Устройство для поворота вектора

Авторы патента:

G06F7/548 - для нахождения тригонометрических функций; для преобразования координат

Изобретение относится к вычислительной технике и другим областям, связанным с необходимостью преобразования координат сигнала, например в устройствах регулирования фазы. Целью изобретения является упрощение устройства за счет уменьшения количества операций умножения при преобразовании. Поставленная цель достигается введением трех сумматоров и организацией новых связей. Устройство для поворота вектора содержит умножители 1-3, первый сумматор 4, первый вычитатель 5, входы 6, 8, 9, 13, выходы 7, 10, второй сумматор 11, третий сумматор 12, второй вычитатель 14. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУбЛИК (s1)5 6 06 F 7/548

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819412/24 (22) 24,04.90 (46) 23.12.92. Бюл. М 47 (71) Центральный научно-исследовательский институт связи (72) А,М.Боград и Л.Г.Израильсон (56) Патент США % 3878468, кл. 325/320, опубл. 1975.

Патент CLUA N 4028626, кл. 325/324, опубл. 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВОРОТА ВЕКТОРА (57) Изобретение относится к вычислительной технике и другим областям, связанным

„„ЯЦ „„1783524 А1 с необходимостью преобразования координат сигнала, например в устройствах регулирования фазы. Целью изобретения является упрощение устройства за счет уменьшения количества операций умножения при преобразовании. Поставленная цель достигается введением трех сумматоров и организацией новых связей. Устройство для поворота вектора содержит умножители 1-3, первый сумматор 4, первый вычитатель 5, входы 6, 8, 9, 13, выходы

7, 10, второй сумматор 11, третий сумматор

12, второй вычитатель 14. 2 ил.

1783524

Недостатком известного устройства яв- 35 ляется достаточная сложность его технической реализации, Цель изобретения вЂ” упрощение устройства за счет уменьшения количества операций умножения при преобразовании

Устройство содержит три умножителя, первый сумматор, первый вычитатель, причем вход значения первой координаты вектора устройства соединен с входом первого сомножителя первого умножителя, выход которого соединен с входом первого слагаемого первого сумматора, выход которого соединен с выходом первой координаты вектора устройства, вход значения синуса фазы вектора которого соединен с входом первого сомножителя второго умнох<ителя.

Вход значения косинуса фазы вектора устройства соединен с входом первого сомножителя третьего умножения, выходы второго и третьего умножителей соединены с входом вычитаемого первого вычитателя и входом второго слагаемого первого сумматора соответственно. Выход первого вычитателя соединен с выходом значения второй координаты вектора устройства, В устройИзобретение относится. к радиотехнике и другим областям, связанным с необходимость о преобразования координат сигнала, например, в устройствах регулирования фазы сигнала. Оно предназначено для формирования цифровых сигналов с требуемой фазой.

Известное устройство, содер>кащее четыре перемножителя и два сумматора, не обеспечивает достаточно высокую точность вычисления координат из-за низкой разрядности регулируемых сигналов, обусловленной большим количеством операций умножения.

Цифровой фазовращатель, являющийся прототипом, структурная схема которого приведена на фиг.1, содержит первый и второй перемножители 2 и 3, первые входы которых являются первым входом 1 устройства, Первые входы третьего и четвертого перемножителей 5 и 6 явля ются вторым входом 4 устройства, Вторые входы второго и третьего перемножителей 3 и 5 являются четвертым входом 8 устройства, вторые входы первого 2 и четвертого 6 перемножителей являются третьим входом 7 устройства.

Выходы первого и третьего перемножителей 2 и 5 соединены с соответствующими входами сумматора 9, выход которого является первым выходом устройства. Выходы второго 3 и четвертого 6 перемножителей соединены " соответствующими входами вычитэтеля 11, выход которого является вторым выходом 12 устройства.

25 ство дополнительно введены два сумматора и второй вычитатель, причем вход значения первой координаты вектора устройства соединен с входом первого слагаемого второго сумматора и входом уменьшаемого второго вычитателя, входы значений синуса и косинуса фазы вектора устройства соединены с входами соответственно первого и второго слагаемых третьего сумматора. Вход значения второй координаты вектора устройства соединен с входом вычитаемого второго вычитателя и входом второго слагаемого второго сумматора, выход которого соединен с входом второго сомножителя, третьего умножителя, выход первого умножителя соединен с входом уменьшаемого первого вычитателя. Выходы третьего сумматора и второго вычитателя соединены с входами вторых сомножителей соответственно первого и второго умножителей.

