Анализатор спектра Фурье Советский патент 1993 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задачах выделения сигналов на фоне помех в спектральном анализе, в задаче классификации сигналов и т.п.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности устройства.

На чертеже представлена блок-схема анализатора спектра Фурье.

Анализатор спектра Фурье содержит генератор 1 базисных функций (ГБФ) с первым и вторым синхронизирующими выходами 1-1 и 1-2 и с группами выходов первого и второго каналов соответственно

1-1-1, 1-1-21-1-i1-1-пи 1-2-1, 1-2-2

1-2-1 1-2-п. выход 1-0 ГБФ 1 соединен с

выходом генератора 2 тактовых импульсов.

Первый и второй каналы из п интеграторов 3 и 4 содержат по п интеграторов соответственно 3-1, 3-23-iЗ-n и 4-1. 4-2,

..., 4-14-п. Входы соответственно 3-1-1,

3-1-2З-1-iЗ-1-n и 4-1-1, 4-1-24-1-1,

..., 4-1-п являются входами соответственно интеграторов первого и второго каналов. Выходами первого и второго каналов из интеграторов являются соответственно выходы 3-2-1, 3-2-2, З-2-n3-2- и 4-2-1, 4-2-2.

...,4-2-i . ,4-2-n. Причем выходы 4-2-1, 4-2-2, .. , 4-2-п являются выходами второго канаоа устройства Дополнительный интегратор 5 имеет входной зажим 5-1, который является входом устройства, а выход дополнительного интегратора 5 соединен с ячейкой 6 выборки-запоминания, управляющий вход КОТОРОЙ соединен с выходом пассивной дифференцирующей цепи 7. вход которой соединен с выходом делителя 8 частоты, вход которого соединен с первой группой выходов первого канала ГБФ посредством первого входа 1-1-1. Блок 9 вычитания содержит п вычитателей 9-1 9-2. . 9-п. Выходы 9-1-1, 9-1-29-1-п являются выходами

первого канала устройства

Блок генератора 1 базисных функций и генератор 2 тактовых импульсов служат для формирования системы базисных кусочно10

С

00

Ю

(Л Ю

со

постоянных периодических функций, а также формируют импульсы синхронизации и импульсы управления соответственно интеграторов первого и второго каналов и дополнительного интегратора 5.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на вход 5-1 устройства поступает сигнал Uux(t).

N

UBX(t) V0 + 2 busin к (tn+

к 1

N

+ S axCOSK to,

к i

где a«, Ьк - спектральные коэффициенты, k 1;

.2.3,,..:

ft/- угловая частота

На выходе дополнительного интегратора 5 появится сигнал (для простоты описания ограничимся N 10)

Us U0t - cos in + sin a t a)

a

cos + sin 2an - 2 (i

я-2- cos Зил + -о2-- sin Зап. - ... 3 о)о о

| / ( | /UBX(t )dt)S(i)dt.(3)

U4-2-I 4/Usc(l )dt

о

| / ( | /UBX(t)dt)c(i)dt (4)

1 n

ы,

где S(l) I o ci l« t - 1-е

базисные функции, формируемые ГБФ 1 и 15 существующие на выходах его первого и

второго каналов соответственно 1-1-1

1-1-п и 1-2-1 1-2-п.

С учетом свойств базисных функций 5(1)

и с(1) на выходах 3-2-1 З-2-n первого

2Q канала интеграторов 3 будут сигналы

la QJ+25a5 49aT + 8(a9V° 25 Uo (.ol-O.SS S V

11

иэ-а-гг

uva.5-(ajvia9)-Q,

UV4-4 OU-O- S Uo

Uva-h- an-a«57 u0

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для обработки сигналов в реальном масштабе йремени и может быть использовано в задачах выделения сигналов на фоне помех, в спектральном анализе, в задаче классификации сигналов и т.п. Устройство содержит генератор базисных функций, генератор тактовых импульсов, дополнительный интегратор, ячейку выборки-запоминания п интеграторов первого и второго каналов соответственно, вычитатели блока вычитания, делитель частоты, ячейку ьыборки-запоми- нания 1 ил

cos Htoi (2)

На выходе дополнительного интегратора 5 формируется ряд дискретных отсчетов, следующих друг за другом с частотой дискретизации, определяемой частотой генератора 2 тактовых импульсов, причем значения этих отсчетов соответствуют дискретным отсчетам, получаемым численным интегрированием по методу трапеций с шагом интегрирования, равным периоду дискретизации.

