Устройство для вычисления спектра мощности Советский патент 1976 года по МПК G06F17/18 G06F17/14 G06F17/15 

u. titiciJiiJe --:ip ib .1„р,г;7-,л;;; слу-i3HH: : Гф :f3CUui. .

jiSbSOTHbf ;СГройсгз;; для дЗ;.гч;;, ;-: Cuu.irpa ;.;ou4i-i;j:;-y:v nyrsi-/ onpsi-ejiSLiiK. . ;. релядьонйой (К;Л;ли ы лослед-.о;ъ.ого аГ раэовании Фурьа, Такиа устройстБа i- ; ч:.. 7.;я;пт vHfi law:О ч.;:та:;ляю:лд;с сне;:. - .

иако с аомсщью ЕСОГО устройства нельз;7

Игг::о. .::с О ,:/i::- .; лзэбреганию явллз ; :;я устм:.ис..ч-о, сэцер}хащее блок уи- равлйннЯ; вьлю.0 огоро о подкл очен к интегратору, иифроа-а :оги,,ш прэобразоваталЬ; слоя па;-я-гн. блок сиккронкзацни. CBSзакЕьш с у/1раЕЛйки Л :- И входами блола оп-редепенпя коррзлацнокной функции, запо ганаюп эгс блока, cy IaтoDa нaкoaитeля и

лараз мвЛ11гель ее -у-етллхом гбрл1скил, so.-О5:ЛЙ Еылод lioiOpix : соединен с выходов лс.л;&торй-ааксплте л 2.

Это устройстЕО плзволяет вычислить со-. ;.:тавлл:осиУа спектре лоишостп и при этом ;i 2 pa: ленять йc.лтaб этих составлял/.ц11,7с. (гл К кекоторай заранее за.дакная лсл лолуленлая Беличина), но

. лст::слнй огрлллченлая точность плме. - 1Л слслтлл, Кро:ле того, фаза базиоло: ,Л111Л лри 5Ь члслснлл козффициептов -е Л а;1ко лссикус или синус, .J п-р;л:-;л:ьег I е::О F ;можности.

Лсь ллсбр-.алл - - елпченпе точное- - 5едп:л;..лгЬ-;;. г.зул.ллта вычисления -л;;;лр ;,:ш 41ЛилЛ11Енальи-лл возьюжностей1еклс -:.р:-лЛ1:--л.;.:, агл;л/ов с любой

