Анализатор спектра Советский патент 1980 года по МПК G01R23/16 

(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к анализаторам спектра электрических сигналов. Известны анализаторы спектра, содержащие перемножители, генераторы базисных функий и вычислитель l Известные анализаторы позволяют определять коэффициенты разложения входного сигнала по заданной базисн системе функций и не позволяют опре делять коэффициенты разложения по другим базисным системам функций. Известны также анализаторы, содержащие блок преобразования входных данных, блоки вычисления кронекеровского произведения, состоящие из ключей, сумматоров и вычитателей блоки задержки, синхронизации и сбр са, блок управления и генератор син хроимпульсов 2l . Недостатком известных анализаторов, является ограничение спектральных преобразований входного сигнала только классом преобразований Уолша Цель 1}з6бретения - расширение кл са спектральных преобразований. Указанная цель достигается тем, что анализатор спектра, содержащий блок преобразования входных сигнало выходы которого подключены ко входам N блоков вычисления кронекеровского произведения, каждый из которых состоит из двух входный ключей, сумматора и вычитателя, два канала в каходом блоке вычисления, состоящие из последовательно соединенных блока синхронизации, -блока циклической, задержки и блока сброса и переписи, вход первого из которых подключен к выходу сумматора, вход второго канала подключен к выходу вычитателя , а выходы обоих каналов подключены поочерёдно к соответствующим входам .входных ключей блоков вычисления кронекеровского произведения, блок управления, вход которого подЧлючен к выходу генератора синхроимпульсов, один выход соединен со входом блока преобразования входных сигналов, а другой подключен к генератору весовых коэффициентов через блок задания весовых коэффициентов , дополнительно содержит в каждом блоке вычисления кронекеровского произведения две пары умножителей , одни входы каждой из которых объединены и подключены к выходам входных ключей, а другие входы подключены к выходам генератора

весовых функций, при этом четные и нечетные входы каждой пары также объединены, входы сумматора подключены к выходам нечетных умножителей каждой пары, входы вычитателя подклю чены к выходам четных умножителей каждой пары, выход сумматора соедини со входом первого канала, а выход вычитателя соединен с входом второго канала.

На чертеже представлена структур ная схема анализатора.

Он состоит из блока 1 преобразования входных данных, блоков. 2 вычисления кронекеровского произведения , входных ключей 3, сумматора 4 -, вычитателя 5, блоков б синхронизации , блоков 7 циклической задержки, блоков 8 сброса и перезаписи, блока 9 управления, генератора 10 синхро.импульсов, генератора 11 весовых коэффициентов, блока 12 .задания весовых коэффициентов, умножителей 13

Блок 1 преобразования входных данных имеет выходов, из которых каждый i-ый соединен со входом i-го входного ключа 3 управления. Выходы нечетных блоков 8 сброса и перезаписи соединены поочередно с входами первых N/2 ключей 3 управления, а выходы четных - с входами, остальных N/2 ключей.

Генератор 11 весовых коэффициентов, выполненный в виде многоканального синусно-косинусного функционального преобразователя, обеспечивает одновременное получение на своих выходах N/2 пар сигналов, разных по величине s i п ф , которые определяют собой весовые коэффициенты. Каждая пара сигналов созЧ и sin подается соответственно в к-ый блок 2 вычисления кронекеровского произведения на вторые входы умножителей 13. Значения углов Ч задаются блоком 12 задания весовых коэффициентов , в качестве которго может быть использован программно-задающий блок, в память которого записываются значения выбранных углов S . Смена значений углов 4, а соответственно и весовых коэффициентов, формируемых генератором 11, производится по командам, подаваемым в блок 12 с блока 9 управления. Тактовые импульсы на блок управления подаются с генератора 10 синхроимпульсов. Со вспомогательных выходов этого генератора тактовые импульсы поступают также на входные ключи 3 управления и блоки 6-8 и обеспечивают их синхронную работу.

Анализатор спектров работает еледующим образом.

