Устройство для вычисления мультипликативной свертки

 

Изобретение относится к вычислительной технике, связи и может быть использовано для спектрального и корреляционного анализа электрических сигналов, представленных в цифровой форме. Цель изобретения повьшение помехоустойчивости. Поставленная цель достигается за счет того , что в состав устройства входят счетчик 1, блок постоянной памяти 2, блок памяти 3, вычитатель 4, умножитель 5, суматор 6, блоки памяти 7,8, вычитатель 9, умножитель 10, сумматор 11, блок памяти 12, умножители 13 и 14, блок быстрого преобразования Фурье 15, блок разделения спектров 15, блок согласованных фильтров 17,18, блок смешения спектров 19, блок быстрого преобразования Фурье 20, генератор тактовых импульсов 21, блок управления 22, блок постоянной памяти коэффициентов 23 и шина управления 24. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2 (19) SU (ill цц 4 С 06 F 15/332

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOINY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1251106 (21) 4255241/24-24 (22) 27.04.87 (46) 15.01.89. Бюл. Ф 2 (72) В.А. Сапрыкин, Е.Н. Одинцов, Ю.В. Городничев и О.А. Артамонов (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1251106, кл . G 06 F 15/332, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ МУЛЬТИПЛИКАТИВНОЙ СВЕРТКИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике, связи и может быть использовано для спектрального и корреляционного анализа электрических сигналов, представленных в цифровой форме. Цель изобретения— повышение помехоустойчивости. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят счетчик 1, блок постоянной памяти 2, блок памяти 3, вычитатель 4, умножитель 5, суматор 6, блоки памяти

7,8, вычитатель 9, умножитель 10, сумматор 11, блок памяти 12, умножители 13 и 14, блок быстрого преобразования Фурье 15, блок разделения спектров 15, блок согласованных фильтров 17,18, блок смешения спектров 19, блок быстрого преобразования

Фурье 20, генератор тактовых импульсов 21, блок управления 22, блок постоянной памяти коэффициентов 23 и шина управления 24. 1 ил.

1451723

Изобретение относится к вычислительной технике, связи и может быть использовано для спектрального и корреляционного анализа электрических сигналов, представленных в цифровой форме.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости.

На чертеже изображено устройство для вычисления мультипликативной свертки.

Устройство содержит счетчик 1 блок 2 постоянной памяти, блок 3 памяти, вычитатель 4, умножитель 5, сумматор б, блок 7 памяти, блок 8 памяти, вычитатель 9, умножитель 10, сумматор 11, блок 12 памяти, умножители 13,14, блок 15 быстрого преобразования Фурье, блок 16 разделения 10 спектров, первый блок 17 согласовайного фильтра, второй блок 18 согласованного фильтра, блок 19 смешивания спектров, блок 20 быстрого преобразования Фурье, генератор 21 тактовых импульсов, блок 22 управления, блок 23 памяти коэффициентов и шину

24 управления.

Устройство работает следующим образом.

Входные послсдовательности отсчетов Х (п }и Y (u ), соответствующие сигналам Х (t ) и 7 (t ), поступают соответственно на действительную и мнимую части комплексного входа первого блока 15, который обрабатывает их по следующему алгоритму:

Х (и ) + jY (и ) А(К) - 1В(К);

А(К) = Хс (К} — Ys, (КМ

В(К) = X, (K) +, (К), (1) где Хс, У. — четные составляющие 40

I спектров сигналов Х (t ) и Y (t );

Х, У вЂ” нечетные составляющие

1 спектров сигналов Х (t ) и Y (t ). 45

Вычисленные последовательности

A(K) и В(К) с комплексного выхода первого блока 15 поступают на комплексный вход блока 16 разделения спектров, который обрабатывает их 50 по алгоритму, использующему свойства четности и нечетности:

Х, (К) = Х, (N Ê). (2)

N — число отсчетов в последова- 55 тельности

1 а

Х,(К) = — Х (И -K);.

5, (K) (N К} г уз(К) з(А(Ы -К) = Хс (K) +

В(М К) = К, (К) — Х, (К);

Х (К) = A(K) + A(N — К);

Х (К) = B(K) — B(N -К}; у () = B(K) + B(N -K);

Y (К) = A(N -К)- A(K) . (3) На выходе блоке 17 вычисленные

Х,(К) и X (K), а также Ъс(K) H

Y (К) попарно объединяются в ком5 плексные последовательности спектров (I

Х (К) и Y (К), которые с первого и второго комплексных выходов блока

17 поступают на комплексные входы соответственного первого и второго блоков 17 и 18 согласованных фильтров, где происходит их перемножение с компексными спектрами импульсных характеристик фильтров, т.е. вычисление взаимных спектров Х,(К) и

Л (К} но алгоритму

Z,(Я) = Х (К) h (К)

Z (К) = Y (К) h (К), (4) где h з (К) и h „(K) — комплекс ные спектры импульсных характеристик гервого и второго фильтров.

