Устройство для вычисления преобразования Фурье Советский патент 1983 года по МПК G06F17/14 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнике, электросвязи и измерительной технике для определения коэффициентов Фурье непрерывных и дискретных случайных сигналов в реальном масштабе времени.

Известно устройство для выполнения быс трого преобразова ния Фурье, с оде1 жащее входные регистры, регистры комплексной весовой функции, коммутатор сомножителей, блок управления, блок умножения, регистры произведений, коммутатор слагаемых, сумматор и регистр суммы С 1 .

Недостатком данного устройства яв- :ляется низкое быстродействие, обусловленное необходимостью выполнения большого количества операций перемножения многоразрядных значений отсчетов входного сигнала на значения фильтрующих гармонических функций в моменты дискретизации.

Наиболее близким к пр едлагаемому по техническому решению является устройство для выполнения преобразования Фурье, содержащее генермтор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных чисел и устройство формирования стробимпульсов, выполнякяцее функцию гене- ратора случайных строб-импульсов а также блок задания входной информации, ,и блок памяти, вьшолнякшшй функцию блок. задания фильтрующих функций, две группы по h ши}) pa торов, гве группы по п сумматоров-вычитатепей, регистр промежуточных коэффиинентов и вычислительные бло,5 ки С23 .

I

Однако для известного устройства характерны недостаточное быстродействие, 4 обусловленное наличием задержки между. 20 окончанием выборки и получением значений коэффициентов Фурье на время, необходимое для выполнения операций пересчета значений коэффициентов Фурье из значений промежуточных коэффициентов, ; 3100 а также сложность устройства, обуслов- ленная наличием регистра промежуточных коэффициентов и вьгчислительных бло ков.. Цель изобретения - повышение быстро действия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый блок памяти, информационный -вход которого является входом устройства, генератор случайных импульсов, выход ко торого подключен к управляющему входу первого блока памяти, блок памяти фильтрующих функций, две группы по п шифра ров, первые входы которых соединены с соответствующими выходами блока памяти фильтрующих функций, и две группы по п- накапливающих сумматоров-вычитате лей, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих шиф1ИТОРОВ первой и второй групп, а выходы накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп являются выходам устройства, введены Е полосовых фильт- ров, и блоков памяти, причем выход генератора случайных импульсов подключен к управляющим входам блоков памяти и управляющему входу блока памяти фильтрующих функций, выход i -го ( i 2 е+1) полосового фильтра подключен к информационному входу i -го блока ndмяти,-знаковый выход которого соединен с вторыми входами П; (j Sr -,+ 1, sj ШИфратОрОВ первой и второй групп, а ИНформационный выход i -го блока памяти подключен к информационным входам п« накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп, вторые входы П; (J - гп+ц /шифраторов первой и вто рой групп подключены к знаковому выходу первого блока памяти, информационный выход которого подключен к информационным входам nf накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп.. Частоты среза полосовых фильтров определяются из следующих условий: .f., 5..л где (5,.,+1|К-1 ;5-,О ;а - шаг преобразования по частоте; К - отношение частот второй и первой составляк щей разложения фильтрующих функций в ряд Фурье. На фиг, 1 изображена блок-схема устройства для выполнения преобразования Фурье; на фиг. 2 - пример фильтрукяцих прямоугольных периодических функиий. Устройство для вычисления преобразования Фурье содержит информационный вход 1, первый блок 2 памяти, генератор 3 случайных строб-импульсов, блок 4 памяти фильтрующих функций, две группы 5 по п шифраторов 6, две группы 7 по п накапливающих- сумматоров-вьгчитателей 8, полосовых фильтров 9 и Е блоков 10 памяти. Выходы 11 сумматоров-вычитателей 8 являются выходами устройства. Устройство работает следующим обра- зом. Исследуемый сигнал )((t поступает на информационный вход 1 устройства и далее на информационный вход первого блока 2 памяти и входы полосовых Фильтров 9. Совокупность частотных составляющих исследуемого сигнала Х (t; сшределяется полосой пропускания калщого из полосовых фильтров 9 и поступает на информационные входы соответству1оших блоков 10 памяти. Генератор 3 случайных строб-импульсов генерирует последовательность расположения через случайные интервалы времени строб-импупьсов, которые поступают на вход блока 4 памяти фильтрующих функций и управляю шие входы блока 2 и 10. Строб-импуль ы с выхода генератора 3случайных импульсов образуют на оси времени случайный поток моментов дискретизации мпк.-гпг, ПИГКПРТИ.