Анализатор спектра Фурье Советский патент 1988 года по МПК G06F17/14 G01R23/16 

сл

с

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для определения спектральных свойств сложных сигналов в задачах идентификации объектов, например в технической диагностике, океанологии. Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят входной регистр, преобразователь код-частота, счетчики импульсов, блоки регистров, мультиплексор, регистр сдвига, три элемента ИЛИ, регистр коэффициента, счетчики адресов записи, элементы И, дешифратор адресов считывания, сумматор по модулю два, усреднитель, демульти- плексор, блок регистров, синхронизатор. 2 ил.

со 00

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для определения спектральных свойств сложных сигналов в задачах идентификации обьектов, например в технической диагностике, океанологии.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг. 1 представлена функциональная схема анализатора; на фиг. 2 - временные диаграммы формирования первого и второго ряда произведений с направлениями счета тактовых импульсов (а) и гп-е циклы опроса произведений для усреднения и результат вычислений спектра (б-в).

Анализатор спектра Фурье содержит входной регистр 1, преобразователь 2 код- частота, счетчики 3: и 82 импульсов, блоки регистров 4| и 4, мультиплексор 5, регистр 6 сдвига, элементы ИЛИ 7 и 8, элемент ИЛИ 9, регистр 10 коэффициента счетчики 1 и 12 адресов записи, элементы И 13 и 14, дешифратор 15 адресов считывания, сумматор 16 по модулю два, усреднитель 17, демультиплексор 18, блок 19 регистров И синхронизатор 20.

Синхронизатор 20 содержит генератор 21 импульсов, счетчик-делитель 22, элемент 23 задержки, подключенный к входу запуска блока, элементы ИЛИ 24-27, RS-триггер 28 и элементы И 29 и 30. Выходы элементов ИЛИ 24, 25 и 27 являются первым, вторым и третьим выходами блока соответственно, а выход элемента И 30 - четвертым выходом блока. Первый и второй выходы триггера 28 являются пятым и шестым выходами синхронизатора.

Анализатор спектра работает следуюшим образом.

В исходном состоянии все блоки обнулены, на первом выходе синхронизатора 20 установлена необходимая частота записи входных отсчетов сигнала в регистр 1, а в генераторе 21 для третьего (или четвертого) выходов - частота тактовых импульсов. В регистр 10 коэффициента записан код числа , а в регистры дешифратора 15 адресов считывания - коды чисел N/4 и N/2 длин пересчета кодов текущих адресов к значениям их на первой четверти периода гармонической функции. При этом в регистре 6 сдвига первая группа ni выходов (от 1-го до j-ro) установлена через такое количество разрядов (фиг. 2а), что на каждый п-й выход сдвигаемый единичный импульс «1 поступает через интервал времени дТ„ после импульса с предыдущего (л - 1)-го выхода, благодаря чему образуется ряд интервалов (ATi, ДТг, ..., ДТ/}, пропорциональных приращениям первых ординат синусной функции на первой четверти периода. Вторая группа П2 выходов регистра 6 сдвига, подключенная к (К-j)- входам элемента ИЛИ 8, формирует второй ряд временных интервалов {ДТ, , ...,

ДТ;+|}, пропорциональных разности значений последущей и предыдущей ординат от К-й до (К-j)-й на первой четверти периода синусной функции (фиг. 2а). Причем количество разрядов от входа до j-ro выхода равно количеству разрядов от входа до К-го выхода.

При начале работы анализатора на вход запуска синхронизатора 20 подается единичный запускающий импульс «1 (на пример, нажатием кнопки «Пуск на передней панели происходит разряд накапливающей RS-цепи), через элемент 23 задержки и элементы ИЛИ 24 и 26 он поступает на S-вход RS-триггера 28, а через первый

5 и третий выходы синхронизатора 20 - на входы тактовый и записи регистра 6 сдвига и тактовые входы регистра 1 и счетчика 32. При этом в регистр 1 записывается первый отсчет Xi входного сигнала в виде модуля Xil и знака sgn(Xi), в счетчик 32 -

0 в виде модуля Xil, а в первую ячейку регистра 6 сдвига - единичный импульс «1, который последовательно начинает сдвигаться в следующие ячейки по тактовым импульсам, поступающим через открытый элес- мент И 29 и элемент ИЛИ 27.

