Устройство для выполнения преобразования фурье

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах управления виброиспытаниями технических объектов, измерительной технике. радиотехнике и электросвязи для выполнения прямого и обратного преобразований Фурье непрерывных и дискретных , детерминированных и случайных сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выполнения обрат ного преобразования Фурье. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят аналого-цифровой преобразователь 2, генератор тактовых импульсов 3, делитель частоты 4, генератор псевдослучайных чисел 5, счетчик 6, блок тоянной памяти 7, блоки сравнения 8, накапливающие сумматоры-вычитатели 9 и 16, две группы 10 из М блоков сравнения и М сумматоров-вычитателей, коммутатор 12, распределитель импульсов 13, элемент ИЛИ 14 и блок элементов ИЛИ 15. 2 ил. с (f (Л с:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 24027 А1 (51) 4 G 06 F 15/332

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4218953/24-24 (22) 23.02.87 (46) 15.09.88. Бюл. Н - 34 (71) Институт технической кибернетики

АИ БССР (72) В.Е,Куконин, В.И.Петько, П.M.×åãîëèí и И.И.Пинютин (53) 681.32 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 928363, кл. G 06 F 15/332; 1982 °

Авторское свидетельство СССР

И 1177822, кл, 0 06 F 15/332, 1985. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах управления виброиспытаниями технических объектов, измерительной технике, радиотехнике и электросвязи для выполнения прямого и обратного преобразований Фурье непрерывных и дискретных, детерминированных и случайна:х сигналов в реальном масштабе времени, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей эа счет выполнения обратного преобразования Фурье, Поставленная цель достигается эа счет того, что в состав устройства входят аналого-цифровой преобразователь 2, генератор тактовых импульсов 3, делитель частоты 4, генератор псевдослучайных чисел 5, счетчик 6„ блок постоянной памяти 7, блоки сравнения 8, накапливающие сумматоры-вычитатели

9 и 16, две группы 10 иэ М блоков сравнения и И сумматоров-вычитателей, коммутатор 12, распределитель импульсов 13, элемент ИЛИ 14 и блок элементов ИЛИ 15. 2 ил.

1424027

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления виброиспытаниями технических объ5 ект:1в, измерительной технике, радиоте..«ике и электросвязи для выполнения прямого и обратного преобразований

Фурье непрерывных и дискретных, детерминированных и случайных сигналов в реальном масштабе времени.

Пель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет выполнения им обратного преобразования Фурье. 15

Па фиг.1 приведена блок-схема устройства для выполнения преобразования Фурье; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме обратного преобразования 2р

Фурье.

Устройство содержит информационный вход 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2; генератор 3 тактовых импульсов, делитель 4 частоты, гене- 25 ратор 5 псевдослучайных чисел, счетчик б, блок 7 постоянной памяти, блоки 8 сравнения, накапливающие сум(ат". ры-вычитатели 9, две группы 10 блоков сравнения и М сумматоров- 30 ,bIча:тателей, информационные входы 11 для прямого преобразования Фурье, коммутатор 12, распределитель 13 импульсов, элемент ИЛИ 14 и блок элементов ИЛИ 15> накапливающий суммагор-г1ычит,1тeль 16 и выход 17 устройства для обратного преобразования

41урье .

Уст(рс,йс-.во рп(:. гает в двух режи(ах: режиме 1,я".; .. преобразования 40

Фурье и в режиме с1братного преобразо,анпя Фурье.

В режиме прямого преобразования колмутатор 12 устанавливается в ниж.1ее положение (фи1.1), а входной ана- 45 .: оговый сигнал поступает на вход АЦП

2. Такто11ые импул .сы с выхода генератора 3 поступают через делитель 4 с коэффициентом деления 2Г1 (М вЂ” количество определяемых гармоник) на управляющий вход блока 2, на информационном выходе которого формируются цифровые отсчеты входного сигнала, на вход генератора 5 псевдослучайных чисел, на выходе которого формируется поспе 1овательность псевдослучайных чисел g (n), и через счетчик 6 на адресный вход блока 7, на выходах которого формируются последовательности числовых кодов, соответствующих значениям фильтрующих функций

S ;(n) для первой группы 1О блоков и С ;(n) для второй группы 10.

