Цифровой анализатор спектра фурье Советский патент 1978 года по МПК G06F17/14 

(54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ФУРЬЕ управляющими входами третьего блока оперативной памяти и АЦП, вход которого является входом анализатора. Вы ход АЦП подключен к первому входу пе вого сумматора, а через третий БОП ко второму входу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого БОП. Выход второго сумматора подключен к первым входам первого и второго блоков умножения, вторые входы к,о торых соединены с первым и вторым вы ходами генератора гармонических сигналов, а выходы подключены соответст венно к первым входам третьего и чет вертого сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответст венно третьего и четвертого блоков умножения. Первые входы которых подключены соответственно ко второму и первому выходам генератора гармонического сигнала. Выходы третьего и четвертого сумматоров подключены к информационным входам соответственно второго и первого БОП и являются выходами устройства. Однако такое устройство содержит один канал, что позволяет анализировать только действительные (вещественные) входные сигналы. Отсутствие возможности осуществлять анализ комплексных сигналов ограничивает возможность применения такого устройства в инвариантных к сдвигу исследуемого кс «плексного сигнала системах обработки и отображ ния информации. Цель изобретения - раоиирение функциональных возможностей цифроврго анализатора спектра Фурье в резул тате реализации устройства спектраЭиь иого анализа, осуществляющего вычислительные операции в паузах между вводом отсчетов и обеспечивающего ско 1ьзящий режим анализа спектра с одновременной компенсацией сжюшения интервала анализа относительно начала отсчета для ксжтлексных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в предложенное устройство введены второй АЦП, вход которого является вто{Ж№4 входе устройства, п тый и шестой сукв4аторы и четвертый БОП. Выход делителя частоты подключен к управляющим входам второго АЦП и четвертого БОП.информационный вход которого соединен с выкодсж второго АЦП и первым входом пятого сумматора а выход - со вторым входом пятого сумматора, выход которого .подключен к первому входу шестого сумматора, второй вход которого соединен с выхо дом второго БОП, а выход подключен ко вторь04 входам третьего и четветтого блоков умножения. На чертеже представлена структурная схема цифрового анализатора спек тра Фурье, осуществляющего скользящий режим анализа комплексного сигна ла с согласованием начальной фазы взвешивающей функции с началом интервала. Анализатор содержит два АЦП 1 и 2, на входы которых поступают действительная Ч (-fc) и мнимая.у (-fc) составляющие входного комплексного сигнала, БОП 3 и 4 для хранения дискретных отсчетов действительной и мнимой составляющих исследуемого участка реализации, сумматоры 5-10, блоки умножения 11-14, БОП 15 для хранения действительной составляющей спектра, БОП 16 для хранения мнимой составляющей спектра, генератор тактовых импульсов 17, делитель частоты 18, генератор 19 гармонических сигналов (формирователь значений синусов и косинусов). Вместо АЦП 1 и 2 могут быть использованы любые источники цифровых кодов, обеспечивающие подачу отсчетов комплексного сигнала, например, от ЭВМ. Реализуя алгоритм дискретного преобразователя Фурье, цифровой анализатор скользящего спектра работает следующим образом. При поступлении первых N отсчетов вычисление коэффициентов Фурье производится по следуняцей формуле: Р Л .5о ; 1) где N - число исследуемых отсчетов; Р - порядковый номер гармоники; i.,- цифровые значений комплексных отсчетов; + УК (2) Значения коэффициентов Фурье в соответствии с формулой (1) при поступле НИИ (N - 1)-го отсчета и до поступления Н -го отсчета будут сформированы и записаны в соответствующих ячейках БОП 15 и 16, выполненных в виде параллельных цепочек сдвигающих регистров, число фиксируемых слоев в каждом из которых соответствует числу определяемых коэффициентов Фурье. Одновременно с вычислением коэффициентов Фурье в БОП 3 производится последовательная запись действительной составляющей обрабатываемых отсчетов V J , а в БОП4 - мнимых составляющих обрабатываемых отсчетов у , БОП 3 и 4 собраны из цепочек сдвигающих регистров. Число фиксируемых слоев в каждом из сдвигающих регистров этих БОП равно N , а число цепочек сдвигающих регистров соответствует разрядности анализируемых отсчетов, выдаваемых АЦП. Можно сказать, что действительная и мнимая части текущего спектра cooT-i ветственно равны .ReV(VV.,)cos2,p-&mV(.,)l6mfp,

)flKp.(,ll6iK pf tt3mPp+(y.y coe2ftp. (4)

