Анализатор спектра Советский патент 1993 года по МПК G06F15/332 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, к обработке информации и может быть использовано в системах передачи данных в приборостроении.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач, за счет реализации вычисления коэффициентов преобразования по функциям Уолша, так и вычисления коэффициентов преобразования по D-кодам.

На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого анализатора спектра, на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования произведения X(t) dio4(t), поступающего на вход соответствующего интегратора 4.

Анализатор спектра содержит т-раз- рядный двоичный счетчик 1лп групп 2 умножителей знака по 2м (I 1, т) умножителей 3 знака в каждой группе, 2т интеграторов 4, информационный вход 5 анализатора, тактовый вход 6 анализатора, четырехразрядные регистры 7 сдвига, (т-1}-входовый умножитель 8 знака, 2т дополнительных умножителей 9 знака, два четырехразрядных регистра 10 памяти, вход 11 управления записью кольцевых четырехразрядных регистров сдвига, вход 12 управления считыванием первого четырехразрядного регистра памяти и вход 13 управления считыванием второго четырехразрядного регистра памяти.

Последовательности D-кодов находят широкое применение в области анализа и синтеза сигналов, системах связи и радиолокации.

Последовательности, образующие D- код,являются взаимно ортогональными.

Система последовательностей D-кодов размерности N 2 является полной, как и система функций Уолша, что позволяет использовать ее для разложения сигналов в ряд Фурье в базисе последовательностей D-кодов.

(Л

С

00

OJ

о

СП W VI

Вообще 1-ю последовательность D-кода порядка К можно обозначить как

{di } - di.i, da.idn,idN.i.

Здесь длина последовательности N и ее порядок к связаны соотношением N 2 ; номер символа изменяется в пределах п

«1,2N; а номер последовательности i ,1 N-1. Число последовательностей

равно числу символов в последовательности, т.е. N 2k (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь. 1985, с. 106).

Число последовательностей/по определению, равно числу символов в последова- тельности, т.е. N 2 . Введем последовательность fdik) дополнительную для {dik}. Тогда правило образования D-кода с помощью правила присоединения записывается как

d.V

при t

d,k-1 fd,k-1}

-П -U, I,..., e.

или как {di }:

,k-i

{dV-V-1 HkT-2 , 2k-1

при1

Использование правил (2) и (3) прстрируем на примерах. Если и ввестначение символов а 1, /3 последовательности D-кодов имеют

а)для k 2:

{do2}-a, a, a, ft; {dr} a, Да, a; {62} a, a, ft, a; {dJ} a,ft,ft,ft.

б)для k 3:

{do} a, a, a, ft a, a, ft, a,

{di3} a, ft, a, a, a. ft, ft, в;

{te3} a.a,ft,aa,a, aft;

{d33} a, ft, ft. ft, a, ft. a, a:

{d43}- a, a. a. ft, ft, в, a, ft;

{d53} a, ft, a,a,ft, a, a a;

{d63} a,a,ft.a. ft, ft,в.a;

a, ft, ft. ft, ft, a, ft, ft. (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шдобными сигналами: М.: Радио и 1985, с. 107).

Например, для случая N 16 м последовательностей - кодов имеет

do: 4- + + - + + - + + + +4 di4: + - + + ++-++-+++

d24-. ++-4+++-++-+ - - +

d34. + + ++++

d44: + 4-4-+-+++-++-+

ds4: +-++-++++-+++--- de4: + + - + -+ + + - + + + + Г4 4;Ч--- ++ + +

dv

de : + + + - + + - ++ + + - +

dg4: + - + + ++ +

d io4: + + - + + + ++ - + + + d 114: + - - + - + + - + + + + - + +

di24: + + +++ - 4- dn4:+ - + + - + + + - ++ + +

5di44: + + - ++ - ++

dis4: +++ + + - + -Однако, как видно из (2) и (3) правило построения D-кода для дальнейшего использования его в анализаторах спектра яв- Ю ляется довольно громоздким и неудобным. В ходе исследований был сделан вывод, что правило построения D-кодов можно существенно упростить:

15 (t) dok(t) x wi(t),

(5)

где do - первая последовательность D-кода, wi - функция Уолша, dik - 1-я последовательность D-кода.

