Устройство для вычисления коэффициентов фурье Советский патент 1976 года по МПК G06F17/14 

1

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначено для определения коэффициентов дискретного преобразования Фурье при работе в реальном масштабе времени и может быть использовано для выявления коротких периодичностей в исследуемых сигналах, для уменьшения дисперсии сглаженных оценок спектральной плотности мощности, полученных по способу Бартлетта, и ряда других задач в высококачественных специализированных анализаторах спектра как детерминированных, так и стационарных случайных проneocoiB.

Известно устройство 1, содержащее блок ввода ординат, генератор опорной частоты, блок формирования кодов аргументов, реверсивные счетчики, источник эталонного напряжения, два функциональных преобразователя и блок задержки.

Однако такое устройство имеет низкое быстродействие.

Известно также цифровое устройство 2, позволяющее вырабатывать коэффициенты дискретного преобразования Фурье, содержащее блок выработки экспоненциальных функций. Множительное устройство, сумматор, оперативный запоминающий блок текущих сумм.

Недостатком указанного устройства является сравнительно большой период выработки

коэффициентов, так как результат вычислений выдается только по окончании интервала наблюдения- реализации из Л дискретных отсчетов случайного процесса.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

Это достигается за счет того, что в устройство введены второй сумматор и запоминающий блок отсчетов, причем вход устройства соединен с входом запоминающего блока отсчетов и с одним входом первого сумматора, другой вход которого связан с входом устройства, а выход - с первым входом множительного блока. Второй вход множительного блока подключен к выходу блока экспоненциальных функций, выход - к первому входу второго сумматора, а выход второго сумматора - к входу запоминающего блока текущих сумм, выходом связанного с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с выходом устройства.

При этом уменьшается период выработки коэффициентов Фурье в N раз, т. е. происходит выдача результатов со скоростью поступления входных дискретных отсчетов случайного процесса.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства, где 1-блок экспоненциальных функций; 2 - запоминающий блок текущих сумм; 3-нервый сумматор; 4-множйтельный блок; 5 - второй сумматор; запоминающий блок отсчетов. В устройстве вычисление коэффициентов дискретного нреобразования Фурье нроводится прямым параллельным методом в процессе поступления отсчетов исследуемого сигнала на вход вычислителя. Для момента времени пД коэффициенты, полученные по реализации процесса на интервале наблюдения длительностью NAf, определяются по формуле л„(тМ У, ), (1) й «-{УУ-1) Д -шаг квантования исследуемого процесса по времени; Д(о частотный шаг анализа; f,k - номера частотного и временного отсчетов соответственно; (-TПри вычислении коэффициентов дискретного преобразования Фурье, согласно формуле (1), результаты выдаются только по окончании реализации длительностью NAt. Представляя коэффициенты в формуле (1) 4 (тАо:) I (М) + 2 - ( - S - (Д) 1 0J производя замену переменных в третьей сумме и учитывая, что да w получаем Л„(тМ тг 2 х(Ш)ы,1 + -}- У.{х (Ш) -xl(k - N) Дг)

или

Л„(тДш)Ул.(,

где

Ах (kM) X(kM) (k- N) М.

Таким образом, при вычислении коэффициентов .по формуле (4) выдачу их можно осуществлять с частотой квантования исследуемого процесса.

Работает описываемое устройство следующим образам.

Дискретный отсчет исследуемого сигнала X(kAt) поступает на вход сумматора 3 и на запись в блок 2. Одновременно из блока 2 выбирается X(k-N)Af -отсчет исследуемого процесса, записанный в предыдущем интервале наблюдепий и заде ржа1нный на N&t (NAt-

Формула изобретения

Устройство для вычисления коэффициентов Фурье, содержащее блок экспоненциальных функций, множительный блок, первый сумматор и запоминающий блок текущих сумм, о тличающееся тем, что, с целью повышения

быстродействия, в него введены второй сумматор и запоминающий блок отсчетов, причем вход устройства соединен с входом запоминающего блока отсчетов и с одним входом первого сумматора, другой вход которого соединей с входом устройства, а выход - с первым входом множительного блока, второй вход которого соединен с выходом блока экспоненциальных функций, а выход - С первым входом второго сумматора, выход которого соединен

с входом запоминающего блока текущих сумм, интервал наблюдения); X.{k-I)M также подается на сумматор 3, в результате на его выходе получаем разность Дл;(&Д) x(M) - -x(k-N)iM. В блоке 1 экспоненциальных функций формируются значения и 2л ,cos- KY параллельно для каждого из , N/2 частотных каналов за шаг дискретизации Д. Значение Д.с: (kAt) перемножается в множи - Зтс , тельном блоке сначала на sin - й, затем на 2- А cos - KY для каждого -го частотного канала. Произведения ДА:(АД/) sin-AY Ax(kM)cos -ki с выхода множительного блока 4 поступают на сумматор 5 для сложения с хранящимися 2 значениями2 Д(АДО sin 7 и в блоке -1 Ax(kAt)c.os- AY. В результате на выходе ° сумматора 5 в течение интервала времени между приходом двух соседних входных отсчетов получаем последовательно значения коэффициентов v4„() .для каждого из Y ча|Стотных каналов. Введение новых элементов структуры и организация новых Связей -привели к улучшению качественных характеристик устройства, позволив .производить выработку коэффициентов со скоростью, равной темпу поступления дискретных отсчетов исследуемого процесса, что необходимо при решении ряда задач текущего анализа спектра, например для определения начального момента возникновения в сигнале периодических составляющих, выявления коротких периодичностей, уменьшения дисперсии сглаженных оценок спектральной плотности мощности, получаемых ло методу Бартлетта.

выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авт. св. № 436358, кл. G 06F 15/34, 1972.

2. Коршунов Ю. М., Моторин В. В. Цифровой спектральный анализатор параллельного действия. Тезисы докладов VI Всесоюзного симпозиума «Методы представления и аппаратурный анализ случайных процессоЁ и полей, секция III, Ленинград, 1973 (прототип).