Анализатор спектра Фурье Советский патент 1981 года по МПК G06F17/14 G01R23/00 

(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ФУРЬЕ

Изобретение относится к вычиспитепьной технике и предназначено дпя цифровой обработки неравномерных цифровых после- доватепьностей. Изйёстны устройства, служащие дпя определения спектров сигналов, преобразованных в равномерные цифровые после- довательности, содержащие генератор кода аргумента, преобразователя кода аргумента в значение синуса и косинуса, умножители, сумматорь{. Работа этих устройств заключается в умножении каждого отсчета последовательности на значение синуса или косинуса, соответствующее положению этого отсчета на оси аргумента, и суммировании данных произведений дпя всего анализируемого множества отсчетов . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройст во, содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, счетчик, формирователь кода аргумента, преобразователи кода аргумента в значенця синуса и косинуса, умножители, сумматоры, napa tлельные сдвигающие регистры, схемы со&падений . Известный анализатор может определять спектры только таких последовательностей, у которых номера отсчетов линейно связаны со значениями аргументов этих отсчетов. Это следует из того, что в выражении дискретного преобразования Фурье (ВПФ)при вычислении значения арн. гументаг функций синуса и косинуса предполагается именно такая зависимость. Это утверждение просто подтверждается; если выражение для ДПФ Frк E: l ЗexpC-d У t З переписать в следующем виде: f Гк S tWexp C-i (inu), f) . где f - преобразуемая последовательность;t -i интервал преобразования, ралный Nuf, 387 N - число отсчетов анализир} емой последовательности; u,t - шаг дискретизации аргумента; tfnjcnui - значение apгy feнтa, соответствующее п отсчету. В случае, когда зависимость между номером отсчета и значением соответствующего ему аргумента нелинейна, выражение (1) для ДПФ дает неверный резуль тат. Следовательно, устройство невозможно применить к обработке неравномерных последовательностей. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач,за счет обработки нерав номерных цифровых последовательностей. Поставленная цель достигается тем,. что в устройство, содержащее формирователь кода аргумента, которого подключен ко входам преобразователи кода аргумента в значения синуса и преобразоватевд коДа аргумента в значения косиj-iyca, ВЫХОД1Л которых соединены с первыми входами умнолштелей,. вторые входы которых явшпотся порвьтм входом анали- .затора, -сумматоры, первые входы кото рых соединены с выходами умножителей, вторые входы сумматоров соединены е вы ходами параллельных сдвигаюидах ре гнетров, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входа- ми формирователя кода аргумента и парал лельных сдвнгаюЕЩх регистров, счетчик, введены блок вычисления начальных значений арпмента, первый вход которого является вторым входом анализатора, второй вход блока вычисления на шпьных значений аргумента является третьим входом анализатора, а выход блока вычисления начальных значений аргумента подклю чен к Первому входу формирователя кода аргумента, третий вход которого объединен с первыми входами генератора тактовых импульсов и счетчика и является четвертым входом анализатора, второй вход генератора тактовых импульсов соединен с йыходом счетчика, второй вход которого соединей ; выходом генератора, а выходы сумматоров являются выходами анализатора. На чертеже приведена структурная схе- ма устройства, ..Устройство содержит блок 1 вычисления начальных значений аргумента, формирователь 2 кода аргумента, генератор 3 тактовых импульсов, счетчик 4, преобразователь 5 кода аргумента в значения ко,синуса, преобразователь б кода аргумента в значения синуса, умножители 7 и 8, 4. сумматоры 9 и 10, параллельные сдвигающие регистры. 11 и 12. Предлагаемое устройство позволит обрабатывать как равномерные, так и неравгномерные цифровые последовательности. Алгоритм функционирования предлагаемого устройства похож на алгоритм известного, но так как значения аргументов отсчетов неравномерной последовательности невозможно определить через номера отсчетов, следовательно, их необходимо вводить в таком же виде, как и значения функции. В этом случае на вход устройства подаются последовательности отсчетов фун1щии и соответствующих им значе- i НИИ аргумента. Спекгр сигнала , пред ставленного в таком виде, определяется выражением VY1птг (), (3.)где m - число отсчетов на интервале Г(3,т}, Максимальное количество вычисляе- мых гармоник равно N« - где At Максимальное значение общего делителя всех -t пЗ и f. Значения отсчетов спектра с номерами, большими N, периодически повторяют уже полученные на интервале О, . Вычисление спектра устройством проводится в реальной и мнимой частей .