Например, для случая N « 16 матрица функций Уолша с упорядочением по Адама- ру имеет вид:

VIQ:+ + + + + + + + + + + + + + + + wi: + - + - + - + - + - + - + - + . + ++ ++ ++ +

у«з: + - + + - + + - + + - +

+ + + ++ + + +

ws: +- + - + - + + - + - + - +

we: + ++ + + +- + +

wy.-t- - + - + + - + - + - 4- + we: + + + + +.+ + +

wg: 4- - + - + - + - 4- + -4- +

wio: + + -- + ++ 4-- + +

wn: + - - + 4- - + - + + - + + W12: + + + ++ + + 4W131. 4-- ++ -4-4-44-- + W14: 444 ++ + + +

wis: 4-- + - + + -- + + - + -- + (см. Трахтман A.M., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах - М.: Советское радио, 1975, с. 45).

Таким образом, например, для получения

d74(t)-do4(t)xw7(t)(7)

достаточно последовательность do поэлементно умножить на функцию Уолша w.

Использование правила (5) позволяет существенно расширить класс задач, решаемых анализатором спектра Уолша, позволяя определять коэффициенты преобразования по D-кодэм, вводя операцию умножения функций Уолша на первую последовательность D-кода.

Анализатор спектра работает в двух режимах: первый режим - вычисляются коэффициенты преобразования по D-кодам, второй режим - вычисляются коэффициенты преобразования по функциям Уолша. В регистре 10.1 памяти постоянно хранится

код вида-1, +1, +1, + 1. а в регистре 10.2 памяти постоянно хранитс сод вида +1, +1, +1.+1.

1. Работа в режиме вычисления коэффициентов преобразования по D-кодам.

Для работы в первом режиме на вход 12 управления считыванием четырехразрядного регистра 10.1 памяти, в котором хранится код вида -1, +1, +1, +1, подается управляющий сигнал, Одновременно управляющий сигнал подается на вход 11 управления записью кольцевых четырехразрядных регистров 7.1, 7.2, 7.3 сдвига. В результате в кольцевых четырехразрядных регистрах 7,1, 7.2, 7.3 сдвига оказываются записанными коды вида -1, +1, +1, +1. Анализатор спектра готов к работе в первом режиме.

На входы 5 и 6 подаются исследуемый сигнал и тактовые импульсы соответственно, В соответствии с описанием прототипа (см. авторское свидетельство СССР № 1119026, кл.О 06 F 15/332, 1983) на выходах умножителей 3 знака групп 2 формируются сигналы, представляющие собой произведения анализируемого сигнала X(t) на соответствующие функции Уолша wi(t)(i 0, N-1).

Для вычисления анализатором спектра коэффициентов преобразования по .D-кодам достаточно произвести умножение функций Уолша на первую последовательность D-кода d0k.

Например, для случая к 4 формирование последовательности do осуществляется следующим образом. Поскольку все четырехразрядные регистры 7 сдвига замкнуты в кольцо цепью обратной связи, то за 2 тактов работы анализатора спектра на их выходах сформируются следующие последовательности:

а)на выходе регистра 7.1 сдвига: + + + - + + + - + ++ - + + + б)на выходе регистра 7.2 сдвига:

+ + -)- + + +I- + + + + H

в)на выходе регистра 7.3 сдвига:

+ + + + + + Ч- + + + + Н

Указанные последовательности одновременно поступают на входы умножителя 8 знака. В результате на выходе умножителя 8 знака будет получена последовательность:

+++-++ - + + + + - - + -,

которая представляет собой последовательность do . Указанная последовательность do4 поступает на первые входы умножителей 9 знака, на вторые входы которых поступают произведения

X(t) x Wi(t),

в результате на выходах умножителей 9 знака будут формироваться сигналы:

X(t) x wi(t) x dolt) X(t) x di(t)

(8)

в соответствии с соотношением (5).

После интегрирования этих сигналов в интеграторах 4 на их выходах в момент времени (t) Т скажутся сигналы, пропорцио- нальные коэффициентам преобразования по D-кодам:

Ci1 /0X(t)d.(t)dt

(9)

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс Формирования произведения X(t) x dio (t) на выходе соответствующего дополнительного 15 умножителя 9 знака. На диаграммах показано временное состояние:

а)тактового входа 6 анализатора спектра;

б)выхода первого разряда счетчика 1; 20 в) выхода второго разряда счетчика 1;

г)выхода регистра 7,1 сдвига;

д)выхода регистра 7.2 сдвига;

е)выхода регистра 7.3 сдвига;

ж)выхода умножителя 8 знака, на кото- 25 ром формируется последовательность do ;

в)выхода соответствующего умножителя 3 знака, на котором формируется произведение X(t) x wio(t);

и) выхода соответствующего дополни30 тельного умножителя 9 знака, на котором формируется произведение X(t) x dio4(t).

