Анализатор спектра Уолша Советский патент 1993 года по МПК G06F15/332 

(Л

С

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа сигналов в базисе функций Уолша. Целью изобретения является повышение быстродействия анализатора спектра. Поставленная цель достигается сокращением необходимого числа операций. Анализатор спектра Уолша содержит m-разрядный двоичный счетчик, группу из N интеграторов, формирователь функций Уолша, две группы из N преобразователей прямого кода в дополнительный, группу из N вычитателей, группу из N элементов задержки. Повышение быстродействия анализатора спектра Уолша при обеспечении возможности спектрального анализа во временном окне достигается исключением числа операций умножения, обусловленных необходимостью умножения текущего отсчета временного процесса на соответствующее значение функций Уолша при реализации рекуррентного алгоритма вычисления коэффициентов Уолша. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа сигналов в базисе функций Уолша.

Целью изобретения является повышение быстродействия анализатора спектра Уолша.

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора спектра Уолша; на фиг. 2 - функциональная схема формирователя функций Уолша для трехразрядного двоичного счетчика.

Анализатор спектра Уолша (фиг. 1) включает в себя m-разрядный двоичный счетчик 1 (N 2т, N - размер преобразования), счетный вход которого является тактовым входом анализатора, и группу из N интеграторов 2, выход i-ro (I 1, N) интегратора является l-ым информационным выходом анализатора. Формирователь функций Уолша 3, две группы из N преобразователей, прямого кода в дополнительный 4, 5, группу из N вычитателей 6, группу из п элементов задержки 7, m-выходов т-разрядного счетчика 1 соединены с соответствующими т- входами формирователя функций Уолша 3, i-ый выход которого соединен с управляющими входами i-ых преобразователей прямого кода в дополнительный первой 4 и второй 5 групп являются информационным входом анализатора спектра Уолша, выход 1-го (I 1, N) преобразователя прямого кода в дополнительный первой группы 4 соединен с первым информационным входом 1-го вычитателя группы 6, ко второму информационному входу каждого из которых через соответствующий 1-ый (I 1, N) элемент задержки группы 7 подключен выход 1-го пре00

о

Ј

ь 1

образователя прямого кода в дополнительный второй группы 5, выход 1-го вычитателя группы 6 соединен с информационным входом 1-го интегратора группы 2, тактовый вход анализатора соединен с тактовыми входами всех преобразователей прямого кода в дополнительный первой 4 и второй 5 групп, элементов задержки группы 7, вычи- тателей группы 6, и интеграторов группы 2.

Пример реализации формирователя функций Уолша (ФФУ) для трехразрядного двоичного счетчика показан на (фиг, 2). Он имеет три входа (входы 8, 9, 10), восемь выходов (т.к. m 3, 2m 8), выходы (11,12, 13,14,15,16,17,18), а также включает в себя пять элементов исключающее ИЛИ (элементы 19, 20, 21. 22, 23). На каждом из выходов ФФУ имеют место соответствующие функции Уолша, которые описаны в литера- туре (Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы, Радио и связь, 1986. - с. 430, рис. 14.9). Первый вход ФФУ (вход 8) соединен с первыми входами элементов 20, 21, 22 и является 19-м выходом ФФУ. Второй вход ФФУ (вход 9) соединен с первым входом элемента 19 и вторыми входами элементов 20, 21 и является 14-м выходом ФФУ, Третий вход (вход 10) ФФУ соединен со вторыми входами элементов 21, 22 и является 13-м выходом ФФУ. Выход 12 соеди- нен с корпусом. Выход элемента 19 является 13-м выходом ФФУ. Выход элемента 20 является 15-м выходом ФФУ. Выход элемента 21 соединен с первым входом элемента 22, выход которого является 16-м выходом ФФУ. Выход элемента 22, выход которого является 16-м выходом ФФУ, Выход элемента 23 является 17-м выходом ФФУ.

Для практической реализации предла- гаемого устройства могут быть рекомендованы следующие известные схемные решения и элементная база: счетчик 1 может быть реализован на микросхеме серии 155; формирователь функций Уолша 3 мо- жет быть реализован на элементах исключающее ИЛИ, например, на микросхемах К155ЛП5, К555ЛП5; интеграторы 2 могут быть реализованы в виде накапливающих сумматоров по известной схеме; преобразо- ватели 4, 5 могут быть реализованы на микросхеме К1551/1ПЗ; вычитатели 6 могут быть реализованы на сумматорах, например, К555ИМЗ. К555ИМ6; элементы задержки 7 можно реализовать на регистрах сдвига.

Работа предлагаемого анализатора спектра основана на реализации преобразования Уолша исследуемого сигнала U(t) с помощью аналогоцифровой техники по следующим рекуррентным формулам

W(n. k) - W(n. k-1) 4 u(k) to al(n. k) - -U(k-l) wal(n,k-l),

где W(n, k) - спектральный коэффициент Уолша;

U(k) - временной процесс;

(n, k) - значение функций Уолша;

I - размер временной выборки;

п - номер спектрального коэффициента Уолша;

k - номер временной выборки.