Вычисленные комплексные последоФЪ вательности взаимных спектров 2,(K) и 2 (К} с выходов первого и второго фильтров поступают соответственно на первый и второй комплексные входы блока 19 смешивание спектров, который вычисляет комплексную смесь спектров К(К), составленную так, чтобы в результате С zi(n ) представляла функцию свертки первого сигнала с импульсной характеристикой первого фильтра, а мнимая часть результата

С (n ) представляла функцию свертки второго сигнала с импульсной характеристикой второго фильтра, вместо. традиционного решения задачи, когда значения сверток можно получить, произведя обратное преобразование Фурье над каждой из комплексных последовательностей /,(K) и 2 (К).

Алгоритм работы блока 19 смешивания спектров описан отношениями

R(K) = P(K) + jQ(K), P(K) =Re(Z (K)) + 1m(Zg(К)) (5)

Q(K) =Re(Z+(K)) — 1m(Z,(К)), где Re, lш — обозначения действительной и мнимой частей комплексных величин.

1451723

Вычисленная комплексная смесь

R(K) с выхода блока 19 смешивания спектров поступает на комплексный вход второго блока 20 дискретного преобразования Фурье, который обрабатывает ее по алгоритму

l I

R(K) — + С (п ) + jC (n ). (6) х

Выходные последовательности перво1О

ro блока 15 представляют собой результат отображения входных сигналов X(t) и Y(t) в логарифмический масштаб:

X(t) — M(t)X(log t) (7)

Y(t) - N(t)Y(log,с), При этом в памяти блоков первого и второго фильтров заложены коэффициенты, полученные в результате преобразования Фурье над функциями времени h (? ) и h ((, ), где — М(Ж(И К,Ю, M(< )h (log a)

Такое преобразование приводит к 25 тому, что в случае допплеровской деформации любого из сигналов X(t) или Y(t) (для удобства введем символ обобщенного сигнала S(c))

S(c) - S (t/w) (9) 30

Отображение S (c/()(„) в логарифмический масштаб будет отличаться от отображения влогарифмический масштаб сигнала S(t) лишь величиной сдвига на новой оси времени t = log

I численно равной (. = log (>(..

Действительно, S (t/y)N(c)S (log,t <)=

=M(t)S (log t-log ()(.), (10) 40

t =log t-1 ояц с4 где M(t) — нормирующий амплитудный множитель.

В этом случае выражение описыУ

45 вающеее свертку С (t ) сигнала (S (c ) с импульсной характеристикой фильтра h((, ) будет иметь вид:

С,,(h > =J Б(-. > h(h т. )d, (11)

Максимум значения свертки будет 50 сдвинут по оси аргумента на величину log o(.Òàêèì образом, по сдвигу можно будет судить о характере движения.

Входные последовательности X(t) и Y(t) поступают на вход устройства в виде последовательностей цифровых отсчетов: (n)=log(,(n ht);

sup(t (n ))=lîg ((N — 1)Ь (13)

inf (t (n ) ) =log zest

Численное значение длительности ((1

Т о ображснного сигнала S (t ) выраженное в логарифмической мере, описывается отношением

Т =Тоа,Г(М-1)Д С3-1ояр=1ОВ,(N-1). (14)

Значение аргумента, соответствующее максимуму свертки, вычисляется с точностью до интервала дискретизации Ь отображенного сигнала

S(с):

Ь = )

I где N — количество бражении.

При заданных N u нования логарифма а ражения

1 а = (N-1)

Т отсчетов в отоI

Т значение оснаходится из вы.) (15) Выполнение операции отображения включает в себя следующие этапы: а) нахождение в исходной последовательности Я(п) временной координаты t(n ), выраженной в числе аддитивных отсчетов 5 t, являющейся образом для очередного и значения аргу- ( мента t (n ):

t(n )=(N-1) — ;-- (16)

N -1

I где n — номер отсчета отображенной последовательности, и =0,1,2,..., N — 1;

X(t) -- Х(п ac);

Y(t) — У(b,t)y (12) где n — номер отсчета, — интервал дискретизации по

Котельникову, п=О,1,- ° ° ., 1 — 1, количество отсчетов в выборке.

Выполнение условий Котельникова дает возможность определить значение сигнала на любой момент времени методом линейной интерполяции двух известных значений, находящихся на оси аргумента слева и справа от интересующей нас точки, В результате преобразования значение сигнала, соответствующее нулевому отсчету (п=О), S(0) отобразится на ось нового арI гумента c =log t в точку t =-о(поа этому для простоты анализа исключим ее из рассмотрения и будем считать, что

14517 б) отыскание значения сигнала

S(t(n )), соответствующего времени

«(п );

S (t (n ) ) =К(п ) PS (t„(n ) ) -S (=<(n ))+

+S(tp(n )) (17) где K(n ) — дробная часть значения

t(n ), t (n) = А+1; (n ) =А, А — целая часть значения «(n ), I в) отыскание значения отображенного сигнала

S(n )=M(n ) ° S(); (18)

10 (19)

15 (20) ?5

M(n ) =- 1=,,.

