисления вида

Зp») (n) Sp(h)+4 f t Åp,Ä (n)» 4a3, устройство по выхо гу выдает последовательно во внешний процессор значения второй функциональной величины» Величина 8, (h) пбступает также на вход регистра б сдвига для последующей работы устройства по циклу р нри вычислении спектральной плотности мощности в скользящем режиме обработки на базе рекуррентиого счета, Связь регистра 4

1151987 сдвига и сумматора 8 определяет способ построения аппаратуры для организации рекуррентных вычислений.

Узел 15 памяти содержит значения hf бои (w/(p+1)) ь О,яй.

Узлы 16 и 17 памяти знаков содержат .значения знаков функций cosa и e n w для п-<,н(г-<, р о,м- . Узлы 18 и 19 памяти номеров содержат значения номеров соответствия лЕ cos (w/{p )) значениям coo u и «ы . В узлы 22 и 23 памяти квадратов занесены величины R e „„(o) и Зе „() . Поступающая из сумматора 7 на вход узла 15 памяти величина af является исходным адресом при работе блока 14. В узлы

20 и 21 памяти буферной последовательно, начиная с адреса af, из узла 15 памяти передаются Nlt+< значения величин af cos(w/(рн)) . После 20 этого информация из узлов 20 и 21 .памяти буферной выбирается в соответствии с номерами, хранящимися в узлах 18 и 19 памяти номеров и являющимися адресной информацией . 75 для узлов 20 и 21. Выходы узлов 20 и 21 памяти буферной сопровождаются значениями знакового разряда,коммутирующего из узлов 16 и 17 памяти знаков ° Информация с выходов блоков 8 и 9 поступает на входы узлов

22 и 23 памяти квадратов, где хранятся значения квадратов действительной RepÄ (и ) и мнимой 3m (n)

Р+1 частей комплексных коэффициентов

Фурье.

Общий объем памяти зависит от требований по разрядности чисел при реализации аппаратуры анализатора спектра и величины М .

Аналиэатор спектра обеспечивает большее быстродействие за счет отсутствия необходимости выполнять операции умножения комплексных чисел при вычислении коэффициентов Фурье. Например, если в известном устройстве при И=64 необходимо выполнить 64 операции умножения при получении составляющих комплексных коэффициентов чурье, то в устройстве для этого достаточно 65 тактов считывания информации из блока постоянной памяти при аппаратной организации узла 15 памяти на базе мультиплексирования с постоянной коммутационной развязкой информации и параллельной ее передачей в узлы 20 и 21 буферной памяти, а при последовательной передаче - 80 тактов.

1151987

Составитель А.Баранов

Редактор Л.Гратилло Техред Ж.Кастелеуич Корректор,А Обручар

Заказ 2326/39 . .. Тираж 719. ....Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по. делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ппп патент r.óæãîðîä ул.проектная, 4