В основу формирования функций Уолша положено известное соотношение, для любого N 2т:

Ш ( (О, ГК(0) -fc.-HWm-k

. к 1

где rk (в) - функция Радемахера;

k - номер функции Радемахера;

N 2т - размер преобразования;

т - число функций Радемахера.

Из равенства (1) следует, что функции Уолша могут быть сформированы следующим образом:

генерируют все гл-сигналов Радемахера;. ,..;.. . .. .:.-

осуществляют суммирование по модулю два всех функций Радемахера в соответствии с правилом формирования функций Уолша.

В исходном состоянии счетчик 1, интеграторы 2, блоки преобразователей 4,5, блок вычитателей 6, блок задержки 7 - обнулены.

Анализатор спектра Уолша работает следующим образом.

Исследуемый дискретный сигнал X(t) поступает на информационный вход анализатора. Одновременно с этим на тактовый вход счетчика 1 поступают тактовые импульсы; причем период следования тактовых импульсов Тп равен периоду дискретизации входного сигнала ТД(ТП Тд). Двоичный счетчик 1 при этом вырабатывает т-сигналов Радемахера, который поступают на соответствующие пл-входов формирователя функций Уолша 3. С выхода ФФУ дискретные значения функций Уолша поступают на вторые входы соответствующего преобразовд- теля первого блока преобразователей 4 и на вторые входы соответствующего преобразователя второго блока преобразователей 5. В i-м преобразователе первого блока преобразователей 4 цифровой код, соответствующий амплитуде k-й пришедшей дискреты исследуемого сигнала преобразу- ется.в дополнительный код, если значение k-й выборки l-ой функции Уолша отрицательно (логическая 1) и остается в прямом

коде, если значение k-ой выборки i-ой функции Уолша положительно (логический О). В- 1-ом преобразователе второго блока преобразователей 5 цифровой код, соответствующий амплитуде k-й пришедшей дискреты исследуемого сигнала X(t) преобразуется в дополнительный код, если значение k-ой выборки 1-ой функции Уолша положительно (логический О) и остается в прямом коде, если значение k-ой выборки i-ой функции Уолша отрицательно (логическая 1). С выхода 1-го преобразователя первого бока преобразователей 4 значение, соответствующее амплитуде k-ой дискреты, поступает на первый вход 1-го вычитателя блока вычи- тателей 6, на второй вход которого поступает значение (Ы)-ой (где I - размер временного окна) дискреты с выхода 1-го преобразователя второго блока преобразователей 5, задержанной на I тактов в 1-6м элементе задержки блока задержки 7. На i-ом выходе блока вычитателей 6 получим разность

U(k) ufei(n, k)-U(k-l) ftfei(n.k-l),

где 1.Т - размер временного окна,

С выхода 1-го вычитателя полученное значение поступает на вход 1-го интегратора группы интеграторов 2. На выходе 1-го интегратора получаем значение соответствующее i-му спектральному коэффициенту Уолша. Работа схемы тактируется импульсами, поступающими на тактовый вход устройства. .:

По сравнению с прототипом предлагаемый анализатор спектра Уолша обладает значительно более высоким быстродействием, Очевидно, что исключение умножения текущего отсчета временного процесса U(t) на соответствующее значение функций Уолша уменьшило общее число операций. Таким образом, быстродействие предлагаемого анализатора спектра Уолша

фактически определяется быстродействием операции суммирования и при современной элементной базе составляет величину порядка 30-50 нС. Формулаизобретения

Анализатор спектра Уолша, содержащий m-разрядный ДБ.ОИЧНЫЙсчетчик( N 2т, N - размер преобразования), счетный вход которого является тактовым входом анализатора, и группу из N интеграторов, выход 1-го (I Ой) интегратора является i-м информационным выходом анализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены формирователь функций Уолша, две группы из N преобразователей прямого кода в дополнительный, группу из N вычитателей, группу из N элементов задержки, m выходов m-разрядного двоичного счетчика соединены с соответствующими m-входами формирователя функций Уолша, 1-й выход которого соединен с управляющими входами 1-х преобразователей прямого кода в дополнитель- ный первой и второй групп,

информационные входы каждого из преоб- разователей прямого кода в дополнительный первой и второй групп являются информационным входом анализатора спектра Уолша. выход 1-го (I 1TR) преобразователя прямого кода в дополнительный первой группы соединен с первым информационным входом 1-го вычитателя группы, к второму информационному входу каждого из которых через соответствующий 1-й (1 1.

N) элемент задержки группы подключен выход 1-го преобразователя прямого кода в дополнительный второй группы, выход 1-го вычитателя группы соединен с информационным входом i-ro интегратора группы, тактовый вход анализатора соединен с тактовыми входами всех преобразователей прямого кода в дополнительный первой и второй групп элементов задержки группы, вычитателей группы и интеграторов группы.