При этом

8 (п) = sin -- ni (2) 2

С„„; (n) = сов -- ni, где N — число отсчетов входного сигции. В обратном случае производится вычитание X(n). После выполнения N тактов выборки значений исследуемого сигнала (цикла преобразования) в М акаплнвающих сумматорах-вычитателях

9 первой группы 1О оказываются запи-. л санными M значений коэффициентоз а;, а в М накапливающих сумматорах-вычитателях 9 второй гууппы 10 — М значе1((é коэффициентов Ь (1( л а = Х Х(п) Е(вап

11 а!

17

--п1— .Ч (и); (31) л N

Ь; = х Х(п) Е cos бп(э

Х. И

-,ni—

Г

; (n) . (4) нала> и — порядковый номер отсчета пс (1,N);

m — порядковый номер фильтрующей функции ш (1,М); а номер коэффициента Фурье, подлежащего определению, Н/2.

Блоки сравнения осуществляют сравнение чисел, поступающих с выходов блока 7 и генератора 5. Если число, поступившее на блок 8 сравнения с блока 7, например, больше числа, поступившего с выхода генератора

5, то на выходе данного блока сравнения формируется код, разрешающий выполнение в соответствующем из М накапливающих сумматоров-вычитателей 9 операции сложения, при невыполнении указанного условия — код, разрешающий выполнение операции вычитания. Значения исследуемого сигнала в момент дискретизации X(n) в виде цифрового кода с выхода блока 2 поступают на информационные входы накапливающих сумматоров-вычитателей 9. При поступлении на управляющий вход сумматоравычитателя 9 кода, разрешающего выполнение сложения, в нем производится сложение x(n) с суммой, накопленной в предшествующие моменты дискретиза4027 блока 7, например, больше числа, поступившего с выхода генератора 5, то на выходе данного блока сравнения формируется код, разрешающий выполне5 ние в соответствующем из М накапливающих сумматоров-вычитателей 9 операции сложения, при невыполнении этого условия — код, разрешающий выполнение операции вычитания (фиг.2д), нулевой уровень означает вычитание, единк 1ный — сложение). Поскольку на инц>ормационные входы сумматоров-вычитателей 9 ничего не подается, то содержимое их не изменяется, а принятые управляющие коды на суммирование или вычитание хранятся в соответствующих регистрах сумматоров-вычитателей 9.

По приходу с распределителя 13 импульсов (фиг.2б) эти коды поочередно

20 считываются из регистров сумматороввычитателей 9 и через элемент ИЛИ !5 (фиг.2е) поступают на управляющий вход сумматора-вычитателя 16. Одновременно со считыванием управляющих кодов из сумматоров-вычитателей 9 поочередно считываются и хранящиеся л л в них коэффициенты а и Ь, которые поступают через блок элементов ИЛИ

14 на информационный вход сумматоравычитателя 16. После выполнения 2М л а =-, X(n)sin--ni

1 .— (5) л

Ь =- X(n)cos--ni, N— N п= (6) В режиме ог ратного преобразования

Фурье коммутатор 12 устанавливается в верхнее положение (фиг.1). В сумматорах-зычитателях 9 первой группы

10 хранятся значения коэффициентов л

Фурье а,, а в сумматорах-вычитателях

9 второй группы 10 — значения коэф1 фициентов Ь, которые были получены при прямом преобразовании Фурье. Сумматор-вычитатель 16 находится в обнуленном состоянии.

Тактовые импульсы с выхода генератора 3 поступают через коммутатор

12 на вход распределителя 13 импульсов, а через делитель 4 частоты с периодом dt (фиг.2а) на входы счетчика 6 и генератора 5 псевдослучайных чисел. На выходе последнего формируется последовательность псевдослучайных чисел ((n), (фиг.2в), а на выходе счетчика 6 формируется код адреса, который поступает, в свою очередь> на адресный вход блока 7. На выходах последнего формируются последовательности числовых кодов, соответствующих значениям синтезирующих функций

8 п) ггля ггервой группы 1О блоков

С ;(n) для второй группы 10, которые так же, кзк и *ильтрующие функции, описываются соотношениями (1) и (2) (на фиг.2г изображены S (n) и C ;(n) для 1-й и 5-й гармоник).

4 2 1

+b F c os--. 1 i-1" (1)

1 (8) 40

Зта сумма считывается из сумматора-вычитателя 16 (фиг.2к) на выход

17 (2М+1)-м импульсом считывания из распределителя 13 импульсов, кроме того, этим же импульcoM сумматор45 вычитатель 16 обнуляется.