Одновременно с этим в преобразователе 2 код iXi t преобразуется в поток импульсов частоты FI, ,который подается на счетный вход счетчика импульсов 3i, формируя в нем текущие увеличивающиеся значения кодов

0 Sti,,ii, а поступая на инверсный вход счетчика импульсов 32, формирует в нем коды в „2, уменьшающиеся от первоначально записанного значения IX, I. . Эти коды через соответствующие интервалы вре.мени, задаваемые регистром 6 сдвига, по управ5 ляющим сигналам с выходов элементов ИЛИ 7 и 8 считываются в соответствующие блоки регистров 4: и 42.

По мере сдвига импульса «1 в следующие разряды регистра 6 сдвига на соответствующих 1, 2, 3, ..., j выходах первого

0 ряда и 1, 2, 3, ..., (К-j)-M выходах второго ряда его выходов появляются управляющие сигналы, разрешающие считывание ряда кодов 01 „I и Oi л2 в блоки регистров 4| и 42 по адресам записи Aij, сформирован5

ным в счетчиках 11 и 12 соответственно.

Причем адреса п ячеек блока регистров 4i увеличиваются при поступлении i тактовых импульсов на вход счетчика 11 (, 2, ..., J), а адреса ячеек блока регистров 42 умень- щаются (, (К-1), К-2), ..., (К-j)).

0 так как счетчик 12 работает в режиме вычитания.

В результате операций суммирования - записи кода и вычитания - записи кода в общем количестве К ячеек (регистров) блоков регистров 4i и 42 запоминаются два ря5 да кодов, пропорциональных произведению отсчета Xi на соответствующую п-ю ординату на первой или второй части четверти периода синусной функции (фиг. 2а)

Q..X,

(f

sin (2Ат„) при 1, 2, f n,i

rSL

i.X| l-Sin(2LSATj ПрИП П2

1,2, ..., (k-j)

JXк

Причем ЕАтл1 2Ат„2 0,511Дтл.

n,iJ-n-h i

В итоге все К кодов произведения в „ формируются в два раза быстрее, чем в известном анализаторе, имеющем один ряд выходов в регистре сдвига.

После сдвига единичного импульса на последний выход регистра 6 сдвига он поступает на его вход обнуления, а через первый вход синхронизатора 20 - на R-вход RS-триггера 28 и через элемент ИЛИ 25 - на вход обнуления входного регистра I и счет- чиков 3i и 32, которые устанавливаются в нулевое.состяние. При этом RS-триггер 28 срабатывает, закрывая элементы И 29 и 13 и открывая элементы И 30 и 14.

Одновременно единичный импульс с последнего выхода регистра 6 сдвига поступает на третий вход дешифратора 15 адресов считывания для установки в нем начальных условий, а на его второй вход начинают поступать тактовые импульсы с четвертого выхода синхронизатора 20. Тактовые импульсы также поступают через элемент ИЛИ 9 на счетный вход счетчика 11 адресов записи, выходные коды Ase которого через элемент И 14 подключены к адресному входу демультиплексора 18.

Таким образом, одновременно с формированием кодов адресов , осуществляющих в каждом т-м цикле обработки отсчетов Хш считывание произведений Эт „ с К выходов блоков регистров 4i и 42 через мультиплексор 5 на вход усреднителя 17, также осуществляется распределение результатов усреднений через демультиплексор 18 по адресам AS в соответствующие регистры блока 19 регистров для накапливания результата обработки сигнала (фиг. 26-в). При этом шаг опроса произведений вщ л в каждом цикле обработки равен номеру цикла, т.е. , а распределение кодов в блок 19 регистров осуществляется с постоянным щагом (номером регистров 19) во всех циклах, что приводит в итоге к эффекту сжатия периода гармонической функции в гп раз (фиг. 20).

После тактовых импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 11 адресов записи и на тактовые входы дешифратора 15 адресов считывания и усреднителя 17, во все регистры (, N) блока 19 регистров распределяются соответствующие коды, считанные из блоков регистров 4i и 42. При этом на выходе переполнения (в старшем разряде (счетчика 11 формируется импульс, который подается на второй вход синхронизатора 20:Н5-триггер 28 срабатывает, закрывая элемент И 30 для прохождения тактовых импульсов и подготовив элементы анализатора для обработки следующего (т-|-1)-го отсчета входного сигнала.

Каждый т-й входной отсчет Х(т, At), , N обрабатывается по аналогичной процедуре: запись отсчета .в регистр 1 - запуск преобразователя 2 код-частота - счет импульсов частоты Рш счетчиками 3i и Зз - считывание двух рядов текущих кодов в блоки регистров 4i и 42 - опрос этих кодов и Q усреднение с предыдущим результатом - накапливание результата в блоке 19 регистров.

