Устройство для вычисления коэффициентов разложения функций в ряд Советский патент 1983 года по МПК G06G7/26 

Фиг1 Изобретение относится к вычислитель ной технике и может быть использовано для спектрального анализа случайных процессов. Известен вычислитель коэффициентов Уолша-Фурье, содержащий блок формирования функций Уолша, вход которогчэ подключен к выходу преобразователя напряжение-унитарный код, входы которого со единены со входами вычислителя, реверсивный счетчик, входы управления которого подключены к выходам блока формирования функций Уолша, а основной вход подключен к выходу преобразовател напряжение-унитарньгй код Cll , Однако оно позволяет вычислять толь ко коэффициенты Уолша. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для вьшисления коэффициентов разложения функций в ряд, содержащее блок формирования функций Уолша, аналоговые ключи, интеграторы, биполярные, ключи, коммутатор, регистр сдвига и выходной сумматор, при этом управляющие входы аналоговых ключей соединены с выходами регистра сдвига, а выходы со входами интеграторов, выходы которы соединены со входами выходного сумматора, причем управляющие входы биполярных ключей соединены с выходами блока формирования функций Уолща, вход которого соединен с одним из выходов коммутатора, выход которого соединен со входом регистра сдвига, выход сигнала переполнения которого соединен с управляющим входом коммутатора с одного канала на два L 2 J , . Недостатками такого устройства яв ляются сложность конструкции и низкое быстродействие вследствие последовательного вычисления коэффициентов разложения функций в ряд. Цель изобретения - упрощение конструкции и повьипение быстродействия за счет одновременного вычисления всех коэффициентов разложения функций в ряд Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления коэффй циентов разложения 4ункций в ряд по интегральным Уолща, содержащее блок формирования функций Уолща, И биполярных ключей и in интеграторов причем выходы блока формирования (фик ций Уолща соединены с управляющими входами, биполярных ключей, информационные входы которых подключены к входам устройства, а выходы соединены . с входами соответствующих интеграторов введены И блоков алгебраического суммирования и коммутатор, причем выходы интеграторов соединены с входами коммутатора, выходы которого соединены с входами блоков алгебраического суммирования, выходы которЬпс подключены к выходам устройства. На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 структура блока формирования функции Уолща. Блок-схема устройства содержит би полярные| ключи 1, блок 2 формирования функций Уолща, интеграторы 3 и блоки 4 алгебраического суммирования, коммутатор 5. Блок 2 формирования функций Уолща состоит из элементов сложения по модулю два 6 и двоичного счетчика 7. Этот генератор базисных функций реализует метод получения функций Уолща перемножением функций Радемахера waeCv4,t)-v(vi,T)waei.a -tti-,t;), где m 70 -, И70 WaC to,t/7-i; i и и - ..: целые положительные числа, которые связаны собой неравенством Логическая схема генератора функций Уолща состоит из нескольких ярусов, на каждом из которых формируются функции Уолща одного ранга (ранг - число значащих разрядов в двоичном разложении порядка функций Уолща). Информационные входы бипощярных ключей 1 являются входдми устройства, управляющие входы соединены с выходами блока 2 формирования функций Уолща, а выходы - со входами интеграторов 3, выходы которых соединены со входами коммутатора, выходы которого соединены со входами блока 4 алгебраического суммирования. Разложение произвольного сигнала {(i,) в ряд интегральным функциям Уолща можно представить в виде (-t)-.I ), (1) 1-0 где - коэффициенты разложения в ряд по интегральным функциям Уолща, а P(,t} определяют ся как , P(,t).,c:;dг, где I 1 « О, 1, 2.,,N ;(г-) p(0,t)s 1.

Коэффициенты разложения в ряд по интегральным функциям Уолша в матричном виде равны

С.

Подставляя в (3) тождественное соотношение I (единичная матрица) дяя N « 4

без учета постоянной составляющей, имеем

C.P 4 /Vf-фСур, (4)

где V - матрица Уолша; С -W$ - коэффициенты Уолша;

VT

- матрица свяви коэффициентов Уолша с коэффициентами.