142

При равномерном законе распределения P(n) н вых< дной последовательности генератора 5 псевдослучайных чисеп ((n) иа выходах 11 сумматоровнычитателей 9 появляются соответствующие значения коздфициентов дискретного преог.разования Фурье: с коэффициентом доверия, зависящим от времени интервала суммирования (усреднения), так как среднее значение Е, например, для 8 (и) равно

1 $1п--n i-((n) P (n) =-s in--n i . (7) — Г. 2«, 1 1 . 2

N и и тактов в накапливающем сумматоревычитателе 16 (фиг.2ж) оказывается записе.»гой слелук>щая сумма

X(1) = a F $ in--,1 i-< (1) +

i- i с

С приходом следующего импульса с делителя 4 частоты через t (фиг.2а) цикл работы устройства повторяется, а в сумматоре-вычитателе 16 оказывается записанной следующая сумма: (9) и . ° д °

1>локи сравнения по импульсу с де. ите:,я 4 част ты осуществляют сравнение чисел, поступающих с выходов блока 7 и I нератора 5. Если число, псступивщс. н 1 Спок 8 сравнения с

l >

1 Ь

+b Г соя= —, 2 i- (2) N лл 2

X(n)= P a F sin 1 и (n) +

1 N

1" I л г 2 „

+ь F icos — i n-l (ni) х (10) При равномерном законе распределения P(n} в выходной последовательности генератора 5 псевдослучайных чисел

1 (и) выражение для среднего значения

X(n) может быть записано в следующем виде .

X(n) = — > Ia sin--ni+b cos--ni), N N N

l c l (11) с коэффициентом доверия, зависящим от времени интервала суммирования (усреднения), так как среднее значение Е, например, для Б„;(и) равно

5 14

В обшем случае с сумматора-вычитателя 16 считываются на выход 17 следующие суммы:

24027

20 сравнения первой и второн групп, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет вычисления обратного преобразования Фурье, н него введены коммутатор, делитель частоты, распределитель импульсов, блок элементов ИЛИ, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор-вычитатель, выход которого является выходом обратного прсобразонания Фурье устройства, выход аналого-цифрового преобразонателя подключен к перному информационному входу коммутатора, первый выход которого подключен к информационным входам

i-x накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп, вых >д генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу делителя частоты и второму информационному входу коммутатора, управляющий вход которого является входом задания режима работы устройства, второй выход комму25о

2» . 1 . 2

F= 0 (in--ni- (п) ) Р(п) =-sin--ni.

N N N (12) Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Устройстно для выполнения преобразования Фурье, содержащее генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, счетчик, информаци" онный выход которого подключен к ад:.есному вхол блокЯ постоянной памяти, i-e (i=1 И, М вЂ” количество определяемых гармоник) информационные выходы первой и второй группы которого

i одключены к первым вхл дам i-х блоков .равнения соответственно первой и второй групп, выходы которых подклю.ены к входам .выбора режима i-x накаггливающих сумматоров-вычитателей соответственно первой и второй групп, .ыходы которых являются выходами со.:тветственно реальной и мнимой частей 1 и гармоники спектра устройства, информационным входом которого является информационный вход аналогоцифрового преобразователя, а выход .енератора псевдослучайных чисел под::лючен к вторым входам i-X блоков

ЭО

50 татора подключен к тактовому входу распределителя j и (j=

=2К-1, К=1,М) выход которого подключен к тактовому входу )-го накапливающего сумматора-вычитателл первой

1 руппы, 1-й выход (1=2К, К=l,М) распределителя импульсов подключен к тактовому входу 1.-го накапливающего сумматора-вычитателя второй группы, выход делителя частоты подключен к входу синхронизации аналого-цифрового преобразователя, счетному входу счетчика и тактовому входу генератора псевдослучайных чисел, выходы

1-х накапливающих сумматоров-вычита— телей первой и второй групп подключены соответственно к l-ìó и (i+tl)-му нходу блока элементов ИЛИ, выход ко— торс о подключен к информационному входу накапливающего сумматора-вычитателя, вход выбора режима которого подключен к выходу злемента 1НИ, i-й и (1+Я)-й входы которог i полк",þ;ены к выходам ныбог>а ре.и"а 1 †сумматоров-вычитателей cnn-..ветствсп;: первой и второй групп, а (2М+1}-п выход распределителя импульсон одключен к тактовому II;:оду накал.кивающего сумматора-нычитате.".я.

1424027

Составитель А.Баранов

Редакт р . 1.Пчллинская Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишивен Зака 689/5 >

Тираж 704 Подписное

М1И1111И Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, ".1 сква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1. р и .: .. ". †; :л.гр афическое предприятие, r. Ужгор д, ул .. 1р»акти. ., 4