При этом в усреднителе 17 для т-го отсчета сигнала вычисления текущего значения 1-й ординаты спектра выполняется в соответствии с формулой

S(IAW)S(,)(IAW) + (-l) - в,„„, где q о или 1, соответствующие положи- жительному или отрицательному зна ку входного отсчета (sqnX,,,) значение управляющего сигнала с выхода сумматора 16 по модулю два; ®т,л - коды четверти периода гармонической функции, считываемые через мультиплексор 5 по кодам адресов, вычисляемых в дешифраторе 15. 5 Таким образом, после циклов обработки входного сигнала в блоке 19 регистров накапливается сумма, описываемая выражением

5

0

лг-т

S(lAW) Bf2(- fto

,,,

6(t-mlAf),

5

0

0

5

Bf

где p - количество переходов гармонической функции ш-й частоты через нулевой уровень на интервале представления;

масщтабирующий коэффициент, учитывающий шаг дискретизации сигнала.

Формула изобретения Анализатор спектра Фурье, содержащий синхронизатор, регистр сдвига, два элемента ИЛИ, первый счетчик адресов записи, два элемента И, два блока регистров, первый счетчик импульсов, мультиплексор, усреднитель, демультиплексор, сумматор по модулю два, дешифратор адресов считывания, преобразователь код-частота и входной регистр, 5 выход которого подключен к входу преобразователя код-частота, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, информационный выход которого подключен к информационному входу первого блока регистров, выход которого подключен к первому информационному входу мультиплексора, выход которого подключен к первому информационному входу усреднителя, выход которого подключен к информационному входу демультиплексора, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам второго блока регистров, выход которого подключен к второму информационному входу усреднителя и является информационным выходом анализатоpa, выходы разрядов первой группы регистра сдвига подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к тактовому входу первого блока регистров и первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика адресов записи, информационный выход которого подключен к первым выходам первого и второго элементов И, выходы которых подключены к адресным входам первого блока регистров и демультиплексора, первый выход синхронизатора подключен к входу разрешения записи регистра сдвига, тактовому входу входного регистра, входу обнуления первого блока регистров и первому входу дешифратора адресов считывания, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющему входу мультиплексора и первому входу сумматора по модулю два, выход которого подключен к знаковому входу усреднителя, второй выход синхронизатора подключен к входам обнуления входного регистра и первого счетчика импульсов, третий выход синхронизатора подключен к тактовому входу регистра сдвига, выход старшего разряда которого подключен к входу обнуления регистра сдвига, второму входу дешифратора адресов считывания и входу обнуления синхронизатора, четвертый выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, тактовому входу усреднителя и третье- .му входу дешифратора адресов считывания, пятый выход синхронизатора подключен к второму входу первого элемента И, шестой выход синхронизатора подключен к второму входу второго элемента И и входу обнуления первого счетчика адресов записи, выход переноса которого подключен к входу останова синхронизатора, второй вход сумматора по модулю два подключен к выходу знакового разряда входного регистра, ин- формационный вход которого является информационным входом анализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий блок регистров, второй счетчик импульсов, второй

0 счетчик адресов записи, третий элемент ИЛИ и регистр коэффициента, выход которого подключен к информационному входу второго счетчика адресов записи, информационный выход которого подключен к адресному входу третьего блока регистров, выход кото5 рого подключен к второму информационному входу мультиплексора, выход преобразователя код-частота подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, информационный выход которого подключен к инфор0 мационному входу третьего блока регистров, тактовый вход которого соединен со счетным входом второго счетчика адресов записи и подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, входы которых подключены к выходам соответствуюш.их разрядов второй группы

5 регистра сдвига, первый выход синхрони - затора подключен к входам разрешения записи второго счетчика импульсов и второго счетчика адресов записи и входу обнуления третьего блока регистров, второй выход синхронизатора подключен к входу обну ления второго счетчика импульсов, информационный вход которого подключен к информационному входу анализатора, шестой выход синхронизатора подключен к входу обнуления второго счетчика адресов записи.

/Zi

д)

в,

S(LA)

XfmAt

Редактор И. Шулла Заказ 1223/48

Составитель А. Баранов

Техред И. ВересКорректор А. Тяско

Тираж 704Подписное

ВНИИПИ Государствениого комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

К

az

,

lAcsJ

LL2.2