Анализатор спектра Советский патент 1985 года по МПК G06F17/10 G01R23/16 

Изобретение относится к специал ным средствам цифровой вычислитель ной техники, предназначеннлм для спект)ального анализа сигналов, и может использоваться в акустике, радиолокации, гидролокации, сейсмо логии, биомедицине при решении задач распознавания, идентификации диагностики,,в бортовой аппаратуре специальных объектов, где требуетс высокое быстродействие средств циф ровой вычислительной техники. Известно устройство для выполне ния цифрового динамического спектрального анализа одномерных целых действительных сигналов (в устройст реализован рекуррентный способ дискретного преобразования Фурье),со держа1чее одно или несколько соединенных последовательно арифметичес ких устройств с несколькими арифметическими каналсши в каждом, пре дусматривающими наличие элемента задержки , упрощенного умножителя, сумматора, причем рекурсивные ариф метические клналы включены параллельно, в арифметическом устройстве имеется также ключ для последовательной селекции сигналов и второй умножитель Cl. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, пред«азначенное для спектрального анализа сигналов в скользящем режиме обработки с получением комплексных коэффициентов Фурье, содержащее шесть с лматоров три умножителя,регистр сдвига, два блока памяти, два входа опорных сиг налов , при этом в устройстве первый . блок памяти может быть организован на основе регистров сдига,а вычитатели - на основе сукматоров, причем вход анализатора спектра Фурье подсодинен к входу первого блока памяти и к вторсм/ty входу первого вычитателя, первый вход которого связан с выходом первого блока памяти, а выход - с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти и является первьал выходом из устройства,выход первого сумматора подключен к первым входам первого ножитеЛя третьего вычитатели, второй вход третьего .вычитателя связан с BTciрым выходом из устройства, выходом второго блока памяти первым входом второго умножителя, второй вход которого является первым входом опорных сигналов и вторьм входом третьего сулшатора,первый вход которого связан с втореад входом опорных сигналов и вторым входом первого умножителя, а выход подключен к BTopoivty входу третьего умножителя, первый вход связан с выходом Третьего вычитателя, а выход - с вторым входом второго вычитателя и первым входом второго сумматора, первый и второй входы которых соответственно связаны с выходами первого и второго умножителей, а выходы - с входами третьего и второго блоков памяти. I Схема устройства содержит умножители, затраты времени на вычисления в которых даже при специальной конФигурации аппаратуры их мйкроэлектронной организации на пять-десять тактов больше, чем в остальных элементах схемы. Это зависит и от разрядности представления чисел. Умножители снижают быстродействие устройства С2 . Недостаткгили известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и малое быстродействие. Целью изобретения является повышение быстродействия устрсй|ства. Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектра, содержащий первый регистр сдвига,пять сумматоров, умножитель и блок постоянной памяти, введены второй,третий и четвертгалй регистры сдвига, регистр и первый и второй ключи, входы которых подключены соответственно к nepiBOMy и второму входам первого сумматора, выход которого является первым информационньм выходом анализатора ;и подключен к информационному входу регистра и первому адресному входу блока постоянной памяти, первый и второй информационные выходы которого подключены к первым входам соответственно второго и третьего сумматоров, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему адресным входам блока постоянной памяти и информационным входам соответственно второго и третьего регистров сдвига, информационные которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего сумматоров , выход второго сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого подключен ii первому входу умножителя,выход которого подключен к первому входу пятого сумматора, выход которого является вто1%1м информационным выходом анализатора и подключен к информационнсжу входу четвертого регистра сдвига, информационный выход которого подключен к вторсму входу пятого сумматора, третий и четвертый информационные выходы бЛока постоянной памяти подключены к пе{Шым входам соответственно первого и второго ключей,второй вход второго ключа подключен к информационному выходу первого регистра сдвига, информационный вход которого соединен с вторьм входом первого ключа и является информационным входом анализатора, а информационный выход регистра подключен к вторым входам четвертого сумматора и умножителя. На фиг.1 представлен анализатор спектра; на фиг.2 - схема блока постоянной памяти. Анализатор (фиг.1) содержит ключ 1 и 2, регистры 3-6 сдвига, сумматоры 7-11, умножитель 12, регистр 13, блок 14 постоянной памяти. Блок 14 (фиг.2) содержит узел 15 памяти,узлы 16 и 17 памяти знаков, узлы 18 и 19 памяти номеров, узлы 20 и 2л памяти буферной,узлы 22 и 23 памяти квадратов. Устройство работает следующим образом. По иифо ационному входу в устр ство поступают дискретные значения обрабатываемого действительного си нала (1), к 0,N-l в виде (М) где N - размер анализируемой выбор ки окна наблюдения; f(N)- вновь при шедшее дискретное значение сигнала обновляющее предыдущую выборку. Значение f(N) поступает на вход регистра 3 сдвига размера N и чер вход ключа 1 на вход первого сумма тора 7, Вытолкнутое из регистра 3 сдвига значение 0) через вход в рого ключа 2 подается на вход сумма тора 7, результат алгебраического сложения ufs€(N)- С(о) .из сумматора 7 поступает на первый вход бло ка 14 и является адресом выборки из блока 14 значений afccsuj и Alsinw , где u) 2Jn{p |/f(; п,р идентификаторы коэффициента Фурье и шага наблюдения; nti,м/г-1, р«о,к-1 В. блок 14 занесены величины dices и/ А р-ь 1) , п 0,N/4 для функции косинус в первой четверти единичной окружности и для всех в установленной разрядной сетке. Величины cos w и Sin ДЛЯ ,I/2-f .