Анализатор спектра фурье

 

(72) Авторы изобретения

Ю. П. Барметов и Ю. И. Ев

Воронежский технологический ин (71) Заявитель (S4) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ФУРЬЕ!

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для цифровой обработки неравномерных цифровых последовательностей.

Известны устройства, служашие для определения спектров сигналов, преобра5 зованных в равномерные цифровые последовательности, содержашие генератор кода аргумента, преобразователя кода аргумента в значение синуса и косинуса, умножители, сумматорь1. Работа этих уст10 ройств заключается в умножении каждого отсчета последовательности на значение синуса или косинуса, соответствующее положению этого отсчета на оси аргумента, t5 и суммировании данных произведений .для всего анализируемого множества отсче тов (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержашее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, счетчик, формирователь кода аргумента, преобразователи кода аргумента в значения синуса и косинуса, умножители, сумматоры, параллельные сдвигаюшие. регистры, схемы сов падений 2 .

Известный анализатор может определять спектры только таких последователь ностей, у которых номера отсчетов линейно связаны со значениями аргументов этих отсчетов. Это следует из того, что в выражении дискретного преобразования

Фурье (,ППФ) при вычислении значения аргумента функций синуса и косинуса предполагается именно такая зависимость.

Это утверждение просто подтверждается; если выражение для,ППФ й- 0Л Гк1=С Ц ЕДРИ-д-Кп3

60 переписать в следуюшем виде: й- I goal Я=О gyngeXp(-) т KnÜ1), (1) п=О где f/ - преобразуемая последователь ность

- интервал преобразования, ра ный МвЬ1

877864. и сумматоры 9 и 10, параллельные сдвигающие регистры 11 и 12. а; Предлагаемое устройство позволит обрабатывать как равномерные, так и нерав-. номерные цифровые последовательности.

Алгоритм функционирования предлагаемого устройства похож на алгоритм из«

I вестного, но так как значения аргументов отсчетов неравномерной последовательнос10 ти невозможно определить через номера отсчетов, следовательно, их необходимо вводить в таком же виде, как и значения функции. В этом случае на вход устройства подаются последовательности отсчетов функции и соответствующих им значе-; ний аргумента. Спектр сигнала, прец— ставленного в таком виде, определяется выражением

YYI . 2У

Р(к1= .2 ЕЕ 3 eve(- — V+Pn))> (3)

20 1=0

Y где rn — число отсчетов на интервалеЩ f Максимальное количество вычисляемых -гармоник равно N где 6 —

Т ьь максимальное значение общего делителя всех 1 и) и Т, Значения отсчетов спектра с номерами, большими N периодически повторяют уже полученные на интервале 0, Nf .

Вычисление спектра устройством проводится в виДе реальной и мнимой частей л- по вь1раиенийм полученным из (3), 9 eg<3=E а(п)Сои(—,tC 31) (4) У „„Г 3= ÕВ1" т < п 4 - ( 35 n=O

При этом с поступлением и -х отсчетов аргумента и функции вычисляются все произведения 9 Ph) на значения синуса и косинуса для К,изменяющегося от O,äî

40 N и суммируются с соответствуюшими им значениями сумм, полученными на предыдущем шаге, причем, значения функций синуса и косинуса для каждого 1 формируются преобразователями кода К сп., из45 меняющегося на интервале (О,М как где М

N - число отсчетов анализируемо последовательности; д1 - шаг дискретизации аргумент

4Pl$=054 - значение аргумента, соответ ствующее П -му отсчету.

В случае, когда зависимость между номером отсчета и значением соответствующего ему аргумента нелинейна; выражение (1) для ДПФ дает неверный результат. Следовательно, устройство невозмох но применить к обработке неравномерных последовательностей.

Цель изобретения » расширение класса решаемых задач,за счет обработки неравномерных цифровых последовательностей.

Поставленная цель достигается тем,. что в устройство, содержащее формирова» тель кода аргумента, вь1ход которого под ключен ко входам преобразователя кода аргумента в значения синуса и преобразователя кода аргумента в значения коси нуса, выходы которых соединены с первь ми входами умножителей,. вторые входы которых являются первым входом анализатора, сумматоры, первые входы которых соединены с выходами умножителей, вторые входы сумматоров соединены е вь ходами параллельных сдвигающих регистров, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами формирователя кода аргумента и пара лельных сдвигающих регистров, счетчик, введены блок вычисления начальных значений аргумента, первый вход которого является вторым входом анализатора, второй вход блока вычисления начальных значений аргумента является третьим входом анализатора, а выход блока вычисления начальных значений аргумента подклю чен к первому входу формирователя кода аргумента, третий вход которого объединен с первыми входами генератора тактовых импульсов и счетчика и является чет вертым входом анализатора, второй вход генератора тактовых ймпульсов соединен с выходом счетчика, второй вход которог соединен с выходом генератора; а выходы сумматоров являются выходами анализатора.