Дискретные отсчеты в соответствии с выражением (2) с выхода дополнительного интегратора 5 поступают одновременно на

все входы интеграторов 3-1З-n и 4-1,...,

4-п первого и второго каналов соответственно 3 и 4, в которых будут выполняться операции в соответствии с выражениями

U з-2-i Y/U5S(i)dt

Для второго канала интеграторов 4 на их соответствующих выходах 4-14-п, которые одновременно являются и выходами второго канала устройства, будут сигналы:

40

u--«4 Vf5v,,ib

и«-()

и4-г-г(Ь,

Ч4

50

°4-a.-b4ta Va-n-M4

c-cНеобходимо отметить, что в выражении

(6) при умножении Us на S(i). N и

последующего интегрирования на интервале О, Т возникает паразитная постоянная

составляющая, равная 0,25 л2 2V0. В то же время, приумножении Us на c(i), i 1N и

последующего интегрирования на интервале О, Т подобных постоянных составляющих не возникает (см. выражение (7)), поэтому на выходах интеграторов второго

канала соответственно 4-2-1, 4-2-24-2-п,

пренебрегая составляющими с коэффициентами 1/9, 1/25, 1/49. 1/81.... и т.д,. входящими в соответствующий искомый

коэффициент bi, 02, Ьз biDN ряда

Фурье, сформируются искомые спектральные коэффициенты bi. Ьг, Ьз bi Ьм,

для определения которых не требуется выполнения арифметических операций, обусловленных выделением, и с последующим исключением составляющих с коэффициентами 1/3, 1/5, 1/7, 1/9, 1/11входящими

в искомый спектральный коэффициент.

Чтобы на выходах блока интеграторов 3 первого канала соответственно 3-2-1. 3-22 З-2-n были сформированы искомые

спектральные коэффициенты ai, 32. азai,

...аы ряда Фурье, необходимо исключить из соответствующих искомых спектральных коэффициентов постоянную составляющую

0,25 л V0. С этой целью в делителе 8 частоты, который представляет собой простейшее триггерное устройство, сформируется прямоугольный импульс длительностью Т, равный периоду основной гармоники входного сигнала. Это просто реализуется путем деления на две частоты следования первой базисной функции 5(1). По окончании длительности импульса на выходе делителя 8 частоты по его заднему фронту сформируется на выходе пассивной PC дифференцирующей цепи короткий импульс, который поступает на управляющий вход ячейки 6 выборки-запоминания. В этот момент произойдет запоминание значения постоянной составляющей V0 входного сигнала UBx(t), которая сформируется на выходе дополнительного интегратора 5 в конце периода Т, Значение постоянной составляющей Vo с выхода ячейки 6 выборки-запоминания поступает на первые входы соответствующих вычитателей 9-1. 9-29-п, на вторые входы которых подаются сигналы, согласно выражению (б), с соответствующих выходов блока интеграторов 3 первого канала. В соответствующих вычитателях 9-1 9-п

производится вычитание составляющей

0,25л2 2V0 и на выходах соответствующих вычитателей 9-19-п сформируются иско0

5

0

5

0

5

0

5

0

мые спектральные коэффициенты ai, 32, аз

..., ai3N ряда Фурье. Значение 0.25JtV0

реализуется в самих вычитателях путем подбора соответствующих элементов резисторов в схемах вычитателей на операционных усилителях.

Формула изобретения Анализатор спектра Фурье, содержащий генератор базисных функций, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, п интеграторов первого и п интеграторов второго каналов, блок вычитания из п вычитателей. причем группа управляющих входов интеграторов с первого по n-й, первого и второго каналов под- ключены к соответствующей группе выходов первого и второго каналов генератора базисных функций, а первый и второй синхронизирующие выходы последнего подключены к первому и второму синхронизирующим входам п интеграторов первого и второго каналов, отличающийся тем, что. с целью повышения быстродействия и надежности анализатора спектра Фурье, в него введены дополнительный интегратор, ячейка выборки-запоминания и последовательно соединенные делитель частоты и пассивная дифференцирующая цепь, причем вход дополнительного интегратора соединен с входом анализатора спектра, а выход - с входом i-x интеграторов первого и второго каналов и с входом ячейки выборки- запоминания, управляющий вход которой подключен к выходу пассивной дифференцирующей цепи, вход делителя частоты соединен с первым выходом группы выходов первого канала генератора базисных функций, выход ячейки выборки-запоминания подключен к первым входам каждого 1-го вычитателя блока вычитания, вторые входы которых подключены соответственно к выходам каждого 1-го интегратора первого канала, выходы каждого 1-го вычитателя блока вычитания соединены с выходами первого канала анализатора спектра, выходы каждого 1-го интегратора второго канала соединены с выходами второго канала анализатора спектра а первый и второй управляющие входы дополнительного интегратора подключены к первому и второму синхронизирующему выходу генератора базисных функций.