2. Работа в режиме вычисления коэффициентов преобразования по функциям Уолша,

35 Для работы во втором режиме на вход 13 управления считыванием четырехразрядного регистра 10.2 памяти, в котором хранится код вида +1, +1, +1, +1, подается управляющий сигнал. Одновременно управ40 ляющий сигнал подается на вход 11 управлениязаписьюкольцевыхчетырехразрядных регистров 7.1, 7.2, 7.3 сдвига. В результате в кольцевых четырехразрядных регистрах 7.1, 7.2,7.3 сдвига ска45 зываются записанными коды вида+1,+1,+1, +1. Анализатор спектра готов к работе во втором режиме,

В результате, при поступлении на входы 5 и 6 исследуемого сигнала и тактовых им50 пульсов соответственно, на выходе умножителя 8 знака постоянно формируется единичный сигнал, поступающий на первые входы дополнительных умножителей 9 знака.

55 Таким образом на выходах дополнительных умножителей 9 знака формируются сигналы (в соответствии с описанием прототипа):

X(t) x wi(t) x 1 X(t) x wi(t)(10)

а на выходах интеграторов 4 в моменты t

Т соответственно:

т (t)wi(t)dt,(11)

т.е. сигналы, пропорциональные коэффициентам преобразования по функциям Уолша.

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий поразрядный двоичный счетчик, N интеграторов (N 2т), т групп умножителей знака по умножителей знака в J-й группе (J -1, т), причем счетный вход m-разрядного двоичного счетчика является тактовым входом анализатора спектра, выход 1-го (1 1, N) интегратора является l-м информационным выходом анализатора, выход k-ro (k -1,2 ) умножителя знака j-й группу подключен к первому входу (2k-1)2 НН° (I - j + 1, m) умножителя знака 1-й группы, первый вход Умножителя знака первой группы соединен с первым входом (2 )-го умножителя знака q-й (q 2, m) группы и является информационным входом анализатора спектра, выход 1-го разряда m-разрядного двоичного счетчика подключен к второму входу t-го (t Т, 2м) умножителя знака 1-й группы, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет реализации как вычисления коэффициентов преобразования по функциям Уолша, так и вычисления коэффициентов преобразования по D-ко- дам, в него введены два четырехразрядных

регистра памяти, лп-1 кольцевых четырехразрядных регистров сдвига, (т-1)-входо- вый умножитель знака, 2т дополнительных умножителей знака, причем входы управления считыванием двух четырехразрядных регистров памяти и входы управления записью т-1 кольцевых четырехразрядных регистров сдвига являются входами выбора режима работы анализатора спектра, р-й

информационный выход первого четырех- разрядного регистра памяти (р 1, 4) и р-й информационный выход второго четырехразрядного регистра памяти подключены к р-м информационным входам кольцевых четырехразрядных регистров сдвига, тактовый вход анализатора спектра подключен к тактовому входу первого кольцевого четы- рехраэрядного регистра сдвига, выход п-го (п 1, m -2) разряда счетчика подключен к

тактовому входу (п + 1)-го кольцевого четырехразрядного регистра сдвига, выходы кольцевых четырехразрядных регистров сдвига подключены к входам (т-1)-входово- го умножителя знака, выход которого подклгочен к первым входам дополнительных умножителей знака, выход k-го (,) умножителя знака J-й группы подключен к второму входу (2k-1) x

дополнительного умножителя знака, выход г-го (г 1, ) умножителя знака m-й группы подключен к второму входу (2k-1)-ro дополнительного умножителя знака, выход 1-го дополнительного умножителя знака подключен к входу 1-го интегратора.

I

I I I J0frffl-o.# 9//

Анализатор спектра относится к области автоматики и вычислительной технике, к обработке информации и может быть использован в системах передачи данных и приборостроении. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет реализации как вычисления коэффициентов преобразования по функции Уолша, так и вычисления коэффициентов преобразования по D-кодам. Анализатор спектра содержит m-разрядный двоичный счетчик, N интеграторов(N 2т), т групп умножителей знака по умножителей знака в J-rpynne, два четырехразрядных регистра памяти, т- 1 кольцевых четырехразрядных регистров сдвига, (т-1)- входовый умножитель знака, 2т дополнительных умножителей знака. Новым является введение т-1 четырехразрядных регистров сдвига, (т-1)-входового умножителя знака и 2т дополнительных умножителей знака. 2 ил.

ACSOCai

Фиг. Z