На фиг.2 представлена структурная электрическая схема устройства для поворота вектора, содержащего три умножителя

1, 2 и 3, первый сумматор 4, первый вычитатель 5, причем вход 6 значения первой координаты вектора устройства соединен с входом первого сомножителя первого умножителя 1, выход которого соединен с входом первого слагаемого первого сумматора 4, выход которого соединен с выходом 7 первой координаты вектора устройства, вход 8 значения синуса фазы вектора которого соединен с входом первого сомно>кителя второго умножителя 2. Вход 9 значения косинуса фазы вектора устройства соединен с входом первого сомножителя третьего умно>кителя 3, выходы второго и третьего умножителей 2 и 3 соединены с входом вычитаемого первого вычитателя 5 и входом второго слагаемого первого сумматора 4 соответственно, выход первого вычитателя 5 соединен с выходом значения второй координаты вектора устройства

Кроме того устройство для поворота вектора содержит два сумматора 11 и 12 и второй вычитатель 13, причем вход 6 знэчения первой координаты вектора устройства соединен с входом первого слагаемого второго сумматора 11 и входом уменьшаемого второго вычитателя 14, входы значений синуса и косинуса фазы вектора устройства соединены с входами соответственно первого и второго слагаемых третьего сумматора 12. Вход значения второй координаты 13 вектора устройства соединен с входом вычитаемого второго вычитателя 14 и входом второго слагаемого второго сумматора 11, выход которого соединен с входом второго сомножителя третьего умножителя 3, выход первого умножителя 1 соединен с входом

1783524 уменьшаемого первого вычитателя 5, выходы третьего сумматора 12 и второго вычитателя 14.соединены с входами вторых сомножителей соответственно первого и второго умножителей 1 и 2. 5

Устройство для поворота вектора работает следующим образом. Сигналы, посту. пающие на входы 6, 13, 9 и 8 устройства: (см,фиг.2), также как и сигналы, поступающие на входы 1,4,7 и 8 устройства-прототи- 10 па (см.фиг.1), представлены в виде многоразрядных чисел.

В устройстве-прототипе координатыпреобразованного сигнала на выходах 10 и

12 (фиг.1) формируются по известному из 15 аналитической геометрии правилу преобразования координат вектора:

M(nT)=a(nT)cos <р (nT)+b (nT) sin р(пТ)

N(nT)=a(nT) з!и р(пТ) вЂ” b(nT) cos р(пТ) (1) где a(nT), b(nT) вЂ” координаты исходного сиг- 20 . нала;

p (flT) угол, на который осуществляется поворот вектора;

Т вЂ” период поступления сигналов на входы устройства; 25 п вЂ” порядковый номер сигналов, поступающих на входы устройства, Как следует из формул (1) для формирования координат сигналов M(nT) и N(nT) не-. обходимо выполнить 4 операции 30 умножения и две операции алгебраического сложения. Известно, что время выполнения операции умножения многоразрядных чисел существенно больше времени суммирования таких же чисел. В предлагаемом 35 устройстве использован алгоритм преобразования координат вектора, позволяющий на 25 / уменьшить количество операций умножения.

Г!реобразуем выражение(1) следующим 40 образом

М(пТ)=а(пТ)(соз р (пТ)+

+з1n p (пТ)) вЂ” sin р (n T)(a(nТ) вЂ” Ь(пТ))

И(пТ)=а(пТ)(соз ф (пТ)+ +sin р(пТ))-соз фпТ) (a(nT)+b (nT)) (2)

Сравнивая (1) и (2) видим, что для формирования сигналов М(пТ) и N(nT) в соответствии с выражением (2) требуется на 25Д меньше количества операций умножения по 50 сравнению с формированием этих же сигналов в соответствии с выражением (1). Идентичность результатов в. (1) и (2) легко подтверждается путем раскрытия скобок в (2). 55

Структурная схема устройства (см.фиг.2) позволяет реализовать выражения (2). Нэ первом 7 и втором 10 выходах устройства формируются координаты сигналов М(пТ) и И(пТ) соответственно, согласно выражению (2).

