Анализатор спектра

 

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий блоки памяти , блок постоянной памяти, первый, второй и третий сумматоры, выход аналого-цифрбвого преобразователя подключен к входу первого блока памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к вы ходу первого бл,рка памяти, а вход аналого-цифрового преобразователяявляется входом анализатора, о т личающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, он содержит комму ,татор и блок суммирования, выход которого соединен с входом коммутатора , первый выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого является первым выходом анализатора и соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход блока постоянной памяти соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого является (Л вторым выходом анализатора и подключен к входу третьего блока памяти, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, причем вход блока суммирования соединен с выходом первого сумматора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

yrso С 06 Г 15/332

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р

° °

° °

МФ (21) 3364426/18-24 (22} 04,12.81 (46) 23.04.83, Бюл. И 15 (72) В.П,Милов, В.Н.Колоникин, В.R.Ãoðáàòîâ, Я.В.Белинский и Ю,Н.Жигулевцев (53) 681.32(088.8) (56) 1, Патент США N 3778606, кл. G 06 F 15/332, 1976.

2.- Авторское свидетельство СССР

11 560232; кл. 6 Об Р 15/332, 1977 (прототип}, (54)(57) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий блоки памяти, блок постоянной памяти, первый, второй и третий сумматоры, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого блока памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого блока памяти, а вход аналого-цифрового преобразователя.

„„Su„„101397О А является входом анализатора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, он содержит коммутатор и блок суммирования, выход ко" торого соединен с входом коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого является первым выходом анализатора и соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход блока постоянной памяти соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого является вторым выходом анализатора и подключен к входу третьего блока памяти, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, причем вход блока суммирования соединен с выходом первого сумматора.

1013970

Изобретение относится к средствам вычислительной техники, предназначено для получения комплексного спектра Фурье по типу скользящей временной выборки в реальном масштабе времени и может использоваться при решении задач первичной обработки управляющих сигналов в бортовой аппаратуре летательного аппарата и других специальных объектов, требующих высокого быстродействия цифровой аппаратуры, малых энергетических затрат и т.п.

Известно устройство для выполнения прямого преобразования Фурье, !

5 осуществляющее вычисление комплексного спектра между вводом отдельных дискретных значений преобразуемого сигнала, Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, три блока памяти, предназначенные для накопления исходных отсчетов и хранения синусной и косинусной компонент спектра, умножитель и сумматор комплексных чисел 1 ).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является анализатор спектра, который вычисляет коэффициенты Фурье на скользящем отрезке времени, обновляя на каждое новое приР нятое, начиуая с N, дискретное значение преобразуемого исходного сигнала спектральное состояние анализируемого ,интервала. Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь АЦП, З5 выход которого соединен с первым входом первого сумматора и с входом первого блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, второй блок памяти, выход ко-40 торого соединен с первым входом второго сумматора, третий блок памяти и блок формирования синусных и косинусных весовых коэффициентов, первый выход которого подключен к первым вхо- 45 дам первого и второго умножителей, а второй подключен к первым входам тре" тьего и четвертого умножителей, вторые, входы первого и третьего умножителей, а также второго и четвертого соеди- 50 нены между собой, а выходы второго и третье о, первого и четвертого умножителей соединены с первым и вторым входами третьего и четвертого сумматоров соответственно. Выход пер-55, вого сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подсоединен к второму входу первого умножителя, выход третьего блока памяти подсоединен. к второму входу второго умножителя, а выходы третьего и четвертого сумматоров соединены с входами второго и третьего блоков памяти соответственно (2), Недостатками устройства являются сложность и выполнение двух видов алгоритмического обеспечения дискретного преобразования Фурье 1, ДПФ ), что снижает быстродействие всего устройства.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий блоки памяти, блок постоянной памяти, первый, второй и третий сумматоры, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого блока памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого блока памяти, а вход аналого-цифрового преобразова" теля является входом анализатора, содержит коммутатор и блок суммирования, выход которого соединен,с входом коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого является первым выходом анализатора и соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход блока постоянной памяти соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход которого подключен к первому е входу третьего сумматора, выход ко" торого является вторым выходом анализатора и подключен к входу третьего блока памяти, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, причем вход блока суммирования соединен с выходом первого сумматора.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг, 2 - схема блока суммирования, Устройство состоит из аналогоцифрового преобразователя 1, первого

2, второго 3 и третьего 4 блоков памяти (оперативной), первого 5, второго 6 и третьего 7 сумматоров, блока

8 суммирования, коммутатора 9 и блока 10 постоянной памяти.

Блок 8 суммирования (r. 2) состоит из сумматоров 11-23, причем выход первого сумматора 5 hf соединен гд

3 10139 с. первым и вторым входом сумматора

11, а также с вторыми входами сумматоров 12-15, 18-20, 2Ф-23, выход сумматора 11-соединен с первыми входами сумматоров 12-15, выход сумматора 12 соединен с первыми входами сумматоров

16, 17, 20, выход сумматора 13 соединен с вторыми входами сумматоров 16 и 17, и первыми входами сумматоров

18 и 19, выход сумматора 16 соединен 10 с первым входом сумматора 21, выход сумматора 19 соединен с первым входом сумматора 23, причем выходы сумматоров 21, 17; 22, 23, 20, 15, 14 являются выходами матричного суммато- 15 ра 8.