Заметим, что формулы (3 и 4) спраЬедливы и при С Ц , если предположить, что ia. при а -N О . Такое предположение всегда справедливо для кауэальнык сигналов. Таким образом, для получения действительной и мнимой составляющих текущего спектра при поступлении очередного отсчета л , сумматоры 7 и 9 формируют разности (Хл .N ) и (уп-УоГм Полученныераз1НОСТИ суммируются с выдаваемыми БОП 15 и 16 действительнрйТ еРр и мнимойЭтрр составляющими спектра соответственно сумматорами 8 и 10. Значения ( j()J подаются на первые входы олоков умножения 11 и 12, где производится их умножение (взвешивание) на значения весовых коэффициентов (синуса и косинуса), выдаваемых генератором 19 (блоком формирования значений синусов и косинусов). Одновременно с этим значения ЗтР +Су-гУоп-мО подаются на первые входы блоко умножения 13 и 14, где производится взвешивание на значения косинуса и синуса зычисляемой гармоники согласно вьфажемия (3) А (4).

Полученные на выходе блоков 12 и 14 произведения алгебраически суммируются сумматором б. в результате на его выходе фО1 «ируется отсчет текущего Спектра ,, , который поступает на первый выход анализатора и одновременно с этим записывается в БОП 15, Аналогично происходят формирование и запись отсчета Ultl , который вьщается первым сумматором 5 на второй выход анализатора и вход ВОП 16.

Синхронизация работы всех БОП, АЦП 1 и 2 и генератора 19 (блока формирования значений синусов и косинусов) осуществляется при помощи генератора тактовых импульсов 17 и делителя частоты 18. Отнсмиение частот следования тактовых импульсов, поступающих с генератора 17 тактовых импульсов и делителя частоты 18, определяется числом определяемых гармоник спектра.

Блоки арифметическ ого устройства (сумматоры и умножители) могут быть выполнены, например, в виде нетактируемых комбинационных схем на потенциальных элементах и не требуют синхронизирующих тактовых импульсов.

Введение в схему предлагаемого анализатора спектра второго АЦП, четвертого БОП, пятого и шестого сумматоров, 1астичное изменение связей между существующими блоками и введение новых связей. Приводящих к изменению процедуры вычислений, расширяет его функциональные возможности по сравнен X) с прототипом, обеспечивая возможность

вычисления составлякяцих спектра комплексного сигнала в скользящем режиме с согласованием начальной фазы взвешивающей функции с началом интервала анализа, т.е. осуществление инвариантного к сдвигу исследуемого комплексного сигнала режима спектрального анализа.

Формула изобретения

Цифровой ангшиэатор спектра Фурье содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго блоков оперативной памяти, ко входам генератора гармонических сигналов и делителя частоты, выход которого соеднен с управлвкяцими входами третьего блока оперативной памяти и аналогоцифрового преобразователя, вход которого является входом анализатора, выКод аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу первого сумматора, а через третий блок оперативной памяти ко второму входу певого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора второй вход которого соединен с выходом первого Олока оперативной памяти, выход второго сумматора подключен к первым входам первого и второго блоков умножения, вторые входы которых соединены с первь и вторым выходами генератора га1 «онических сигналов/ а выходы подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого сумматоров, втоЕхые входы которых соединены с выходами соответственно третьего и четвертого блоков умножения, первые входы которых подключены соответственно ко второму и первому выходс1М генератора гармонических сигналов, выходы третьего и четвертого сумматоров подключены к информационным входам соответственно второго и первого блоков оперативной памяти и являются выходами устройства, отличающийся тем, что, с цельк расширения функциональных возможностей цифрового анализатора спектра Фурье, в него введены второй аналогоцифровой преобразователь, вход которого является вторым входом устройства, пятый и шестой сумматоры и четвертый блок оперативной памяти; выход делителя частоты подключен к управляющим входам второго аналого-ц-фрового преобразователя, и четвертого блока оперативной пам-ти, информационный вход которого соединен с выходок вторюго аналого-цифрового преобразователя и входом пятого сумматора, а выход - со вторым входом пятого сумматора/ выход.которого подключен к первому входу шестого сумматора, второй вход к торого соединен с выхо

ДОМ второго блока оперативной памяти, а выход подключен ко вторым входс1м третьего и четвертого блоков умножения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1. Авторское свидетельство СССР 446063, q 06 F 15/36, 1974. 2. Заявка 2147593/24 от 23,06.76, 06 Р 15/34 по которой вынесено решение о вьвдаче авторского свидетельства.