Устройство для вычисления коэффициентов фурье Советский патент 1979 года по МПК G06F17/14 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для расчета в реальном масштабе времени компонент сложного многочастотного КОлёбания.

Известно устройство для вычисления коэффициентов дискретного преобразования Фурье, содержащее два умножителя, на которые поступает анализируемый сигнал, и одноканальный блок тригонометрических коэффициентов (ВТК), косинусный выход которого соединен с одним умножителем, а синусный - с другим Л. В этом устройстве каждый отсчет анализируемого сигнала последовательно умножается на ряд тригонометрических коэффициентов в заданном диапазоне частот. При анализе в реальном масштабе времени время, необходимое для перемножения одного отсчета на всетригонометрические коэффициенты исследуемой полосы частот, должно быть меньше, чем период самой высокой частоты анализируемого сигнала. Это нагадывает на умножители и ВТК жесткие требования по быстродействию, которые не всегда выполнимы.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для вычисления коэффициентов Фурье

.-: 2, содержащее блок хранения тригонометрических коэффициентов и, кроме того,

арифметические блоки по числу тригонометрических коэффициентов; ттричем каждый арифметический блок состоит из накапливающего сумматора, котямутатора, шифратора, дешифратора и формирователей знаков.

Недостаток такого устройства заключается в его сложности.

Цель изобретения - упрощение устройства для вычисления коэффициентов Фурье.

0

Поставленная цель достигается тем, что устройство для вычисления коэффициентов Фурье содержит т групп блоков умножения и блоков деления, причем первая группа состоит из ОДНОГО блока умножения, в каж5дой г-й группе (., т - число выходов блока тригонометрических коэффициентов) число блоков умножения и число блоков деления равно суммарному числу блоков, умножения и блоков деления в группах с но0мерами от перового до (i-1)-го, t-й выход блока тригонометрических коэффициентов (i l-rm) подключен к первым входам блоков умножения и к входам делителя блоков деления г-й группы, второй вход

5 блока умножения первой группы является входом устройства, выход каждого блока умножения и каждого блока деления i-й группы ( -1) подсоединен к второМУ вхаду бДШ5ТШённег б блока умножения и к входу делимого одноименного блока деления в каждой группе, начиная с (/+1)-й, выходы блоков умножения и блоков деления т-и группы служат выходами устройства.

,На фиг. I приведена функциональная схема устройства для вычисления коэффициентов Фурье (т 3); на фиг. 2 - возможный вариант реализации пары блоков - блока умножения и. блока деления с общей парой входных сигналов.

Устройство содержит шины /-3 тригонометрических коэффициентов, каждая из которых несет мнимую (синусную) и действительную (косинусную) составляющие коэффициента, блок 4 тригонометрических коэффициентов, вход 5, блоки 6, 7, 8 умножения, соответственно первой, второй и третьей групп, блоки 9, 7( деления соответственно второй и третьей групп, шины мнимой 11, действительных 12 составляююцих входного сигнала или сигнала от предыдущей группы блоков умножения и деления, входы синусной 1/5 и косинусной 14 частей тригонометрического коэффициента, умножители 15 действительных чисел, сумматоры 16, выходы 17-20 блоков умножения и деления.

Работает устройство следующим обра.зом.

Отсчет исследуемого сигнала поступает на вход 5 блока 6 умножения первой группы, где вычисляются действительная и мнимая части первого коэффициента Фурье. Во второй группе блоков 7, 9 вычисляются два комплексно-сопряженных коэффициента Фурье, соответствующие первым значениям тригонометрических коэффициентов первого и второго каналов ВТК. В третьей группе блоков -8, .10 вычисляются еще щесть коэффициентов Фурье, соответствующих первым значениям тригонометрических коэффициентов первого второго и третьего выходов БТК. Таким образом, по трем значениям тригонометрических коэффициентов: по одному с каждого канала; - вычисляются комплексных коэффициентов преобразования Фурье. Изменяя значения тригонометрических коэффициентов, легко перестраивать устройство для получения требуемого перекрытия и разрешения по частоте. ,

Блоки умножения и деления - комплексные и реализуются по известным формулам вычисления произведения . крмцдексных чисел. Пусть имеется комплексное число

X (t) .

Если на двух умножителях вычисляются коэффициенты Фурье, отличающиеся на Дю,

го:--- ---: -- ...-.-,.--.-.™- -.,.,: X (t) е-/() X (/) x(t) . е-Лш-- ) л: (/) . W . Учитывая, что произведения комплекс- 65

ные и, используя формулу Эйлера для комплексных чисел, получим

x(t) е.

х (t) cosu)cos Дш/ - x{l)-sir О)/-sin Дш/ - - / л: ()-sinco;-cos Дш + Jc(t)-cosu)tsin Дсо/

jc(/)..e/i«

-(0 СОЗШ/ -COS (at + x(t) Sin wt-fin Дш/ -

(t) sin ant COS - л (t) COS t sin Дсо/.

Объединив операции, общие в двух последних выражениях, легко получить структуру (фиг. 2), реализующую одновременно два комплексных умножения (одно из которых можно рассматривать как деление).

В общем случае количество одновременно вычисляемых коэффициентов Фурье с помощью полученного устройства за одну перестройку Р-канального ВТК равно 3 Так, при P Q число коэффициентов . Для сравнения, известное устройство за одну перестройку девятиканального ВТК позволяет определить только 9 коэффициентов Фурье.

Формула изобретения

Устройство для вычисления коэффициентов -Фурье, содержащее блок хранения тригонометрических коэффициентов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит от групп блоков

умножения и блоков деления, причем первая группа состоит из одного блока умножения, в каждой i-и группе ) число блоков умножения и число блоков деления равно суммарному числу блоков умножения

и блоков деления в группах с номерами от первого до (/-I)-го, 1-й выход блока тригонометрических коэффициентов (i 14-m) подключен к первым входам блоков умножения и к входам делителя блоков деления i-й

группы, второй вход блока умножения первой группы я;вляется входом устройства, выход каждого блока умножения и каждого блока деления г-й группы (t ) под; ключен к второму входу одноименного блока умножения и к входу делимого одноименного блока деления в каждой группе, начиная с (i+l)-fi, выходы блоков умножения и блоков деления т-й группы являются выхЬдами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

I. Патент США № 3S81097, кл. 235-156, 1975. ч . , 12. Домарацкий А. Н., Иванов .Д. И., Юрлов Ю. И. Мйогоцелевой .ст-атистгический анализ случайных сигналов. Новосибирск, «Наука СО, 1975, с. 151.