Устройство для вычисления коэффициентовфуРьЕ Советский патент 1981 года по МПК G06F17/14 

t

i Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в спектральном анализе, задачах классификации сигналов.

Известе } анализатор спектра Фурье сущестэейной особенностью которого является обновление коэффициентов Фурье после каждс новой выборки дискретного значения сигнала с компенсацией от смещения интервала анализа относительно начала отсчета fl.

НвдсХгтаткая устройства является погр анссть представления функции в вице ряаа Фурье из-за невозможности вычисления всех коэффициентов Фурье.

i Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для измерения коэффициента Фурье, содержащее 2 N блоков умноjSBtasa, два блока усреднения, генера}т 2 М ортогональньис сигналов,4 N (Зяоков весовых коэффициентов и два |сумнатора, причем выходы генератора ортогональных сигналов подключены к п&ртш входам соответствунзщих блоков умиржения ; вторые входы которых соединены с источником анапизируемо:го свгйсша, выход каждого блока умножения подключен ко входам двух.со:

ответствуюви блоков весовых коэффициентов, выходы блоков весовых коэффициентов соединены с соответствующими cyJ teTopaNm, подключенными

к блокам усреднения 2.

Недостатком устройства является невозможность вычисления коэффициен|тов Фурье на скользящем отрезке и погрешность представления функции в виде ряда Фурье из-за невозможности вычисления всех коэффициентов Фурье. J

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления скользящего спектра и увеличение точности. Поставл.енная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый сумматор, 2 N блоков

умножения, пераае которых подключены к соответствунж им выходам генератора ортогональных функций, введены ( интегратора, два сумматора дополнитеяышй блок умножения, элемеит задержки, экстремальный регулятор и блок вгфаботки критерия, который содержит сумматор, и узел умноиания, входы которого соединены с выходом сумматора, первый