УШРОЙСТВОДЛИ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЗФФШ1ИШШЭВ РАЗЛОЖЕНИЯ ФУНКШЙ В РЯД, содеикш мцрования функций Уолпш, пг игюяярныя ключей и И -i интеграторов, причем выходы блока формврбванна функций Уолша соединены с управпяюптмк ВХОДЕЁМИ 6и-поляршх ключей, Ш1фо1 Ш1Ш}НШ11е ЕКОДЫ которых подключены к входом устройства, а выходы соединены с ВХОДЕМН соответстч вукпшсс ннтеп)ат(фов« о т л и ч а ю щ ее с я veMf что, с целью повышения быст р(Ч{ействия и упрощения, в него кведены И блоков алгебраического суммирования и коммутатор, причем вьвсоды интеграто ров соедвнеШ с входами коммутаторе,, выходыКо гсф6го«;ое|шнены с входами блоков аяге аического суммирования. BSiDCoitbi KOTcqpux подклкшены к вьосодам g Cl

В общем виде матрицу мажна записать где El К) - единичная матрица размерностью 6-8 ,8 ot 1, 2,- число (шагов) ма рицы ФХ 2) на блоки. Алгоритм вычисления элементов матр цы Ф , исходя из (5), можно сформули ровать следующим образом. На первом шаге (оС 1) матрШ1а ф разбивается на четыре блока pa yjepHOc тьюе/2хб/2.. На следующем шаге (сб 2 верхний левый блок матрицы ф вается на четыре блока размерностью К|4 Р/4 . И, наконец, на последнем ншге (oL m) происходит также разбиение на четыре блока размерностью 1X1. т, е. элементы Ф , ф , ф , ф, равны Ф е+/Де C|).j,H/4EU)-f/4 0.i i|4EW-f|40,,f/2r Связв, определяемые матрицей ф , задаются коммутаторе 5. Устройство работает следующим образом. На вход усч Йства в внде напряжения поступает исследуемый процесс $ (-fe ). Это напряжение соответственно поступает на 1{йфо{Ж1 шионные входы бт1оляр« нмх ключей 1, работой которых управляет блок 2 фор 1ярования функций Уолша, в результате чего в ключах 1 происходнт повторение напряжения, если на управляю щем входе ключей присутствует напряжение, или инвертирование, если напря жение на управлякщих вхопах равно нулю. Преобразованное таким образом напряжет ние с выходов ключей 1 поступает на вход интеграторов 3. Такое преобразова «ние происходит в течение времени Т , где Т - интервал задания функций Уолша. По окончании времени -t Т на выходах интеграторов присутствуют напряжения, пропорциональные коэффициентам Уолша. Эти напряжения, в свою очередь, поступают через коммутатор 5 на входы бло ков 4 алгебраического суммирования, веС(жые сопротивления которых устанавлн ваются в соотъетствии со значениями строк матрицы связи ф . Так, например, весовые сопротивления первого блока алгебраического суммирования выбираются такими, чтобы выходное напряжение его бвышо равно (при .) (KoUBVo-5UDyr i (0) i ) Ко- 5|е;К,га/8;КйИ/б в результате суммирования выходных напряжений интеграторов 3 в блоках 4 алгебраического суммирования на выодах последасвх по истечении t 7 будут присутствовать напряжения,хфопорцвовальные коэффициентам азложения входного процесса (t) по нтегральным функциям Уолша. Быстродействие устройства такшл обазом повышается за счет параллельного ычисления коэффшшентов в N раз, где Н - размерность преобразования. В то е вр&ля значительно упрсноается кон- устр(Лства, так как отсутствут по сравнению с прототипом N аналогоилх ключей, коммутатор, регистр сдвига, выходкой сумматор, а а(жоп1штельио введены N блоков алгебраического сум

4

мирование, котораыё по ковсЧ;рукг«еаой сложности соответстаукуг N вяеаюгова клкучам.

« «