Устройство для вычисления коэффициентов фурье

 

СПИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ ;,1 537349

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.06.75 (21) 2140293/24 (51) М. Кл 2 G 06F 15/34 с присоединением заявки №

Государстееииык комитет

Совета Мииистрев СССР ло делан изебретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.76. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 22.12,76 (53) УДК 681.3(088.8) (72) Авторы изобретения А. Н. Гаврилов, В. В. Моторин, 0. В. Петрунин и А. И. Степашкин (71) Заявитель

Рязанский радиотехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТОВ ФУРЬЕ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначено для определения коэффициентов дискретного преобразования Фурье при работе в реальном масштабе времени и может быть использовано для выявления коротких периодичностей в исследуемых сигналах, для уменьшения дисперсии сглаженных оценок спектральной плотности мощности, полученных по способу Бартлетта, и ряда других задач в высококачественных специализированных анализаторах спектра как детерминированных, так и стационарных случайных процессов.

Известно устройство (1), содержащее блок ввода ординат, генератор опорной частоты, блок формирования кодов аргументов, реверсивные счетчики, источник эталонного напряжения, два функциональных преобразователя и блок задержки.

Однако такое устройство имеет низкое быстродействие.

Известно также цифровое устройство (2), позволяющее вырабатывать коэффициенты дискретного преобразования Фурье, содержащее блок выработки экспоненциальных функций, множительное устройство, сумматор, оперативный запоминающий блок текущих сумм.

Недостатком указанного устройства является сравнительно большой период выработки коэффициентов, так как результат вычислений выдается только по окончании интервала наблюдения — реализации из Л дискретных отсчетов случайного процесса.

5 Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Это достигается за счет того, что в устройство введены второй сумматор и запоминающий блок отсчетов, причем вход устройства со10 единен с входом запоминающего блока отсчетов и с одним входом первого сумматора, другой вход которого связан с входом устройства, а выход — с первым входом множительного блока. Второй вход множительного блока

15 подключен к выходу блока экспоненциальных функций, выход — к первому входу второго сумматора, а выход второго сумматора— к входу запоминающего блока текущих сумм, выходом связанного с вторым входом второго

20 сумматора, выход которого соединен с выходом устройства.

При этом уменьшается период выработки коэффициентов Фурье в У раз, т. е. происходит выдача результатов со скоростью поступ25 ления входных дискретных отсчетов случайного процесса.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства, где 1 — блок экспо|ненциальных функций; 2 — запоминающий блок те30 кущих сумм; 3 — первый сумматор; 4 — мно537349 где

W= ехр или где жительный блок; 5 — второй сумматор; 6— запоминающий блок отсчето(в.

В устройстве вычисление коэффициентов дискретного преобразования Фурье проводится прямым параллельным методом в процессе поступления отсчетов исследуемого сигнала на вход вычислителя. Для момента времени пМ коэффициенты, полученные по реализации процесса на интервале наблюдения длительностью NAt, определяются по формуле и

А„(» Ли) = — .с ((,5c) (»Ссс, (1)

k =ï — (lV — 1)

Ж вЂ” шаг квантования исследуемого процесса по времени;

2к

Л()1= — частотный шаг анализа;

N») t у, k — номера частотного и временного отсчетов соответственно;

При вычислении коэффициентов дискретного преобразования Фурье, согласно формуле (1),,результаты выдаются только по окончании реализации длительностью NAt.

Представляя коэффициенты в формуле (1) в виде

1V — I

А„(ь..) = —;» х (kAt) W»1-+N

+» х (ФЛ/) 1 ) (—;», х (kAt) _#_))» (2)

»(=М =о производя замену переменных в третьей сумме

k=k — N и учитывая, что 11)(» » =ы ", получаем (— М»» » и — 1

А„(1 Ьа) = — "» х (kAt) ы" +

+ (x {kAt) — x ((k — N) At)) ы » (3) »(— N и

А„(7Ьа) = — 5 hx {kit) ы» (, (4)

Л

Ax (kAt) = x (kAt) — х ((й — N) At).

Таким образом, при вычислении коэффициентов,по формуле (4) выдачу их можно осуществлять с частотой квантования исследуемого, процесса.

Работает описываемое устройство следующим образом.

Дискретный отсчет исследуемого сигнала

X(kAt) поступает на вход сумматора 3 и на запись в блок 2. Одновременно из блока 2 выбирается X((k — N) At) — отсчет исследуемо)го процесса, записанный в предыдущем интервале (на блюдений (и,задержа(ичный íà NAt (МЛ(—

15

25 зо

5О

4 интервал наблюдения); Х((k — М) At) также подается на сумматор 3, в результате на его выходе получаем разность Ьх(ЙМ) =x(kAt)— — x((k — N)At). В блоке 1 экспоненциальных

2-,. функций формируются значения sin — ky u

Ф

2»(c0s — Й1) параллельно для каждого из у=О, N /

N/2 частотных каналов за шаг дискретизации

At.

Значение Лх (kAt) перемножается в множи2к тельном блоке сначала на sin — й"1), затем на

2к

cos — ky для каждого у-го частотного канала.

2

Произведения Ax(kAt) sin — и 1) и Ax(kAt) cos — й1

N N с выхода множительного блока 4 поступают на сум матор 5 для сложения с хранящимися

l» — I в блоке 2 значениями Q Лх(ЙЛ1) sin —" ky u д=о N — 1

2к ,» Ax(kAt) cos — ky. В результате на выходе

lг=О N сумматора 5 в течение интервала времени между приходом двух соседних входных отсчетов получаем последовательно значения коэффициентов А(уЛ((»),для каждого из у частотных каналов.

Введение новых элементов структуры и организация новых связей привели к улучшению качественных характеристик устройства, позволив, производить выработку коэффициентов со скоростью, равной темпу поступления дискретных отсчетов исследуемого процесса, что необходимо при решении ряда задач текущего анализа спектра, например для определения начального момента возникновения в си(гнале, периодических составляющих, выявления коротких периодичностей, уменьшения дисперсии сглаженных оценок спектральной плотности мощности, получаемых по методу Бартлетта.

Формула изобретения

Устройство для вычисления коэффициентов

Фурье, содержащее блок экспоненциальных функций, множительный блок, первый сумматор и запоминающий блок текущих сумм, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нето введены второй сумматор и запоминающий блок отсчетов, причем вход устройства соединен с входом запоминающего блока отсчетов и с одним входом первого сумматора, другой вход которого соединен с входом устройства, а выход — с первым входом множительного блока, второй вход которого соединен с выходом блока экспоненциальных функций, а выход — с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом запоминающего блока текущих сумм, 537349

Составитель Л. Захматова

Техред Е, Петрова

Редактор И. Грузова

Корректор И. Лук

Заказ 2692/13 Изд. № 1827 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сап нова, 2 выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авт. св, № 436358, кл. G 06F 15/34, 1972.

2. Коршунов Ю. М,, Моторин В. В. Цифровой спектральный анализатор параллельного действия. Тезисы докладов VI Всесоюзного симпозиума «Методы представления и аппа5 ратурный анализ случайных процессов и полей», секция Ш, Ленинград, 1973 (прототип).