С учетом (20) и (17) перепишем (19):

S (n )=M(n )(K(n )(S(t„(n )—

S(t p и) )) +8 («р (и ) )); и (n )=K(n) Is(t„(n ))-S(t (пп)) +

-И()S(«.,(n )), (21)

К (n) --Й(п ) -K(n ) . (22)

Значения К (n ), И(п ), t„(n ), (и ) вычисляются заранее и заноР сятся в соответствующие разряды запоминающей ячейки блока 2 соответствующей шагу вычис.пения п-ro отсчета отображенной последовательности

Б (г ). В одной ячейке записывается в виде одного слова совокупность вычисленных значений К (n ), M(n ), являющихся коэффициентами для перемножения, значений t „(n ) и t<(n ), являющихся адресами для считывания отсчетов в исходной последовательности S(n), коды чисел, являющихся адресами либо считывания, либо записи блоков памяти, а также логические значения управляющих сигналов, опре- 40 деляющих режим работы функциональных узлов.

Работа блоков 1-14 заключается в следующем.

Обработка последовательностей сиг- 45 налов X(n) и Y(n) начинается с цикла их записи соответственно в блоки

3 и 8 памяти, Отсчеты поступают на их информационные входы, а на их управляющие входы с блока 2 поступа- 50 ют сигнал, удерживающий их в режиме записи в течение N тактов, и последовательность адресов в виде кодов чисел от О до N-1. На управляющие входы блоков 7 и 12 в это время пода- -5

3 ется сигнал, удерживающий их в режиме чтения в течение N тактов. По окончании И тактов записи в блоки

3 и 8 памяти они сразу же переводят23 6 ся в режим чтения ° С окончанием N тактов чтения из блоков 7 и 12 памяти они переводятся в режим записи и на них подается последовательность

I из адресов записи п =0,1,...,N -1.

В это время на блоки 3 и 8 памяти начинает подаваться последовательI

1 ность из N пар адресов t (n ) и

1 и

«Р(п ), поступающая соответственно на их адресные входы, на входы умножителей 5 и 10 — последовательность из N коэффициентов К (п ), а на входы умножителей 13 и 14 — последовательность коэффициентов M(n ).

Считанные с выходов блоков 3 и 8 памяти значения X(t„(n ) ) и Y(t„(n ) ) поступают на входы соответствующих вычитателей 4 и 9, считанные с других выходов блоков 3 и 8 памяти значения X(t (n )) и Y(t (п )) поступают на входы вычитателей 4 и 9 и на входы соответствующих умножителей

13 и 14. С выходов вычитателей снимаются значения соответственно

X(t„(n ))-X(t>(n )) и Y(t„(n ))—

-Y(tð(n )), которые поступают на входы соответствующих умножителей 5 и

10. С выходов умножителей 5 и 10 снимаются значения соответственно

К (n ) (Х(«„(п ) )-X(tp(n )) H

К (п) PY (g (и ) ) -Y (t p (n ) ), которые поступают на входы соответствующих сумматоров 6 и 11, с выходов умножителей 13 и 14 снимаются значения соответственно M(n ) X(t (п )) и

И(п )Y(t>(n )), которые йоступают на входы соответствующих сумматоров

6 и 11. С выходов сумматоров 6 и 11 вычисленные значения отсчетов отображений соответственно

Х (п )=K (n )(X(t„(n ))—

Х(«р(п )))+M(n )X(tp(n )) (n )=K (n ) PY(t„(n ))-Y(t<(n ))+

+M(n ) Y(t (n )) (23) поступают на информационные входы соответствующих блоков памяти 7 и 12, где записываются по соответствующим адресам. По окончании N тактов записи блоки 7 и 12 памяти переводятся снова в режим чтения, записи или хранения в соответствии с записанной в блоке 2 программой.

Формула изобретения

Устройство для вычисления мультипликативной свертки по авт.св. 11 - 1251106, Составитель А.Баранов

Техред А.Кравчук Корректор В.Гирняк

Редактор А.Лежнина

Заказ 7082/48

Тираж б67

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям к открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое- предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1451 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены четыре блока памяти, два сумматора, два вычитателя, четыре умножителя, блок постоянной памяти и счетчик, информационный выход которого подключен к адресному входу блока постоянной памяти, первый выход которого подключен к адресным выходам первого,, второго, третьего и четвертого блоков памяти, входы управления записью-считыванием которых подключены к второму выходу блока постоянной памяти, третий выход которого подключен к первым входам первого и второго умножителей, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к информационным входам соответственно третьего и четвертого блоков памяти, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго операндов первого бло- 2б ка быстрого преобразования Фурье, 723 8 выходы реальной части первого и второго блоков памяти подключены к первым входам соответственно первого и второго вычитателей,.выходы которых подключены к первым входам соответственно третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго сумматоров, выход меньшей части первого блока памяти подключены к второму входу первого вычитателя и второму входу первого умножителя, выход мнимой части второго блока памяти подключен к второму входу второго вычитателя и второму входу второго умножителя, четвертый выход блока постоянной памяти подключен к вторым выходам третьего и четвертого умножителей, информационные входы первого и второго блоков памяти являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства а счетный вход счетчика подключен к выходу генератора тактовых импульсов.