Цифровой анализатор мгновенного спектра Советский патент 1982 года по МПК G06F17/14 G01R23/00 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, предназначено для обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задачах выделения полезных сигналов на фоне помех, в спектральном анализе, в задачах клас сификации сигналов и т.п. Известен цифровой анализатор мгно венного спектра, который содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого является выходом устройства, а выход соединен с информационным входом первого блока оперативной памяти (БОП) и первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого БОП, цифровой генератор гармонических функций, два блока умножения, первые входы которы объединены, второй и третий сумматоры, второй и третий БОП, информацион ные входы которых являются выходами устройства Г1. Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, ограничивающее частотный диапазон анализируемых сигналов, которое обусловлено тем, что операция умножения приращения отсчета сигнала на значения весовых коэффициентов и суммирование результатов умножения с отсчетами спектра, полученными на предыдущем шаге скольжения, осуществляются последовательно во времени. Известен цифровой анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, три блока опертивной памяти и цифровой генератор гармонических функций, сумматоры, регистрь, два блока умножения Г23. Недостаток известного устройства состоит в недостаточном быстродействии , вследствие работы с полными отсчетами на всех стадиях расчета. Цель изобретения - повышение быстродействия цифрового анализатора мгновенного спектра и, как следствие. расширение частотного диапазона анали зируемых сигналово Указанная цель достигается тем, что в цирфовой анализатор мгновенного спектра, содержащий аналого-циф ровой преобразователь, информационный вход которого является входом анализатора, а выход подключен к пер вому входу первого блока оперативной памяти, генератор тактовых импульсов выход которого соединен с входом делителя частоты, два блока умножения, первые входы которых объединены, а вторые подключены соответственно к первому и второму выходам первого регистра, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами цифрового генератора гармонических-функций, выход блоков умножения через соответственно второй и третий.регистры подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы котоЬых соединены с выходами соответст|венно четвертого и пятого регистров, входы которых подключены к выходам соответственно второго и третьего блоков оператив юй памяти, выходы пе вого и второго сумматоров соединены с входами соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти через шестой и седьмой регистры соответственно, введен третий сумматор и восьмой регистр, вход которого сое динен с выходом третьего сумматора, а выход подключен к первому входу блоков умножения, вход третьего сумматора соединен с выходом соответственно первого блока оперативной памя ти и аналого-цифрового преобразователя, управляюций вход которого объе динен с управляющими входами первого блока оперативной памяти и восьмого регистра и подключен к выходу делите ля частоты, управляющие входы всех регистров, кроме восьмого, объединены с управляющими входами цифрового генератора гармонических функций,вто рого и третьего блоков оперативной памяти и подключены к выходу генера ра импульсов. На чертеже представлена структурная схема цифрового анализатора мгно венного спектра. Анализатор содержит АЦП 1, на вхо которого поступает исследуемый сигнал f(t), первый БОП 2 для хранения дискретных отсчетов исследуемого участка реализации, первый сумматор 3, первый регистр 4, цифровой генератор 5 гармонических функций, второй регистр 6, блоки 7 и 8 умножения, третий и четвертый регистры 9 и 10, второй и третий сумматоры 11 и 12, пятый и шестой регистры 13 и Ц, второй и третий блоки 15 и 16 оперативной памяти, седьмой и восьмой регистры 17 и 18, генератор 19 импульсов и делитель 20 частоты. Вместо АЦП 1 может быть использован любой источник цифровых кодов, обеспечивающий подачу отсчетов исследуемого сигнала, например, от ЭВМ. Устройство работает следующим образом. Анализатор спектра реализует следующий алгоритм (при условии, что t Fc:j,(P) 0 и q N f (q-N) 0) : FCV(P) Fc.(P)4l ) - f(q-N), . Генератор 19 тактовых импульсов и делитель 2t) частоты управляют работой операционных блоков анализатора таким образом, что смена информации в преобразователе 1, первом блоке 2, первом сумматоре 3 и первом регистре происходит в Р раз реже, чем в остальных блоках анализатора, где Р - число определяемых гармоник мгновенного спектра: Разрядность БОП 2 соответствует разрядности преобразователя 1, а число ячеек равно N. С приходом каждого запускающего импульса с выхода делителя 20 частоты происходит запись приращения отсчета Afn f(q) - f(q-N) в регистр k, в блок 2 записывается значение отсчета f(q) и на его выходе появляется значение отсчета f() - А. Преобразователь 1 вырабатывает код нового отсчета f(q+1) В и подает его на вход блока 2 и первый вход сумматора 3 второй вход