Целесообразность. и предпочтительность предлагаемого устройства для поворота вектора можно проиллюстрировать .следующими примерами.

В случае, если устройство для поворота вектора реализовано аппаратурным образом, то умножители 1,Я, 3 можно реализовать аналогично тому, как зто описано в книге Л,Рабинер, Б.Гоулд, Теория и применение цифровой обработки сигналов. Мир, М.: 1978, с.568 вЂ” 580. Тогда время, необходимое для осуществления одной операции умножения, определяется по формулам (8.12) или (8.13) указанной книги, оно существенно зависит от количества разрядов, аппроксимирующих соответствующие сигналы (увеличивается при увеличении количества разрядов) и значительно превышает время, необходимое для выполнения операции суммирования.

В случае, если и редлагаемое устройство выполнено на программных принципах, например с использованием микропроцессоров, то в соответствии с данными, приведенными в книге Ю-Чжен ЛЮ, Г,Гибсон. Микропроцессоры семейства

8086/8088. M. Радио и связь, 1987, с.52 вЂ” 54, для реализации одной операции умножения требуется от 70 до 160 элементарных операций, а для реализации одного суммирования требуется от 3 до 17 элементарных операций в зависимости от количества разрядных чисел, отображающих сигналы на входах со-. ответствующего устройства.

Следовательно, посредством устройства для поворота вектора можно уменьшить время, необходимое для формирования сигналов M(nT) и М(пТ), или, сохранив время формирования этих сигналов, увеличить разрядность чисел, отображающих сигналы нэ входах 6, 13, 9 и 8, что естественно обес- . печивает повышение точности изменения фазы.

Формула изобретения

Устройство для поворота вектора, содержащее три умножителя, первый сумматор, первый вычитатель, причем вход значения первой координаты вектора устройства соединен с входом первого сомножителя первого умножителя, выход которого соединен с входом первого слагаемого первого сумматора, выход которого соединен с выходом первой координаты вектора устройства, вход значения синуса фазы вектора которого соединен с входом первого сомножителя второго умножителя, вход значения косинуса фазы вектора устройства соединен с входом первого сомно1783524

Составитель А,Боград

Техред M.Ìoðãåíòàë КоРРектоР Л,Лукач

Редактор

Заказ 4517 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101 жителя третьего умножителя, выходы второго и третьего умножителей соединены с вхо.дом вычитаемого первого вычитателя и входом второго слагаемого первого сумматора соответственно, выход первого вычи- 5 тателя соединен с выходом значения второй координаты вектора устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства за счет уменьшения количества операций умножения при преобразовании, 10 в него введены два сумматора и второй вычитатель, причем вход значения первой координаты вектора устройства соединей с входом первого слагаемого второго сумматора и входом уменьшаемого второго вычи- 15 тателя, входы значений синуса и косинуса фазы вектора устройства соединены с входами соответственно первого и второго слагаемых третьего сумматора, вход значения второй координаты вектора устройства соединен с входом вычитаемого второго вычитателя и входом второго слагаемого второго сумматора, выход которого соединен с входом второго сомножителя третьего умножителя, выход первого умножителя соединен с входом уменьшаемого первого вычитателя, выходы третьего сумматора второго вычитателя соединены с входами вторых сомножителей соответственно первого и второго умножителей.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствах для вычисления трансцедентных функций в цифровых моделирующих, управляющих и вычислительных системах как общего, так и специального назначения

Преобразователь кода азимута // 1755276

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в устройствах отображения информации метеорадиолокатора в качестве преобразователя двоичного усеченного 25 кода азимута антенны в число-импульсный код (сигналы нулевого азимута и единичного приращения азимута) и азимутальные импульсы 90°, 45°, 30°, 10° и 5°

Устройство для вычисления функции арктангенса отношения // 1751750

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при построении цифровых вычислительных машин специального назначения , в частности для вычисления спектра фаз по комплексным коэффициентам Фурье

Устройство для преобразования координат // 1746380

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных средствах, информационно-измерительных системах и в радиоэлектронных устройствах

