Анализатор спектра Советский патент 1983 года по МПК G06F17/14 G01R23/16 

со ;о Изобретение относится к средствам вычислительной техники, преднаадачено для получения комплексного спектра Фурье по типу скользящей временной выборки в реальном масштабе времени и может использоваться при решении задач первичной обработки управ.ляющих сигналов в бортовой аппаратуре летательного аппарата и других специальных объектов, требующих высокого быстродействия цифророй аппаратуры, малых энергетических затрат и ТоП Известно устройство для выполнения прямого преобразования Фурье, осуществляющее вычисление комплексного спектра между вводом отдельных дискретных значений преобразуемого сигнала. Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, три блока памяти, предназначенные для накопления исходных отсчетов и хранения синусной и косинусной компо нент спектра, умножитель и сумматор комплексных чисел 1 1 3 Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является анализатор спектра, который вычисляет коэффициенты Фурье на скользящем отрезке времени, обновляя на каждое новое np нятое, начи.уая с N, дискретное значе ние преобразуемо1-о исходного сигнала спектральное состояние анализ1 руемог интервала. Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь АЦПу выход которого соединен с первым вхо дом первого сумматора и с входом пер вого блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого сум матора, второй блок памяти, выход ко торого соединен с первым входом вто рого сумматора, третий блок памяти и блок формирования синусных и косинус ных весовых коэффициентов, первый выход которого подключен к первымвхо-дам первого и второго умножителей, а второй подключен к первым входам третьего и четвертого умножителей, вторые входы первого и третьего умножителей а также второго и четвертого соединены между собой, а выходы второго и третьего, первого и четвертого ум ножителей соединены с первым и вторым входами третьего и четвертого сумматоров соответственно. Выход nep . вого сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подсоединен к второму входу первого умножителя, выход третьего блока памяти подсоединен к второму входу второго умножителя, а выходы третьего и четвертого сумматоров соединены с входами второго и третьего блоков памяти соответственно , Недостатками устройства являются сложность и выполнение двух видов алгоритмического обеспечения дискретного преобразования Фурье ( ДПФ ), что снижает быстродействие всего устройства . Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства. Поставленнэя цель достигается тем, что анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий блоки памяти, блок постоянной памяти, первый , второй и третий сумматоры, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к йходу первого блока памяти и первому входу первого сумматора , второй вход которого подключен к выходу первого блока памяти, а вход аналого-цифрового преобразователя является входом анализатора, содержит коммутатор и блок суммирования, выход которого соединение входом коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого является первым выходом а нализатора и соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход блока постоянной памяти .соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого является вторым выходом анализатора и подключен к входу третьего блока памйти, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, причем вход блока суммирования соединен с выходом первого сумматора. На фиг о 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг, 2 - схема блока суммирования. Устройство состЬит из аналогоцифрового преобразователя 1, первого 2, второго 3 и третьего k блоков памяти (оперативной), первого 5 второго 6 и третьего 7 сумматоров, блока 8 суммирования, коммутатора 9 и блока 10 постоянной памяти. Блок 8 суммирования (фиг. 2) состоит из сумматоров 11-23, причем выход первого сумматора 5 Л соединен с-первым и вторым входом сумматора 11, а такие с вторыми входами сумматоров 12-15, 18-20, 2f-23, выход сум матора 1 Г соединен с первыми входами сумматоров 12-15, выход сумматора 12 соединен с первыми входами сумматоро 16, 17, 20, выход сумматора 13 соеди нен с вторыми входами сумматоров 1б и 17, и первыми вхрдами сумматоров18 и 19, выход сумматора 1б соединен с первым входом сумматора 21, выход сумматора 19 соединен с первым входом сумматора 23, причем выходы сумматоров 21 , 17,- 22, 23, 20, 15, И являются выходами