Анализатор спектра работает следующим образом.

Начиная с первого дискретного зна" чения, сформированного через блок 1 . 20 из сигнала f устройство реализует рекуррентную структуру ДПФ вида

F (п)=,F (и)+дЕехр (-jtu(p+4l), (12

25 е raff(N)-f(0);aa8n/Й1 F+ „/n

Fp(n) - значения комплексных коэффициентов Фурье последующей (р+1)-й выборки и предыдущей р-й вы- З6 борки соответственно, .

N - величина дискретной выборки, определяющей интервал ДПФ

f(N) - значение вновь при- . Зз шедшего дискретного значения в блок 2 оперативной памяти;

f(0) - значение предыдущего цикла из блока. 2 опера- 40 тивной памяти, размернОсть КОтОрой Равна Ц..

70 4 стант алгоритмическое обеспечение имеет вид я„=0f +д62

® = и„+дЕ2

-3 п =m +д&2 i

3 1 а-щ2+ 2 +afz 1 б= +1 2" °

2 Э

Ь= тп +Г2 у.2 = 8 f + п,;2 a f. д=дf+nl 2

2 ьт щ е2 .едf g

- = 2 +а62

1 . ) где m<, е, m - величины, формируемые сумматорами 11"13.

Значения à-m - результаты процедуры вида af -cos и 1 при N 32, n l,? обозначения вида 2 "соответствуют коммутационному сдвигу при соединении с входами сумматоров 11-23.

Исходная дискретная последователь" ность представляет собой действительные числа, откуда в соответствии со свойствами ДПФ для действительной последовательности очевидны указываемые интервалы обработки. ,Комплексные составляющие д&ехр т(-jw(p+1)) Еорммруотсм посредстеом коммутатора 9 иэ значений дЮ. соs 5(i.

Знаки значений Af-сока(р+1) и

nf-э1пю(р+1), а также их коммутационные номера по циклу р, р О,— -1 определяются блоком 10 постоянной памяти. Знаки комплексных значений определены и заложены через процедуры

В исходном положении устройства значения слов в Нем равны нулю.

Одновременно с записью f(N) в блок

2 производится, начиная с N-го номе" ра входного дискретного значения, операция определения значения if в первом сумматоре 5. Результат дГ из пер" + вого сумматора 5 подается в блок 8, выполняющий заложенное в нем алгоритмическое обеспечение, следующее из анализа .матрицы констант рекуррентной процедуры в двоичном представлении. 8 реальном устройстве, например, дгя N 32, 8-разрядном, после

; умножения на 2>, представлении конsign (А1= А/сиЬв(А) 1 А ФО;, 1 р ()=6/д Ьз (5); Ь ФО, где Асоэад(рИ) „

B s nы{р+1).

Вычисление коэффициентов Фурье по Формуле (1) позволяет иметь значительно меньшую ошибку итерационных

1 процедур рекуррентного,.тйпа, чем по известной формуле.

Результаты з1дп {А) Ь т-. Соя4р+1 ) и sing (B) hf, s i n w (p+1 ) с выходОв ком мутатора 9 раздельно подаются на

5 10139 первые входы второго и третьего сум-) матора 6 и 7, на вторые входы которых с выходов третьего и второго блоков 4 и 3 оперативной памятие подаются значения не(F (и)) и 1)))(Р„(п)),$

Блоки 3 и 4 рператив ой памяти имеют размерность — -1. Соответствующие значения на входах сумматоров 6 и 7 алгебраически складываются. В ито)о

re устройство формирует результат цикла работы на выборку ре Гр (л))=йе(Е (n))+aRcosw(p+1)i Р+" LP щ (n))=3m(F (n))-nf sinw(p+1) .

1 P+1 Р

Работа по циклу в осуществляется последовательно, В исходном по« ложении все числа в блоках 3 и 4 обнуляются.

70 6

Для реального и (например, N 32) результат работы устройства 15 комплексных коэффициентов Фурье на выборку формируется на 20 синхротактов, Анализатор спектра позволяет увеличить вычислительную мощность цифровой аппаратуры обработки сложных сигналов в классе задач цифрового динамического спектрального анализа, увеличить ее возможности в плане объема анализируемого состояния в реальном масштабе времени, Снижение энергозатрат достигается за счет унификации большинства элементов анализатора на основной процедуре .

ДПФ в рекуррентном виде,,что позволяет применить специальные методы прогрессивного проектирования такого вида аппаратурных средств.

Составитель А,Баранов

Редактор А.Шишкина,Техред Ж.Кастелевич Корректор

Заказ 3019/59 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий I13035 Москва, 3-35; Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4