вход которого является первым входом устройства, при этом экстрем&льный регулятор содержит дифференцирующий узел, узел умножения и интегратор, первый вход которого соединен с выходом узл9 умножения, первый вход ко торого подключен ко входу дифференцируюиего узла, первый вход которого соединен с выходом интегратора, причем вход первого интегратёра является вторым входом устройства, выходы генератора ортогональных функций соеди иены с первыми входами соответствующих 2N интеграторов, выходы которых соединены с вторыми входами соответствующих 2N блоков умножения, выходы которых соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора и вторым входом сумматора блока выработки критерия, выход узла умножения которого соединен с первым входом дополнительного блока умножения и вторым входом дифференцирующего узла экстремального регуля тора, выход интегратора которого подключен ко второму входу дополнительного блока,умножения, выход кото рого подключен к первому входу третьего сумматора и входу элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, вы ход которого соединен с первым входом (2Nt-2)-ro интегратора, выход которого подключен к первому входу {2N-t3)-ro интёгратор а, выход которого соединен со вторыми входами первых (2N-f-1)-интеграторов/причем второ вход {2N+2) интегратораи второй вход интегратора экстремального регулятора являются входом временных приращений устройства, второй вход экстремального регулятора является тре- тьим входом устройства, а второй вхо (2М+3)-го интегратора образует четвертый вход устройства. Дляполучения коэффициентов Фурье используется не сама анализируемая функция, а некоторая другая функция, зависящая от анализируемой, функции, суммы ряда Фурье и, параметра, выра, батываемого экстремальиьод регулятором с целью обеспечения минимума целевой функции, выраба ядваемой блоком выработки критерия. Этот лшнимум соответствует минимальному рассогяасованию между суммой ряца Фурье, кото ому соответствует получаемый набор коэффициентов Фурье,-и величиной анализируемой периодической функции. Принцип выч-ислен ия коэффшшентов Фурье на скользящем отрезке времени реализуется за счет-интегрирования произведений функгщи на соответстеую щую ортогональную функцию на вале времени от .t-T до t, где период функции. .. интеграл вычася ется как разность соответствующих интегралов от О до t и от О до.л-Т за счет того, что на выходу 3-го сумматора долучается разность между значением функции в данный момент времени t и значением функции в Момент t-T по причине задержки блоком задержки значения функции на величину Т.. На фиг. 1 представлена схема устройства для вычислений коэффициентов Фурье; на фиг. 2 - схема блока выработки критерияf на фиг. 3 - схема экстремального регулятора Устройство содержит источник 1 анализируемой функции, первый сумматор 2, генератор 3 ортогональных функций, блоки 4 умножения, интеграторы 5, блок б выработки критерия, экстремальный регулятор 7, дополнительный блок 8 умножения (на параметр), второй сумматор 9 третий сумматор 10, элемент 11 задержки, интегратор 12, вход 13 временных приращений, интегратор 14, сумматор 15, первый и второй входы 16 и 17 блока-выработки критерия, узел 18 умножения, выход 19 блока, дифференцирующий узел 20, вход 21 регулятора, узел 22 умноже ния (на постоянную величину), интегратор 23, вход 24 временных приращений, выход 25 регулятора Функционирование устройства .осуществляется следующим образом. Пусть в i-M такте на входы 13 и 24 подано приращение Д1, котороеу будучи умноженным в интеграторе 12 на величину () -(mF-«-f) t t-Т3 и умноженным затем в интеграторе 14 навеличину ф , дает на выходе интегратора 14 приращение f L(mF.f) / t t- (mPt f) / ,-u t, которое, буйучи умноженным в интеграторах 5 на ссшёридамое их регистров подинтегральных функций, рйвноедля первого из них и cos ц или si ,длй остальных, дает на их выходах приращение коэффйциелфов Фурье / Д а и 4bj еоответственно. Эти приращения, будучи умноженньши в блоках умножения 4 н.а со угветствующие величины H stnMjt поступающие в блоки умножения 4 с соответствующих выходов генератора 3, и сложенными затем в сумматоре 2, дшот на eio выходе приращение и f, j .X cos j b j s f t) . Это приращение цоступает на вход 16 блока б, еде, будучи сложенным в сумматоре 15 с приращениемду, поступившим из источника 1 на инверсный вход 17, дает на выходе 15 гфираадание Д (f-y),-, кото- . рое, будучи умноженным в узле 18 на себя дает на его выходе 19 приращение ДР- л {f-y)f целевой функции F, поступающее на вход 21 узла 20 регулятора 7, на втррой вход которого поступает приращение дmI с выхода 25.На выходе зла 20 появляется прираным в узле 22 на величину -- .дает на его выходе цриращение - (§) которое вызывает накопление в йнтеграторе 23 величины -(ранящ&Кся здесь до наступления ()-го такта вызываемого повторной подачей приращения Д1 на входы 13 и 24. С началом i-ro такта приращение /jt, будучи умноженным в интеграторе 23 на величиНУ -(Ilik . на выходе 25 приращениедп) . параметра т, которое, будучи умноженным в блоке 8 на величину , поступаю1цую с выхода блока 6, дает на выходе блока 8 приращение u(mF) , которое, будучи сложенным в сумматоре 9 6 приращение uf, поступаквдим с выхода сумматора 2, дает на выходе сумматора 9 приращение AfniF f), . поступающее на входы сумматора 10 и злемента 11, на выходе которого появляется прира щение ) t t-TJi , в результат чего на выходе сумматора 10 появляется приращение &(mf+f)(mf-t- ff)/t t-Tj .вызывающее накопление в интеграторе 12.величины (mF + Vf)J (mF-«-f) ft-T , хранящейся здесь до наступления (i-bl)-ro такта. На этом i-й такт работы устройства заканчивается. Процесс вычисления коэффициеивта Фурье завершается при достижении минимума целевой функции .F, то есть когда .р (Ь. . .t,j Sin4-jg-4fn,,n- : . , отсюда (a..) VlG;s H -)Lm .ДО - нулевой коэффициент Фурье в i-м такте; - соответственно J-e косинусный и синусный коэффициенты Фурье в 1-м такте; у, - значение анализируемой функции у при . Закон функционирования устройства задается следующими уравнениями («jWs ii bjSin-fiiT) i (wp+)at i t-T t- a-1-J(wP4).cH ; tmP)sirt- iT. F(f-y); Процесс получения коэффициентов з;, aj, bj заключается в постоянном обеспечении наименьшего .значения фунюдии Ff- 2 (aj .f.b j sin j t) - yji , s, начит и интеграл a tf : Fdt .являющегося средним квадратичным уклонением от функции у, Обеспечение возможности вычисления непрерывно во времени коэффициентов разложения функции в ряд Фурье делает устройство более универсальным, точным и расширяет область его применения по сравнению с .известным. .формула изобретения Устройство для вычисления коэффициентов Фурье, содержгицее первый сумматор,. 2 N блоков умножения, первые входы которых подключены к соответствующим выходам генератора ортогональных функций, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциона.пьных возможностей за счёт вычисления скользящего спектра и повьйиенйя точности, в него введены (2N4-3) интегратора, два сумматора, дополнительный блок умножения, элемент задержки, экстремальный регулятор и блок выработки критерия/ который содержит сувФтатор, и узел умножения, входы которого соединены с выходом сумматора, первый вход которого является первым входом устройства, при этом экстремальный регулятор содержит дифференцирующий узел, узел умножения и интегратор, первый вход которого соединен с выходом узла умножения, первый вход которого подключен ко входу дифференцирующего узла, первый вход которого соединен с выходом интегратора, причем вход Первого интегратора является вторым входом устройства, выходы генератора ортогональных функций соединены с первьми входами соответствующих 2N интеграторов, выходы которых соединены с вторыми входами соответствующих 2 N блоков умножения, выходы которых, соединены с. соответствующими входа:ми первого сумматора, выход которого 1соедииен с первым входом второго сумматора и вторым входом сумматора :блока выработки кр итерия, выход уэла умножения которого соединен с |первым xoдoм дополнительного блока умножения и вторым входом дифферен|цирующего узла экстремального регуЬятора, аитегратора котсфого подключен ко вторсяну входу допол« нительйОго блока умножения, выход которого подклк1чея к первому входу третьего суммате эа и входу элемента задержки, ЁШХОД которого соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с первым вхо1ДОМ (2N+2)-po интегратора, выход которого ш:щключен к первому вхолу (2 )-ro интегратора, выход которого соединен GO вторыми входами пер вых (2 Mt1) йитеграторов, причем второй вкод (2 ) интегратора и второй вход интегратора экстремального регулятора являются входом временных приращений устройства, вход экстремального регулятора является третьим-входомоустройсггва, а второй вход (2 N+3)-ro интегратора образует четвертый вход устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1, Авторское свидетельство СССР 560Й2, кл. 6 Об F 15/34, 1975. 2..Авторское свидетельство СССР , кл. G Об G 7/19, 1974 (прототип).