-,ЯГ™И i.: удовлетворяющий требованиям со U, , где f . (-t) - плотность распределения интервалов времени 0, ft - средний период дискретизации; математическое сжигание интервала времени О, t| ; N - количество отсчетов входного сигнала. Таким образом осуществляется дискретизация входного сигнала потоком импульсов, отстоящих один от другого на случайные интервалы времени, т.е. стохастическая дискретизация . Выполнение требований (1) позволяет получить асимптотически несмещенные оденки коэффициентов Фурье сигнала x(i) независимо от средней частоты дискретизации и тем самым устранить влияние iSKTa наложения высокочастотных составляющих как сигнала, так и филв труюпшх прямоугольных периодических функций на область анализа. На информационном выходе основного блока 2 при этом формируются коды оценок текущего значения исследуемого сиг нала. хН в момеМты дискретизации ), а на знаксжом выходе - логические уровни, соответствующие знакам этих оценок. На информационных выходах блоков 10 формируются коды опенок текущих значений сигналов Xi{t) в моме ты дискретизации И ц)- знаковых выходах - логические уровни, соответств ющие знакам этих оценок. Логические уровни, соответствукяшие знакам оценок, с знакового выхода 2 и знаковых выходов блоков 10 поступают на первые входы соответствующих шифра торов 6 в обеих группах , на входы кот pfp: с соответствующих выходов блока 4 памяти фильтрующих функций поступают значение кодов фильтруюинх функ ций. Блок 4 памяти фильтрующих функций имеет две группы по п выходов, на которых формируются значения фильтрующих функций в моменты дискретизации . и Р(1Л,-Ьк). -. .При совпадении знаков оценки исследуемого сигнала и фильтрующей функции на кодовом выходе соответствующего шифратора 6 формируется код, разрещакший выполнение в соответствующем сумматоре- вычитателе 8 операции сложения оценки с суммой, накопленной в предшествующие моменты дискретизации данного цик ла выборки, при несовпадении - код, раз решающий вьшолнение операции вычита ния. В случае, если значение фильтрук щей функции для данного момента дискретизации равно нулю, на выходе шифратора 6 формируется код, запрещакнпий выполнение какой-либо операции в соответствующем сумматоре-вычитателе 8. В результате после выполнения N так тов выборки в сумматорах-Фычитатепях 8 первой группы окажутся записанными п значений коэффициентов Фурье с , а в сумматорах-вычитателях 8 второй групг пы - п значений коэффициентов Фурье bi Nfc-/j() ) (л,к); Hn-. (t,,). (3) Количество полосовых фильтров 9 и блоков 1О памяти зависит от количества точек преобразования по частоте h и вида фильтрующих прямоугольных пери -дических функций. Минимально необходимое количество полосовых фильтров 9 определяется из условия (.u) Предлагаемое устройство позволяет существенно повьюить быстродействие за счет исключения операций пересчета зна- юний коэффициентов Фурье, из значений промежуточных коэффициентов, соответ ствующих процедуре разложения исследуемого сигнала в базисе прямоугольных периодических функций, при этом значения коэффициентов Фурье появляются на выходах устройства сразу после обработки последнего отсчета сигнала в каждой выборке. Исключение наиболее трудоемких операций перемножения многоразрядных чисел позволяет расширить полосу частот исследуемого сигнала, доступную для преобразования в реальном масштабе времени. Устройство не содержит регистров промежуточных коэффициентов и промежуточных блоков, что позволяет значительно упростить его техническую реализацию. Формула изобретения Устройство для вычисления преобразования Фурье, содержащее первый блок памяти, информационный вход которого является входом устройства, генератор случайных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу первого блока памяти, блок памяти фш1ьтрук щих функшгй, две группы по п шифраторов, первые входы которых соединены с соответствующими выходами блока памяти фильтрующих функций, и две группы по п накапливающих сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих шифраторов первой и второй групп, а выходы накапливакжшх сумматоров- ычитателей первой и второй групп йвляются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения бьютродействия, в него введены t полосовых фильтров в блоков памяти, причем выход генератора случайных импульсов подключен к управляющим входам 8 блоков памяти и управляющему входу блока памяти фильтрукяцих

функция выход 1-го (, +f) попо сового фильтра подключен к информационному входу 1 -го блока памяти, зна ковый выход, которого присоединен с вторыми входами i(j ,5 шифраторов первой и второй групп, а инфо1 мапионный выход i -го блока памяти подключен к информационным входам tt накапливающих сумматоров-вычитателеи первой и второй групп, вторые входы ,n) шифраторов первой и второй групп подключеиы к знаковому

выходу первого блока памяти, информЕГ тонный выход которого подключен к информационным входам Hj накапливающих сумматоррв-вычитателей первой и второй групп.

Источники информаюга, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

J 598О85, кл. G, 06 F 15/332, 1976

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 294359O/i8-24,

кл. Q 06 РД5/332, 1980 (прототип).

Фиг.1