по выралсенийм полученным из (3), () (4) n o fMsin() -v,ir« D При этом с поступлением ti -х отсчетов аргумента и функции вычисляются, все произведения значения синуса и косинуса для 4., изменяющегося от О, до NI и су1 }мируются с соответствующими им значениями сумм, полученными напредыдущем шаге, причем, значения функций синуса И косинуса для каждого формируются преобразователями кода К дссг изменяющегося на интервале 0,М как srKdr rK2 s n(Mtrn}k), .5(irbjK), де М - верхняя граница интервала изменения кода аргумента, соответствующая периоду изменения тригонометрической функции и завися:щая от конкретных преобра- разовагелей кода аргумента , в значения синуса и косинуса. Код аргумента i; у. на каждом шаге изменения К определяется как - V.. V suMrK-ii+M.eM), (6) где5иМ к. П -- - сумма начапьнь Х значений кода аргумента, полученная на предыдущем шаге; NV -i начальное значение кода аргумента, вычисляемое дпя каждого , 6 - копичество аеяых значений М, укладывающееся в вычисленном значении кода аргумента; О W t - операция взятия иепрй части. Дпя равномерных последовательностей при начальное значение кода аргумента равно номеру отсчета. Действитель но, подставив t|Vi iи-ut- иТ МД в выражение начального значения кода аргу- мента, получим п. Устройство работает следующим образом С подачей на первый вход ycTpcrficTBa значения функдии, а на второй значения аргумента, на третий вход одновременно подается тактовый импульс, который запускает генератор 3 тактовых импульсов и устанавливает счетчик 4 и формирователь 2 коцааргумента в нулевое положение. На выходе преобразователей 5 кода ар аргумента в значение косинуса и 6 синуса формируются коды чисел, соответст ау- юших нулевому аргументу, которые затем умножаются в умножителях; 7 и 8 на знанение функции и, прохрдя через сумматоры 9 и 10, заносятся в нулевые ячейки параллельных сдвигакмних региртров 11 и 12. В ЭТО же время на выходе блока 1вычисления начального значения аргумента формируется начальное значение ар гумента, соответствующее , которое в дальнейшем используется при формировании кодов аргумента дда всех К 1, 2N - 1 1«., После выдачи (N -1)-го импульса сче чик 4 останавпивает генератор 3, при этом в N последовательных ячейках параллельных сдвигающих регистров записаны произведения нулевого отсчета функции на значения синуса и косинуса дпя всех гармоник от О до N -1, С подачей следующих значений функции, аргумента и тактового импульса на все входы устройства циклы выполнения операций аналогично повторяются с той лишь разницей, что в сумматорах происхо дит сложение вновь полученных произведе 8 4 НИИ С записанными в регистрах суммами. вычисленными на предыдущем шаге, и эти суммы помешаются в регистры на место прежних. Таким образом, после каждого изменения п в пара.ллельные регистры заносятся значения отсчетов цействитель ной и мнимой частей текущего спектра. Введение нового блока в известное устройство позволит существенно увеличить возможности устройства в обработке информации, имеющей дискретный характер или по своей физической природе (различного рода импута сные процессы), или полученный в результате предварительной обработки. Формула изобретения Анализатор спектра Фурье, содержащий .формирователь кода аргумента, выход которого подключен ко входам преобразователя кода аргумента в значения синуса и преобразователя кода аргумента в значения косинуса, выходы, которых соединены с первыми входами умножителей, вторые входы которых являются первым входом анализатора, сумматоры, первые входы которых соединены с выходами уйножите- яе®, вторые входы сумматоров соединешл . с выходами параллельных сдвигающих ре- шстров, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами формирователя кода аргумента и параллельных сдвигающих регистров, счетчик, отличающийся тем, что, с целью расширения класса. решаемых задач за счет обработки неравномерных цифровых последовательностей, в него введены блок вычисления начальных значений аргумента, первый вход которого является вторым входом анализатора, второй вход блока вычисления начальных значений аргумента является третьим входом анализатора, а выход блока вычисления начальных значений аргумента подключен к первому входу формирователя кода аргумента, третцй вход которого объединен с первыми входами генератора тактовых импульсов и счетчика и является четвертым входом анализатора, второй вход генератора тактовых импульсов соединен с выходом счетчика, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выходы сумматоров являются выходами анализатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 474810, кл. q 06 F 15/34, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 446063, кл. q Об F 15/34, 1972 (прототип).