Цифровой анализатор спектра Советский патент 1984 года по МПК G01R23/16 

1

Изобретение относится к специализированным средствам информационновычислительной техники, предназначенным для исследования; частотных свойств случайных процессов.

Известны устройства, использующи дискретное преобразование Фурье, содержащие блок постоянной паь1яти для хранения значений тригонометри ческих функций, арифметический блок для вычисления коэффициентов Фурье блок оперативной памяти для накопления сумм, блок сглаживания, блок управления для синхронизации работы анализатора при операциях умножения пересьшки, суммирования и выработки адресов считьюания базисных функций .

Недостатком данных анализаторов является наличие сложного блока управления, который ограничивает быстродействие анализатора, так как требуется время на вычисление адресов коэффициентов и вызов их из запоминающих устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блоки умножения, второй вход одного из которых соединен с выхо дом блока выбора весовых коэф{Ьициентов, выход блока умножения соединен с входом блока тригонометрического зтножения, а выходы последнего подключены соответственно к входу блока выбора весовь х коэффициентов и к первому и второму входам сумматора, третий, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходам блока накопления; блока вычисления спектральных составляющргх и блока п;1мяти 2j .

Недостатком известного аналрюа- тора является низкое быстродействие

Цель изобретения - повьошение быстродействия анализатора.

Поставленная цель достигается те что в цифровой анализатор спектра содержащий последователькс соединенные аналого-цифровой преобразовател первый блок умноженияр второй блоь умножения, блок накопления и блох вычисления спектральньк состазляющих, а также блок выбора весовых коэффициентов, выходом подключенньш к второму входу первого блока jiviHoЖеНИЯ 5 CyNG4aTOp ., ВЬКОД КОТОРОГ о ПОДКЛН

268922

чен к второму входу второго блока умножения и одновременно к входу блока памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок триго5 нометрического умножения, выходы которого соединены соответственно с вторым входом сумматора и с входом блока выбора весовых коэффициентов, введены два последовательно

10 соединенных регистра, включенных между выходом первого блока умножения и третьим входом сумматора, при этом второй выход блока памяти подключен к входу блока тригоно15 метрического умножения, а выход первого блока умножения соединен также с четвертьш входом сумматора.

В косинусном генераторе блока тригонометрического умножения, со-

20 держащем последовательно соединенные блок умножения, сумматор и первый регистр, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, а также второй регистр и инвертор,

25 установочный вход первого регистра соединен с входом блока умножения, выход первого регистра соединен с входом второго, выход которого через инвертор подключен к второму входу

30 сумматора.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг,2 - структурная схема блока тригонометрического умножения;

:j.j на фиг.З - структурная схема косинусного генератора.

Цифровой анализатор спектра состоит из аналого-цифрового преобразователя 1, выход которого соединен

0 с первым входом первого блока 2 умножения, второй вход которого соединен с выходом бхюка 3 выбора весовых коэффициентов, вход последнего соединен с первым выходом блока 4

5 тригонометрического умножения, второй выход которогс соединен с вторым входом сумматора 5, выход после;: него соединен с вторым входом второго блока 6 умнол:ения с входом блоJO Гчв 7 пшчятИз первьй выход которого