Преобразователь полярных координат // 1742817

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для формирования кодов прямоугольных координат круговой развертки с программируемыми началом и длиной и кодов прямоугольных координат знакомест символов с программируемыми размерами и может быть использовано при построении функционально ориентированного процессора управления векторным или растровым электронно-лучевым индикатором устройства отображения информации сложной информационной системы типа метеорадиолокатора

Преобразователь координат // 1742816

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в геодезических трилатерационных системах для преобразования пространственных координат и является усовершенствованием устройства по авт.св

Устройство для вычисления гиперболических функций у = @ и у = с @ // 1735845

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для выполнения математи-ческих операций в двоичном представлении , и может быть применено в качестве спецпроцессора в комплексе с .вычислительной машиной для оперативного вычисления гиперболических функций у shx и z

Устройство для вычисления тангенса // 1734091

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в телеметрических информационно-измерительных системах и вычислительно-управляющих комплексах

Устройство для вычисления функций @ @ @ @ и @ @ @ @ // 1732342

Вычислительное устройство // 1689947

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислителях

Адаптивное устройство вычисления прямых тригонометрических функций // 2326427

Изобретение относится к автоматике и информационно-вычислительной технике и может быть использовано для расчета прямых тригонометрических функций

Устройство для преобразования координат // 2007749

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам преобразования координат, и может быть использовано в специализированных вычислителях при преобразовании адресов телевизионного дисплея

Устройство для вычисления быстрых геометрических преобразований // 2020557

Изобретение относится к вычислительной технике, системам технического зрения, тренажерам различного назначения, а также может быть использовано в телевизионной технике

Устройство для вычисления матрицы направляющих косинусов // 2037192

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании динамики и управления полетами летательных аппаратов

Преобразователь координат // 1784976

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в геодезических системах для преобразования пространственных координат

Устройство для вычисления функций синуса и косинуса // 1827673

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для выполнения математических операций в двоичном представлении, и может быть применено в качестве спецпроцессора в комплексе с вычислительной машиной для оперативного вычисления функций у sin x; z cos x

Устройство обработки информации комплексной измерительной системы // 1837283

Нейровычислитель // 2553098

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании бесплатформенных инерциальных систем, входящих с состав систем автоматического управления высокоманевренными судами, объектами авиационной техники, изделиями ракетно-космической техники и космическими аппаратами в частности, а также мобильными робототехническими комплексами, особенностью которых является обеспечение работоспособности в экстремальных условиях. Техническим результатом является повышение быстродействия матричных вычислений. Устройство содержит блок микропрограммного управления, два блока матричных нейропроцессоров, операционное устройство, матричное запоминающее устройство, источник вторичного электропитания, блок связи, запоминающее устройство санкционированного доступа, датчик внешнего воздействия. 22 з.п. ф-лы, 20 ил.

Устройство для вычисления функции arctg(y/x) // 2595486

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть применено в специализированных ЭВМ, использующих двоичную систему счисления с целочисленным форматом представления исходных данных. Техническим результатом является обеспечение возможности вычисления аргумента комплексных чисел. Устройство содержит блок управления, накопительные сдвиговые регистры, регистр записи, сдвиговые регистры, шифратор, элементы И, сумматоры-вычитатели, логико-коммутационный блок. 2 ил.

Устройство определения углов пространственной ориентации летательного аппарата // 2602342

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано на борту летательного аппарата, а также при моделировании динамики и управлении полетами летательных аппаратов. Технический результат - увеличение точности определения углов пространственной ориентации летательных аппаратов. Устройство определения углов пространственной ориентации летательного аппарата, содержащее блок датчиков угловых скоростей и блок интегрирования матрицы направляющих косинусов, дополнительно включает в себя шесть блоков возведения в квадрат, два умножителя, пять сумматоров, четыре делителя, три устройства извлечения квадратного корня, три инвертора и три блока определения арккосинуса, соединенных между собой таким образом, чтобы по сигналам с блока интегрирования матрицы направляющих косинусов обеспечить определение углов крена, тангажа и рыскания. Для определения углов пространственной ориентации предлагаемое устройство реализует использование максимально возможного числа элементов матрицы направляющих косинусов, в результате чего, выполняя прямые многократные измерения с учетом случайных погрешностей, применяя усреднение полученных значений по N измерениям, уменьшает дисперсию оценки сигнала в N раз. 1 ил.