Входной сигнал вводится в блок 1 преобразования входных данных,где он дискретизируется и его отсчеты запоминаются. Управление работой блока 1 осуществляет 5пок 9 управлбния. с приходом первого тактового синхроимпульса, формируемого в блоке 10, каждый из входных отсчетов с блока 1 поступает через соответствующий входной ключ 3 управления на первые входы двух смежных умножителей 13. Один из них производит перемножение (взвешивание) входного отсчета на весовой коэффициент, равный значению косинуса .выбранного уг , другой - на весовой коэффициен равный значению синуса того же угла В каждом блоке 2 входные отсчеты, взвешенные с помощью умножителей 13, попарно суммируются в сумматоре ,4 и вычитаются с. вычитателя 5. Далее взвешенные суммы и разности входных отсчетов через блоки б синхронизации поступают на блоки 7 циклической задержки, где они запоминаются , а с приходом следующего татового синхроимпульса перезаписыва-ются в блоки 8 и поступают на входы ключей 3 управления для рекурсивной процедуры преобразований. Указанная процедура преобразований входных отсчетов циклически повторяется п раз, в результате чего происходит итеративное вычисление спектра входного сигнала в базисе, который, определен заданными весовыми коэффициентами cosV и S i . Значения соответствующих спектральных коэффициентов образуются на выходах сумматора 4 и вычитателя 5 и поступают На выходные зажимы.

В предлагаемом анализ :.vope спектров матрицы-ядра спектрального пре-образования определяются введенными в него генератором 11 весовых коэффициентов, блоком 12 и умножителями 13, соединенными указанным выше способом, и принимают вид:

cos } si пЦ,

in

V

Матрица-ядро этого вида так же, как и матрица-ядро преобразования Уолша удовлетворяет условию ортонормированности при любых заданных

углах S, что создает возможность проводить с помощью предлагаемого устройства спектральный анализ сигналов fi широком классе полных систем ортонормированных функций. Задание углов Vy. на каждой рекурсивной процедуре преобразования входных отсчетов может быть различным, что дополнительно расширяет число возможных базисов для хзпектрального анализа сигналов. Выбор базиса в

Предлагаемом анализаторе спектров определяется заданием величин углов О,Ilty . Например, для получения преобразования в базисе Уолша необходимо задать .все углы одинаковыми

и равными значению Р,.

Возможность перестропки базисов по практически неограниченному, их числу выгодно отличает предлагаемый анализатор спектров от известных. Это качество позволяет выбирать для анализа сигналов такой базис, который отвечает заданному требованию, например обеспечивает лучшее выделение сигнала На фоне помех или, например, обеспечивает более высокую разрешающую способность при разделении нескольких сигналов. Благодаря указанному качеству предлагаемый анализатор спектров может быть эффективно использован в таких областях как спектральный анализ случайных процессов, обнаружение сигналов на фоне.помех, обработка изображений, распознавание образов.

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий блок преобразования входных сигналов , выходы которого подключены ко входам N блоков вычисления кронекеровского произведения, каждый из которых состоит из двух входных ключей, сумматора и вычитателя,два канала в каждом блоке вычисления, состоящие из последовательно соединенных блока синхронизации, блока циклической задержки и блока сброса и переписи, вход первого из которых подключен к выходу сумматора, вход гзторого канала, подключен к выходу вычит т слч, а рллхо; - оОоих каналов подключены пог чередно к соответствующим входам входных ключс-П блоков вычислеЕШя кронекеровского произведения, блок управления, вход которого подключен к выходу генератора синхроимпульсов,один выход сединен со входом блока преобразования входных сигналов,а другой подключен к генератору весовых коэффициентов через блок задания весовых коэффициентов, отличающийс я тем,что,с целью расширения клас спектральных преобразований, он дополнительно содержит в каждом блоке вычисления кронекеровского произведения две пары умножителей, одни выходы каждой из которых объединены и подключены к выходам входных ключей, а другие входы подключены к выходам генератора весовых функций, при этом четные и нечетные входы каждой пары также объединены,входы сумматора подключены к выходам неченых умножителей каждой пары, входы вычитателя подключены к выходам четных умножителей каждой пары, выход сумматора соединен со входом первог канала, а выход вычитания соединен со входом второго канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Фрэнке Л. Теория сигналов.М., 1974, с.63.

2.Патент США № 3879605, кл. G Об f 15/34, 1974.