И ptO, N-.1 выражены через функцию coefw/(p+ifj в первой четверти единичной окружности в виде хранящихся в блоке 14 соответствующих номеров и знаков. Значение а| с выхода сумматора 7 заносится также в регистр 13, На входы сукматоров 8 и 9 поступают последовательно к/2-1 значения аСсй5ш и , а на другие входы этих сумматоров 8 и 9 поступают с выходов регистров 4 и 5 сдви га размера и/2 соответственно значения действительной и мнимой 3mp(n) составляющих коэффициентов Фурье для предыдущей выборки окна наблюдения. Результаты алгербраичес кого сложения в блоках 8 и 9 Рер,(п)-Рер1л))-, 3mp(Ti)-af sin u) .одновременно подаются на входы регистров 4 и 5 сдвига, а также в виде адресной информации - на входы блока 14. Здесь производится выборка результатов , (h) и (n) и значения с выходов блока 14 через входы ключей 1 и 2 подаются на входы сумматора 7, Результат Rep4,(nbJm(n) работы сумматора 7 является выходным результатом работы анализатора и его значения:подаются по выходу устройства во внешний процессор, Для вычисления амплитудно-частотного спектра устройство производит аппаратную процедуру вида . Rep(n)Rep(n)(«i|R(W2j-, Отр(п)(М-3)((, где Ml и МЗ - идентификаторы знаков величины )/(p+i)ji М2 и М4 - идентификаторы номеров выборки из узлов 20 и 21 памяти буферной значений 4teas ш/ /(р+1)} соответственно п и р при определении (ш| И uf (и,) . Значение Ке р, (п) из сумматора 8 .поступает на вход сумматора 10, на другой вход которого поступает значение л{ из регистра 13, Величина л из регистра 13 через интер- вал времени такта сложения в сумматоре 10 подается на вход умножителя 12 и перемножается с результатом алгебраического сложения в сумматоре 10, .подающимся на другой вход умножители 12. Посредством сумматора 11 и регистра 6 сдвига организуется рекуррентное вычисление значения спектральной плотности мощности ), При этом предцлдущее значеиие Sp(n) поступает из регистра 6 сдвига на вход сумматора 11. Производя вычисления вида (n),h), устройство по выходу выдает последовательно во внешний процессор значения второй функциональной величины. Величина (п) поступает также на вход регистра б сдвига для последую15ей работы устройства по циклу р при вычислении спектральной плотности мощности в скользящем режиме обработки на базе рекуррентного счета. Связь регистра 4 сдвига и сумматора 8 определяет способ построения аппаратуры для организации рекуррентных вычислений. Узел 15 памяти содержит значения Д{ to u)/(p + i), .«M. Узлы 16 и 17 памяти знаков содержа значения знаков функций свэш и ;п ю для п--1,N/z-i, ре о,к-ч . Узлы 18 и 19 памяти номеров содержат значения номеров соответствия л (p-n)j значениям сое ш и sin w . В узлы 22 И 23 памяти квадратов занесены вели чины Rep4.i(n) и Jni (л) . Поступающая из сумматора 7 на-вход узла 15 памяти величина if является исходны адресом при работе блока 14. В узлы 20 и 21 памяти буферной последовательно, начиная с адреса л, из узла 15 памяти передаются значения величин й )/(() . Посл этого информация из узлов 20 и 21 памяти буферной выбирается в соответствии с номерами, хранящимися в узлах 18 и 19 памяти номеров и являющимися адресной информацией для УЗЛОВ 20 и 21. Выходы узлов 20 и 21 памяти буферной сопровождаются значениями знакового разряда,ксда мутирующего из узлов 16 и 17 памяти знаков. Информация с выходов блоков 8 и 9 поступает на входы узлов 22 и 23 памяти квадратов, где хранятся значения квадратов действительной Rep ( р ) и мнимой Jiflp, (п| частей комплексных коэффициентов Фурье. Общий объем памяти зависит от требований по разрядности чисел при реализации аппаратуры анализатора спектра и величины И . Анализатор спектра обеспечивает большее быстродействие за счет отсутствия необходимости выполнять операции умножения комплексных чисел при вычислении коэффициентов Фурье.Например, если в известном устройстве При необходимо выполнить 64 операции умножения при получении составляющих комплексных коэффициентов Фурье, то в устройстве для этого достаточно 65 тактов считывания инфор1.ации из блока постоянной п 1мяти при аппаратной организации узла 15 памяти на базе мультиплексирования с постоянной коммутационной развязкой информации и параллельной ее передачей в узлы 20 и 21 буферной памяти, а при последовательной передаче - 80 тактов.

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий регистр сдвига, пять сумматоров, умножитель и блок постоянной памяти, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия, в него введены второй, третий и четвертый регистры сдвига,регистр и перйый и второй ключи,входы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого является первым информационным выходом анали.затора и подключен к информационному входу регистра и первому адресному входу блока постоянной памяти,первый и второй информационные выходы которого подключены к первым входам соответствено второго и третьего сумматоров, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему адресным входам блока постоянной памяти и инфоряиационным входам соответственно второго и третьего регистров сдвига, информационные выходал которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего сумматоров, выход второго сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора,выход которого является вторым информационным выходом анализатора и подключен к информационному входу четвертого регистра сдвига, информационный выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, О) третий и четвертый . информационные выходы блока постоянной памяти подключены к первым входам соответственно первого и второго ключей, второй вход второго ключа подключен к информационному выходу первого регистра сдвига,информационный вход которого соединен с вторым входом первого ключа и явсд ляется информационным входом анализатора, а информационный, выход регистра подключен к вторжлм :входам со четвертого сумматора и умножителя. ор Vl

22

фцг.2