На чертеже приведена структурная схе- 50 ма устройства. ...Устройство содержит блок 1 вычисления начальных значений аргумента, формирователь 2 кода аргумента, генератор 3 тактовых импульсов, счетчик 4, преобра- . ы эователь 5 кода аргумента в значения ко ,синуса, преобразователь 6 кода аргумен° га в значения синуса, умножители 7 и 8, &(K„„ай=ам(1 ), С Кс г К))асоБ(Ь)1С) - верхняя граница интервала изменения кода аргумента, соответствующая периоду изменения тригонометрической функции и . зависящая от конкретных преобрараэователей кода аргумента в значения синуса и косинуса.

5 977 5

Код аргумента k т на каждом шаге изменения К определяется как т(и) где5уй(к- )=Б и — - сумма начальных т значений кода аргумента, полученная на предыдущем шаге:

lh — начальное значение кода аргу<() T мента, вычисляемое дпя каждого k(n);

- количество целых значений й1 укпадываюшееся в вь численном значении кода аргумента; „ 4 - операция взятия целой части. П йя равномерных последовательностей, при M=III начапьное значение кода аргумента равно номеру отсчета. Действительно, подставив 4/n)=II Dk иТ=М а< в. виражение начального значения кода аргу- мента, подучим и, Устройство работает слепуюшим образом.

С подачей на первый вход устройства значения функции, а на второй значения аргумента, на третий вход одновременно подается тактовый импульс, который запускает генератор 3 тактовых импульсов и устанавливает счетчик 4 и формировазо тель 2 кода аргумента в нулевое положение.

На выходе преобразователей 5 кода араргумента в значение косинуса и 6 синуса формируются коды чисел, соответствуюшях нулевому аргументу, которые затем умножаются в умножитепях 7 и 8 на значение функции и, проходя через сумматоры 9 и 10, заносятся в нулевые ячейки параллельных сдвигаюших регистров 11 и 12. В это же время на выходе блока

1 вычисления начапьного значения аргу40 мента формируется начальное значение аргумента, соответствующее t)03 которое в дальнейшем используется при формировании кодов аргумента для всех К = 1, 2,..., N-1.

После выдачи (М -1)-го импульса счет чик 4 останавливает генератор 3, при этом в М последовательных ячейках параллельных сдвигаюших регистров записаны произведения нулевого отсчета функ- 5о ции на значения синуса и косинуса дпя всех гармоник от 0 до М -1.

С подачей спедуюших значений функ» ции, аргумента и тактового импульса на все входы устройства циклы выполнения 55 операций аналогично повторяются с той лишь разницей, что в сумматорах происходит сложение вновь полученных произведе54 6 ний с записанными в регистрах суммами, вычиспенными на предыдушем шаге, и эти суммы помещаются в регистры на место прежних. Таким образом, после каждого изменения и в параллельные регистры заносятся значения отсчетов действитель ной и мнимой частей текушего спектра.

Введение нового блока в известное уст ройство позволит сушоственно увепичить возможности устройства в обработке ин« формации, имеюшей дискретный характер ипи по своей физической природе (различного рода импульсные процессы), ипи полученный в результате предварительной обработки.

Формула изобретения

Анализатор спектра Фурье, содержаший ,формирователь кода аргумента, выход которого подключен ко входам преобраэова геня кода аргумента в значения синуса и преобразователя кода. аргумента в значения косинуса, выходы, которых соединены с первыми входами умножителей, вторые входы которых являются первым входом анализатора, сумматоры, первые входы которых соединены с выходами умножителей, вторые входы сумматоров соединены с выходами параллельных сдвигаюших ре» гистров, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми вхо- дами формирователя кода аргумента и параллельных сдвигаюших регистров, счетчик, о т и и ч а ю щ и -й с я тем, что, с цепью расширения класса, решаемых задач за счет обработки неравномерных цифровых последовательностей, в него введе- ны блок вычисления начальных значений аргумента, первый вход которого является вгорым входом анализатора, второй вход блока вычисления начальных значений аргумента является третьим входом анализатора, а выход блока вычисления начальных значений аргумента подключен к первому входу формирователя кода аргумента, третий вход которого объединен с первыми входами генератора тактовых импульсов и счетчика и является четвертым входом анализатора, второй вход генератора тактовых имцупьсов соединен с выходом счетчика, второй вход которого соеди» нен с выходом генератора, а выходы сумматоров являются выходами анализатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N0 474810, кп. С, 06 F 1 5/34, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Мо 446063, кп. Q 06 F 15/34, 1972 (прототип) .

877554

Составитель А. Баранов

Редактор В. Петраш Техред С.Мигунова

Корректор В.Бутяга

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9617/74 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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