Анализатор спектра Фурье Советский патент 1986 года по МПК G06F17/14 G01R23/16 

Изобретение отнобится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для вычисления спектра Фурье случайных и регулярных сигналов.

Цель,изобретения - повьппение точности вычисления спектральных коэффициентов Фурье от исследуемого сигнала .

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для увеличения точности вычисления спектральных коэффициентов Фурье необходимо производить разложение исследуемого сигнала в базисе интег- ральных функций Уолша. При этом избранный способ разложения сигнала по интегральным функциям Уолща должен быть таким, чтобы он не приводил к существенному усложнению конструк- ции анализатора спектра Фурье. В связи с этим задачу поиска избранного сйособа разложения сигнала по интегральным функциям Уолща формулируют как задачу преобразования исходного сигнала x(t) в некоторый другой сигнал у (t) , спектральное разложение которого по обьгчным функциям Уолша было бы эквивалентно разложению исследуемого сигнала x(t) по йнтеграль ным функциям Уолща на одном и том же интервале их определения (О, Т), т.е. ИР известному сигналу x(t), определенному на интервале времени (О,Т), разыскивается такой сигнал y(t), заданньй на том же интервале определения (О,Т), что заведомо вьтолняется система равенства

т I

(Y(t),(tvjt.- Kitwatiat, (, - - -„ : i«l ,2,, ; ,3., .. .,n

где vj(t) и Wj(t) - соответственно i-ый интегральный и обычный сигналы Уолша, которые удовлетворяют известному соотношению

i- ;

V(thJw;liy-Jt(2)

50

(,2..., N-1).

Покажем, что такой сигнал существует и определяется через известный сигнал с помощью интегрального равенства . . i

Y(i)-fxWdt. «

- о(3)

Осуществив взятие дифференциала | от произведения функций Fj-y(t).у,(t)J

022

и его интегрирование на (О,Т) получют систему равенств .

. т т .

F-.()(ol h W iWd hwV;tiUt

о ..°

,2,.,..., N-1, из которой, считая, что vj (t)W{(t) в соотве1тствии с (2) и что y (x)x(t) и V| (о) V|(Т)0 (свойство интегральных функций Уолща), легко получить известные равенства (1) и (3).

При этом з итывая, что v (t) 1 на (О,Т), вьфажение для нулевого коэффициента интегрального преобразования Уолща от исследуемого сигнала x(t) имеет вид

c -.|x(iU.t.

(4)

Таким образом, наряду с (4), окончательно имеем следующую систему ра- ) венств для соответствующих спектральных коэффициентов

-с;/

,(5)

,2,..,.,, N-1, - . где Су. , Су. - соответственно спект-г ральные коэффициенты интегрального и обычного преобразований Уолща от сигналов x(t) и y(t) на вре1 енном.

I

интервале (О,Т), где (t)Jl.

о

Анализ равенств (1), (35, (4) и (5) позволяет сделать следующий вы- вод.

Для определения спектральных коэффициентов интегрального преобразования Увлша от входного сигнала x(t) , заданного на временном интервале (О,Т), нет необходимости использовать способ

cJ..Jx(t)-v-,W-()t/ ,

о

основанный на з адании интегральных функц Уолша, ввиду сложности его технической реализации. Для рещеиия паставлениой задачи целесообразно использовать предлагаемый способ, в соответствии d который осуществляется вычисление спектральных коэффициентов преобразования в базисе обыч- .ных функций Уолща от входного сигна3

ла, подвергнутрго предварительному интегрированию и инвертированию на заданном временном интервале (О,Т). При этом в соответствии с равенствами (1), (3), (5) и (6) достигается fpaBeHCTBd всех N-1 спектральных коэффициентов интегрального и обычного преобразований Уолша от соответствующих сигналов x(t) и у(t), заданных на интервале (0,Т). Нулевой коэффициент интегрального преобразования Уолша в соответствии с равенством (4) снимается непосредственно с выхода интегратора при достижении равенства .

Преимуществом предлагаемого способа вычисления спектра сигнала по интегральным функциям Уолша являет- .ся то, что для своей реализации он не требует генерирования интегральных функций Уолша, за счет которых производится существенное усложнение конструкции анализатора спектра Фурье.

На чертеже изображен анализатор спектра Фурье,

Анализатор содержит интегратор I, аналого-цифровой преобразователь 2, блок элементов НЕ 3, анализатор 4 спектра Уолша, первый блок 5 регистров, умножитель 6, вход 7 задания коэффициента, второй блок 8 регистров .

Анализатор спектра Фурье функционирует следующим образом.

На вход анализатора спектра Фурье подается исследуемый сигнал x(t) на интервале времени (0,Т), который интегрируется интегратором 1 и оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 2. Полученные цифровые значения проинтегрированного в:4одного сигнала инвертируются блоком 3 и поступают для вычисления спектральных коэффи1щентов сигнала по интегральным функциям Уолша в цифровой анали- датор спектра Уолша 4. При этом зна381024

чение сигнала при , снимаемое с выхода аналого-цифрового преобразователя 2, является нулевым коэффициентом интегрального преобразования.

5

Коэффициенты интегрального преобразования от входного сигнала x(t), снимаемые с выходов устройств 2 и 4, поступают в первый блок 5 регистров. 10 В умножителе 6 производится вычисление спектральных коэффициентов Фурье путём умножения полученных в блоке регистров 5 интегральных коэффици- ;ентов олша на спектральную матри- 5 ЦУ преобразований, поступающую с

входа 7. Вычисленные таким образом коэффициенты преобразования Фурье поступают для хранения во второй блок 8 регистров.

го

Формула и 3 обре тения

Анализатор спектра Фурье, содержащий аналого-цифровой преобразова5 тель, анализатор спектра Уолша, выход которого подключен к информационному входу первого блока регистров, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которо0 го подключен к информационному входу второго блока регистров, выход которого является информационным выходом анализатора, а второй вход умножителя является входом задания коэффициен, тов йнализатора-у отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ениА точности, в него введены блок элементов НЕ и интегратор, выход которого подключен к информационному входу

Q аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого регистра блока .регистров и входу блока элементов НЕ, выход которого подключен к

5 входу диализатора спектра Уолша, а вход интегратора является информационным входом анализатора.

Редактор С. Лисина

Сое1;авитель А. Баранов

Техред Н.Вонкало Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3294/51 ... Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для вычисления спектра Фурье случайных и регулярных сигналов. Цель изобретения - повышение,точности вычисления спект- ральных коэффициентов - достига:ется тем, что Устройство имеет в своем составе интегратор, аналого-цифровой преобразователь, анализатор спектра Уолша, два блока регистров, блок элементов НЕ, умножитель и блок постоянной памяти коэффициентов. I ил.