которого с выхода блока 2 подано значение А. Сумматор 3 производит вычитание В - А и результат Afc подает на информационный вход регистра Л. В таком состоянии блоки t- остаются до прихода следующего импульса с делителя 20 частоты, который записывает в регистр , и производятся вновь выше перечисленные операции. Разрядность сумматора 3 и соответственно регистра должна быть на один разряд больше разрядности АЦП 1. Выход регистра подан на первые входы блоков 7 и 8 умножения, на вто рые входы которых с выходов второго регистра 6 последовательно во времени поступают значения весовых коэффи циентов W cos Pq - jsin Pq Cp - . Эти коэффициенты выраба -г jq-r---т,тывает цифровой генератор 5 гармони че ких функций и подает на информационные входы регистра 6. Причем с помощью генератора 19 тактовых импульсов работа схемы синхронизирована таким образом,что с приходом каждого тактового импульса в регистр 6 записываются значения Ср и Sp, а генератор 5 начинает вырабатывать следующую пару коэффициентов - Ср4- и Sp Введенные разделительные регистры выполняют функции сверхоперативных запоминающих устройств. С выходов блоков 7 и 8 умножения произведения AfqCp и ufqSp поступают соответственно на информационные вхо ды регистров 9 и 10, запись в которы производится следующим тактовым импульсом. Выходы-регистров 9 и 10 соединены соответственно с первыми входа ми сумматоров 11 и 12, на вторые входы которых поданы соответственно выходы регистров 17 и 18, в которых записаны соответствующие значения дей ствительной ReFq(P) и мнимой (Р) составляющих спектра, полученных на предыдущем шаге скольжения. Суммирование в сумматорах 11 и 12 производится с учетом масштабного множителя 1/N, а так же как N 2, где п - целое, то учет этого масштабного множителя осуществляется весьма просто путем соответствующего сдвига на п разрядов. На выходе сумматора 11 получается сумма ReFq(P) ) Р ° дается на информационный вход регист ра 13. С выхода сумматора 12 алгебра ическая сумма ,(P) 3tnFq,.(P) - йгД fq,Sp подается на информационный вход регистра 14. Запись в регистры 13 и 14 производится следующим тактовым импульсом. С выходов регистров 13 и 14 значения отсчетов мгновенного спектра ReFc,(P) (P) поступают на выход анализатора и одновременно на информационные входы соответственно блоков 15 и 16. Следующим тактовым импульсом в ре гистры 17 и 18с выходов блоков 15 и 16 записываются соответственно значения ReFcv--,(P ) иЗ Fq,(P + 2). Число ячеек памяти в каждом из блоков 15 и 16 оперативной памяти равно Р - 2. Следует иметь в виду, что в тот момент времени, когда на выход анализатора поданы отсчеты гармоники с номером Р {записанные в регистрах 13 и t4), на выходах регистров 9, Ю, 1 и 18 установлены операнды, соответствующие номеру гармоники р+1, на выходах регистра 7, блоков 15 и 16 устанавливаются операнды, соответствующие номеру гармоники Р+2 и, наконец, цифровой генератор 5 гармонических функций готовит в этот момент весовые коэффициенты, соответствующие номеру гармоники р+3. Блоки арифметических устройств .(сумматоры и умножители) могут быть выполнены, например, в виде нетактируемых комбинационных схем на потенциальных элементах и не требуют синхронизирующих тактовых импульсов. Блоки оперативной памяти могут быть собраны из цепочек сдвигающих регистров. Формула изобретения Цифровой анализатор мгновенного спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является входом анализатора, а выход подключен к первому входу первого блока оперативной памяти, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, два блока умножения, первые входы которых объединены, а вторые подключены соответственно к первому и второму выходам первого регистра, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами цифрового генератора гармони функций, выходы блоков умножения через соответственно второй и третий регистры подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответственно четвертого и пятого регистров, входы которых подключены к выходам соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти, выходы первого и второго сумматоров соединены с входами соответственно второго и третьего блоков оперативной памо-ти через шестой и се цьмой регистры соответственно, отличаю793

щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен третий сумматор и восьмой регистр, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключей к первому входу блоков умножения, вход третьего сумматора соединен с выходом соответственно первого блока оперативной памяти и аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого объединен с управляющи|ми входами первого блока оперативной памяти и восьмого регистра и подключен к выходу делителя частоты, управ98

ляющие входы всех регистров, кроме восьмого, объединены с управляющими входами цифрового генератора гармонических функций, второго и третьег блоков оперативной памяти и подключены к выходу генератора тактовых ипульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент США № 3778606, кл. 235-156, опублик. 1973.

2.Цифровой анализатор спектра SoEartron 1510, Т„0. 1978, с. «-25 (прототип).