матричного суммато ра 8, Анализатор спектра работает следу ющим образом. Начиная с первого дискретного зна чения, сформированного через блок 1 из сигнала f, устройство реализует рекуррентную структуру ДПФ вида ,Fp(n)+df ехр -jw(p+i, (1) где (N)-f (0) ;ш 2Уп/Ы; /ri ; Fp(n) - значения комплексных koэффициeнтoв Фурье последующей (р+1)-и выбор ки и предыдущей р-й выборки соответственно} N - величина дискретной выборки , определяющей интервал ДПФ; f(N) - значение вновь пришедшего дискретного значения в блок 2 oneративной памяти; f(0) - значение предыдущего цикла из блока 2 опера тивной памяти, размерность которой равна N. в исходном положении устройства значения слов в йем равны нугяо. Одновременно с записью f(N) в бло 2 производится, начиная с N-ro номера входного дискретного значения, оп рация определения значения uf в первом сумматоре 5 Результат flf из пер вого сумматора 5 подается в блок 8, выполняющий заложенное в нем алгорит мическое обеспечение, следующее из анализа-матрицы констант рекуррентной процедуры в двоичном представлеНИИ, В реальном устройстве, например, дг.я М«32, 8-разрйдиом, после умножения на 2, представлении констант алгоритмическое обеспечение имеет вид т fflf.Z i or m2+m.j2 , 5 2 +my 2 ; В т + йГ2 faf2 , г .. а ; ; .2где mj, fflj, m - величины, формируемые сумматорами 11-13 Значения а-т - результаты процеду- . ры вида af-cos fu/f при , h-l,; обозначения вида 2 соответствуют коммутационному сдвигу при соединении с входами сумматоров 11-23 Исходная дискретная последовательность представляет собой действительные числа, откуда в соответствии со свойствами Д1Ф для действительной последовательности очевидны указываемые интервалы обработки. . Комплексные составляющие ufcxp к ) формируются посредством коммутатора 9 из значений af cois t. Знаки значений Af-cosooCp+l) и af81п«м(р+1), а также их коммутац ионные номера по циклу р, р-О, 1 определяются блоком 10 постоянной памяти. Знаки комплексных значений определены и заложены через процедуры (A| A/abs{A)i Л#О; (В)В/аЪ5(6) ; , где А со5«А(); Bi±sinu {p- -1). Вычисление коэффициентов Фурье по формуле (1 ) позволяет иметь знамительно меньшую ошибку итерационных процедур рекуррентного ,тйпа, чем по известной формуле. Результаты slgn(A)Af-cosuXp n и 5lng(B)uf.) с выходов коммутатора 9 раздельно подаются на первые входы второго и третьего еумматера 6 и 7 на вторые входы которых с выходов третьего и второго блоков t и 3 оперативной памяти подаются значения (n)j и (п Блоки 3 и оперативной памяти имеют размерность 1. Соответствующие зна чения на входах сумматоров 6 и 7 алгебраически складываются. В итоге устройство формирует результат цикла работы на выборку :Re ГР (и)РеГР (n)+/if.co5wlp+l}i J )()-Af (pH). Работа по циклу mi Ьс5т1ествляется последовательно. В исходном положении все числа в блоках 3 и обнуляются.

/

Л Фиг.1 Для реаль-ного N (например, ) результат работы устройства 15 комплексных коэффициентов Фурье на выборку формируется на 20 синхротактов, Анализатор спектра позволяет увеличить вычислительную мощность цифровой аппаратуры обработки сложных сигналов в классе задач цифрового динамического спектрального анализа, увеличить ее возможности в плане объема анализируемого состояния в реальном масштабе времени. Снижение энергозатрат достигается за счет унификации большинства элементов анализатора на основной процедуре ДПФ в рекуррентном виде, что позволяет применить специальные методы прогрессивного проектирования такого вида аппаратурных средств.

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий блоки памяти, блок постоянной памяти, первый, второй и третий сумматоры, выход аналого-цифрбвого преобразователя подключен к входу первого блока памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к вы ходу первого бл,рка памяти, а вход аналого-цифрового преобразователяявляется входом анализатора, о т личающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, он содержит комму,татор и блок суммирования, выход которого соединен с входом коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого является первым выходом анализатора и соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход блока постоянной памяти соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого является (Л вторым выходом анализатора и подключен к входу третьего блока памяти, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, причем вход блока суммирования соединен с выходом первого сумматора.