лостЕгеетля это тем, iTO в устройство : jv,-.4L,aHbi счетчш орд;лнат, счетчик весового коэффициента, шифратор, дешифратор, преобразоваталь лода, уи;Л1Вляемь;й регистр, блок определе;Л1 ; лллового коэффициента, cxGia сравйения. злегчюкт И, ключевой эле-5 мент и переключатели Выход блока определения корреляционной функции подключе к первому сигнальному входу первого пер ключателя, выход которого связан с входом запоминающего блока, выход последнего подключен к входу второго переключателя, а его первый выход подключен к первому входу блока умножения. Второй в ход второго переключателя соединен с сиг нальным входом управляемого регистра, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя. Выход интегратора подключен к второму сигнальному входу первого переключателя, а так же через последовательно соединенные блок определения весового коэффициента и шифратор - к первому входу схемы сра нения, второй вход которой связан с вых дом счетчика весового коэффициента, а выход схемы сравнения подключен к упра ляющему входу второго переключателя и к первому входу элемента И, второй вход которого связан со счетным выходом сче чика гармоник. Выход элемента И соедин с управляющим входом ключевого элемента, вькод которого подключен к счетчику весового коэффициента и к первому управляющему входу управляемого регистра Вькод блока синхронизации связан с сигнал ным входом ключевого элемента, со вторым управляющим входом управляемого р гистра и через счетчик ординат - с управ ляющим входом первого переключателя, а через делитель - с входом счетчика гармоник. Выход сумматора-накопителя подключен к первому сигнальному входу трет его переключателя, через преобразователь кода - к второму сигнальному входу третьего переключателя и через дешифратор к его управляющему входу. Выход третьего переключателя через блок памяти связан с вторым входом блока умножения. В результате составляющие спектра мощности нормируются по некоторому весовому коэффициенту, определяемому из тек же составляющих спектра мощности г. бес.коэф Приращение величины g будет равно .. ) причем приращение Д А . сравнимо cAQi .так как вычисляется по тем же со Погрещность определетавл5пощим G i ния спектра Д А бес.кочсо. получается меньше, чем в прототипе, где она определяется первым членом правой части последнего вьфр.кения. Кроме того, генератор тригонометрических фудкш-1Й имеет более ширЬкие возмохкности, так как вырабатывает значения косину с оидальньсс или синусоида.чьньк составляющих с любой фазой в зависимости от исходного состояния сумматора-накопИ теля. На чертеже представлена блок-схема устройства. Она содержит блок определения корреляционной функции 1, переключатель 2, запоминающий блок 3, переключатель 4, блок умножения 5, управляемый регистр 6, цифро-аналоговый преобразователь 7, интегра тор 8, блок ощ)еделе1-д1я весового коэффициента 9, шифратор 10, схему сравнения 11, счетчик 12 весового коэффициента, элемент И 13, ключевой элемент 14, делитель 15, счетчик гармоник 16, сумматорнакопитель 17, переключатель 18 дешифратор 19, преобразователь кода 20, блок памяти 21, блок синхронизации 22, счетчик ординат 23. При определении спектра моишости по вьшисляемой корреляционной фушаши устрой ство реализует алгоритм &i(f) )arj-F 2K (k) N - число ординат корре где фушсции; К - текущая ордината коррелулдионной функции; 1 -,2.--п- номер вычисляемой составлиощей спектра мощности; шаг дискретизации корреляционной фушсции; и :СК--1)дГ. корреляционная фушшкя; FCzltC-- - тригонометрическая функция вида Cos 23Г лнео Sin 2Sr :li i При вычислении косинусоидальных составляющих спектра мощности устройство работает следующим образом, В блоке 1 осуш ествляется вычисление N ординат корреляционной функшга Т(К-11|лГ входного сигнала X ( -i )., которые в виде tn -разрядного двоичного кода через открытый первый сигнальный вход первого переключателя 2 поступают в запоминающий блок 3, Счетчик ординат 23, отсчитав N ординат корреляционной функции, формирует сигнал, запрещающий дальнейшее прохождение ординат корреляционной функции на вход запоминающего блока 3 и подключает выход интегратора 8 через второй сигнальный вход первого переключателя 2 на вход запоминающего блока 3. Одновременно сигнал с выхода делителя 15 устаный код единицы. Генератор тригонометрических функщпя находится в исходном состоянии. При вычислении кэсинусоидальных составляющих исходное состояние характеризуется исходным кодом сумматора-накопителя 17, равным 2 - М / 4-, а при вычислении синусоида.пьных - 2 , где 2 - некоторое целое число, удовлетворяющее условие

II 2

Ы 9 I. - 2

При этом емкость сумматора-накопителя 17 равна 2 -т- - 1. s дешифратор 19 е„Л пА 1

для кодов, равных от а

до

сумматора-накопителя 17, формируется сигнал, разрешающий прохождение прямых кодов через третий переключатель 18 на вход блока памяти 21, а для кодов от 2 до - 1 - дополнительных кодов с выхода преобразователя кода 2О через переключатель 18 на вход блока памяти 21. В блоке памяти 21 хранится { + 1) кодовых значений ординат первого Кг---рлйта косинусоидальной функции Cos 2v ----; ( с адресами.