соединен с первым входом сумматора 5. . а второй - с входом блока 4 тригонометри-ческого умножения, выход блока 2 -умножения соединен с входом рез5 гистра 8. четвертым входом сумматора 5 и с первым входом блока 6 умножения,, а также черей второй регистр 9 с третьим входом сумматора 5, 3112 выход блока 6 умножения через блок 10 накопления соединен с входом блока 11 вычисления спектральных составляющих. Блок 4 тригонометрического умно- жения состоит из двух косинусных генераторов 12 и 13, каждый из которых имеет два установочных входа и один выход (фиг.2). Установочные входы косинусных генераторов 12 и 13 соединены с выходами блоков 14 и 15 задания ностоянных кодов. Выход первого косинусного генератора 12 является первым выходом блока 4 тригонометрического умножения, а выход второго соединен с входом блока 16 умножения, второй вход которого явля ется входом блока 4, а выход - вторы выходом блока 4 тр.игонометрического умножения. Косинусный генератор (фиг.З) состоит из регистра 17, установочный вход которого, являющийся первым входом генератора, соединен с первым входом блока 18 умножения, второй вход которого соединен с выходом регистра 17, а выход блока 18 умнозкения соединен с первым входом сумма тора 19, выход которого подключен к входу регистра 17, выход последнег соединен с входом второго регистра 20, установочный вход которого является вторым входом генератора, а выход, являкицийся выходом генератора соединен через инвертор 21 с вторым входом сумматора 19. Анализатор спектра работает следующим образом. Перед началом работы анализатора блок 7 памяти, блок 10 накопления и регистры В и 9 обнуляются. С выхода АЦП 1 на вход 2 умножения в п-м цикле поступает цифровое слово Х, соответствующее п-й выборке в после довательности N выборок входного сигнала. В блоке 2 вычисляется произведен Q , где W - n-e значение весовой функции, поступающей с выхода блока 3. Взвешенный отсчет Q поступает затем на вход регистров. Последовательно соединенные регистр 8 и 9 Образуют стековый регистр, в котором хранится два предьщущих значения Qn , Qn-g В новом (п + 1) 1Д1кле информация в стековом регистре сдвигается в направлении от 8 регистра к 9, а ранее хранивееся слово в регистре 9 выталкивае ся, С выходов блока 2 и регистра 9 значения отсчетов поступают на ходы сумматора 5. Одновременно с этим с первого выхода блока 4 тригонометрического умножения поступает на вход блока 3 значение 2 cos2 itn/N для формирования весовой функции окна Хемминга 1/2 (1 - 00321 u/N) , а с второго выхода за К тактов генерируются последовательность произведений значения 1 , поступающего с второгЬ выхода блока 7 памяти, на значение С, 2cos2lrK/N. Это произведение, а также величина первого выхода блока 7 поступает также на вход сумматора 5. Выходное слово сумматора 5 в к-м такте поступает на вход блока 7 памяти, который имеет две страницы памяти с общей адресацией и раздельным управлением записью. Выход первой страницы соединен с входом второй, выход которой является первым выходом, а выход первой страниц вторым выходом блока 7 памяти. Таким образом, к-я ячейка блока 7 как бы образует стековый регистр аналогично регистрам 8 и 9. При этом значение к целесообразно выбирать кратным степени двойки с целью упрощения адресацией при считывании и записи. По окончании к-го такта информация в к-и ячейке сдвигается в направлении от первой к второй странице. В результате в к-м такте п-го цикла на выходе сумматора формируется величина Y , которая отсылается в блок 10,накопления, в ко -ором накапливаются суммы. Таким образом организуется синхронный накопитель, выходная вели- чина которого Z после N-ro цикла поступает в блок 11 вычисления спектральных составляющих, который представляет собой блок перемножения величины Zfj на заданное значение Ь/2iiN, где i - величина дискретизации по времени входного процесса x(t). При необходимости в блоке 11 производится усреднение по частоте. Если требуется текущий спектр, то поступает в блок 11 в величина Z каждом цикле. Для формирования тригонометрических сигналов в блоке 4 использованы два идентичных косинусных генератора 12 и 13, Генератор 12 вырабатьгвает последовательность значения 2cos2fln/N, а 13 - 2cos21(K/N. При этом генератор работает следующим образом, (фигг.З). В первом цикле по янный код, равный Сд 2 constэ переписывается в регистр 20, а в регистр 17 - значение С 7. которое устанавливается пользователем. Одновременно с этим на вход регистра 17 устанавливается код, значение которого равно „f КОТОРОГО €9 2cos Ci С„ 2cos2ir «2 ° 2cos4r- /.cosi Во втором цикле осуществляется перезапись информации из регистра 17 в регистр 20, с выхода сумматор 19 в регистр 17, а с выхода генера снимается значение Cf, в регистре 17 хранится значение С 2, а на его код, равный входе устандвливается код, C -C 2cos322 . В m-м цикле на выхода генератора формируется код, равный -, 21 C, 2cosf С., -С ,2 2cosm fj Таким образом, в предлагаемом устройстве не требуется генерирова- ние синусоидальных сигнгшов, что приводит к сокращению арифметических операций в два раза. -Кроме того, отсутствует временное мультиплексирование в сумматоре 5, позтому все операции в устройстве в каждом такте осуществляются одновременно, что повышает быстродействие анализатора.

ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый блок умножения, второй блок умножения, блок накопления и блок вычисления спектральных составляющих, а также блок выбора весовых коэффициентов, выходом подключенный к второму входу первого блока умножения, сумматор, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения и одновременно к входу блока памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок тригонометрического умножения. выходы которого соединены соответственно с вторым входом сумматора и с входом блока выбора весовых коэффициентов, о тлич ающийс я тем, что, с целью повьтения быстродействия, в него введены два последовательно соединенных регистра, включенных между выходом первого блока умножения и третьим входом сумматора, при этом второй вы ход блока памяти подключен к входу блока тригонометрического умножения, а выход первого блока умножения соединен также с четвертым входом сумматора. 2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что в косинус-. (Л ном генераторе блока тригонометрического умножения, содержащем по- следовательно соединенные блок умножения, сумматор и первый регистр, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, а также второй регистр и инвертор, устаноto а вочный вход первого регистра соединен с выходом блока умножения, ) ход первого регистра соединен с о д входом второго, выход которого через инвертор подключен к второму входу сумматора.

п

Блоп4

13

Г

L(Риг. 2

П

Блоп 12,13

-г

№