Формирование знака тригономету,,ческой функции на блок-схеме ;.,;-; показано,После записи в запоминающий блок 3 N значений ординат корреляционной функции первь;; импульс блока синхронизации 22 осуществляет вывод из запоминающего блока 3 первой ординаты корреляционной функции Т (О через второй переключатель 4 на первый вход блока умножения 5. На выходе сумматора-накопителя 17 установлен, как было указано выще, код равный 2 - , котрый через первый сигнальный вход третьего переключателя 1-8 поступает на блок памяти 21, При этом формируется код пс:.вой ординаты косинусоидальной функции CosEZTT (K-O/N , который соответствует Cos (О) 1 и поступает на второй вход блока умножения 5. Вычисленное в блоке умножения 5 произведение Р. {О)-1 поступает в интегратор 8. Очередной импульс блока синхронизации 22 осуществляет вывод из запоминающего блока 3 второй ординаты корреляционной функции 1 (дТ), которая поступает на вход блока умножения 5. В это же время в сумамторе-накопителе 17 в результате сложения с кодом счетчика гармоник 16, равным единице, образуется код, равный ( 2 - ) который через третий переключатель 18 поступает на вход блока памяти 21 в качестве адреса второй ординаты косилусоидальной функции и выбирает код, соответствующий COS с %г ) Блок умиожешгя 5 вь сляет произведение К (ДТ) Cos С п ) которого поступает в интегратор 8, где суммируется с хранимым в нем значением. Далее цикл вычислений повторяется

(- - 2) раз, образуя 1 квадрант косинусоидальной функции, аС ) -и импульс блока синхронизации 22 осуществляет вывод из запоминающего блока 3 (-Tj- -t-1) - и ординаты корреляционной

функции, код которой поступает в блок укшожения 5. Одновременно в сумматоренакопителе 17 образуется сумма, равная 2

Код этой суммы проходит в дешифратор 19, который открывает третий переключатель 18 на прохождение дополнительного кода, равного 2 , с выхода преобразователя кода 20 на вход блока памяти 21, Этому коду соответствует код

M.-t-) -и ординаты косинусо1здальной

функции, равный Cos (-2) который поступает на второй вход блока умножения 5. Произведение, равное R t г- ДТ) Cos ( ) 7

с выхода блока умножения о поступает в интегратор 8.

Далее до ) - го импульса блока синхронизации 2 2 адреса блока памяти 21, формируемые преобразователем кода 20, измеЛ

2 - 1

2

i . Этим

1 по

няются от

адресам на выходе блока памяти 21 соответствуют коды 2 - го квадранта косинусоидальной функции.

2 - импульс блока синхронизации 22 выбирает из запоминающего блока

3 код (- -( t) - и ординаты корреляционной функции. Сумматор-накопитель 17 в результате суммирования с единии., кода счетчика гармоник 16 переполняется и возвращается в исходное состояние

- - В исходное состояние возврашаетс:я также дещифратор 19 и третий перекгпочатель 18.

Генератор тригонометрических (1зункций при поступлении импульсов с (-j+t) - го

Г о N -и начинает снова выводить из бло памяти 21 ординаты косинус О1адальной . нки.ии 1 и 2-го квадрангоВ; что равно- G: ач;но формированию в 3 и 4 квадрантах с обратными знаками. О.ц--овременно осу-

1Н| ствляется последовательный выбор с

(з ) ° ординаты корреляционной функции, которые последователь-.но перемножаются в блоке умножения 5 и суммируются в интеграторе 8.

После N -го суммирования в интеграторе 8 накапливается значение спектра мощности, равное GfiCf) на основной частоте (. атс 2Jr 1 т Ыдт

К од этой ординаты поступает в блок 9 и через первый переключатель 2 зaк. в запоминающий блок 3 ХШТеграто;;; 8 обнуляется, а сумматор-накопите/ ь j. устаиазливается а исходное CQ;JT K.;,IS,: Поспе вычисления первой составляющей§ спектра мощпостл Q,, (Г) делитель 15 уста-. навливает в счетчике гармоник 15 код, „„..,,,,,;i пг--г-1 равный двугД. Начинается процесс вычисления ;зточг1й составляющей спектра мошлосгк, котоол; :- х протекает аналог-ячно. При згом с сумы.а,-торе-иакояителе 17 с нриходол. ,о импульса блока синхронизаздкк 22 длокпли . дит cyм шpoвaшle его содерж.:-мого с; -соч/м счетчика гармоник 16 равнол-о д гу:ч:,, t nt -; зультате из блока памяти 21 выбираются значения косинуса через одну ордияату.. что соответствует второй гармонике, В интеграторе 8 накапливаетсм лод, со- ответствуюшдй , которь/й Ги-;|:;тупае-; - в блок 9 и в запэ ш:1;;; :О1щ;й блок 3.. Далч.;процесс вычисления состав.:1 :011:. cr evrj-pa мощности павторяется д.ля всех г: ,ic ник, Вычисление сыну::;оида.:,1ь;: :; ;.:иО;-.:-л, лм;--РЙ идах спектра мощности, пройсходл-;,- aia.j. v-i; КЫМ обраЗОМайО при этом ,:i;;i;lM С :1СТ::;ГГД:1 .:,- pbaj;;:.i,:j;ii:i:a i-- ii ---P - v-MwoE,:;:..i.-..i:LJ ;,-П ;1::;-;ь ,-;e:-.;bJ;i ;|-с.л-чС:;(.; с J.u;ui.;-r:j-.-Oi:. li;v;.ii ;jjii::.;-:-/i:i: ji-jii-,Kiii.-J-it-iH с i-. о с-л- :--rzibia ---s j йг аа уеы-ло ь:б:с :т ба с:г.е.;/т ;оы-...,1,ги по оадаИпил-ху лрнтарйю - приходом очередник кмлут-.соь из о:).ока. синхроиизадЕИ 22 коды составляю дах сдехтра мохиног/гл (; li -:счрез - i i .п ;.,:;;;н-; ;-;- с«,-; 3ii..:-j.,,:-: ;:o:LrGru л- ---- ; Л;х : -:..i , , ....,...,:):; :;-- - :.. - - -- -л--- ;.;---- -й - --;-;..:;. :. ...IL.,.-I p.v .. io.jj-iOCTi; --,. . .:. -:-:;:- и-;ад-ьль , --:y..-j л-леилое 1л,..,..---:к.е :-iauiursoa состав спектра .1Опщости Б завйСл.:аа(;Тй -. л.. .L ..-: ;;л,.:;:аАуе:.1ъи: v::-;i;i-p.H., г-;; xapaK,Tep;dijii:o;: :.Ъ)). зка ---ь-.: ,у.леаьл:.-;гь у.огрзодос ; :. дрздстав. ... .- ,s/...JL..;L .i),:v,pu;.u.:-а л:..л, ,::ч-аа.юи, ;./,: . .л;:,. njopi-/;Kci; . ,,;-ч--;е .:.г,,:,,;етри-..- а.; (. .л..-.:)-.:л ар/ зaд;. )c зпаче- - « --;:--ч rpiiriia o:;arj,.-::.r.v , : p. огтичес - - pf . и;л:.-л;:.; i,o :.;,;.;остй . ---л.. ::. ; ::,.. :.. -т:: :о .... .-..l:,:.,,. ,.-; ,.J. ::ле,: .:,:.:.:;:

памяти 21 начинают озо:}|.;:1г1ол-- ,:; .; рогт) квадранта образуя ге v;:-. ;,, , 1-;значений функции вида Sm - 11 1 . Коды составляющих спектра -.io;ii:.c.C;v Q/)G(%) по мере зычис.,-,:;.;;:i; поступления в 6j;oK Q в,иалияирую1-ся :гс данному критерию, которь;.й выбираигсл i зависимости от иоставценкой задачи, ib кгер, при вычислении лормирозачно:-;; ра мощности в блоке 9 вычисляетсй, сияз а при выч юлении щироконолоса ь х спект роа в блоке 9 некоторый весовой коэф фициент преобразуется в соответствующий код в шифраторе 10 и поступает х;:а вход схемы сравнения 11. После вычис.1:;&нля последней &-„ (1 составляюаюй сг;ек;1 а можности, счетчик гармоник 1й вьгсраоамль.- вает сиги ад, который через отКьитямй: але- -. мент И 13 лоступает на ключевой 3j : /s/14, открывая его для прохождения ИпЛ/уль-сов блока синхронизации 22 на счетчик 12 и первый управляюшдй вход управл.яемого регистра 6. В момент равенства к.и- да счетчика 12 и кода .шифратора 10 схема сравнения 11 формирует с. закртл-ваюший элемент И 13 и перехшючаюглкй второй переключатель 4 на вьюод значений G С) и запоминающего блока 3 на