Анализатор спектра фурье

О П И С А Н И Е тп) 560232ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Реслублик(51) М. Клв 6 06 Г 15/34 Гасударственный комитет Совета Министров СССР ло делам изобретенийи открытий(72) Авторы изобретения В. И. Чайковский, В. Ф. Коваль, В. Я. Краковский и В. С. Пикулин Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ФУРЬЕ Изобретение относится к области вычислительной техники, 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 классификации сигналов и т. п.Известно устройство для выполнения прямого преобразования Фурье и осуществляющее вычисление спектра между вводом отдельных дискретных значений преобразуемого сигнала 11. Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, два блока памяти, предназначенных для накопления и хранения синусной и косинусной компонент спектра, генератор тактовых импуьсов, делитель частоты, два умножителя и два сумматора. Вычисление коэффициентов Фурье с помощью устройства начинается непосредственно после поступления первого отсчета исследуемой реализации, и процедура вычислений равномерно распределена по времени в течение всей длптельпос:и реалпзацпи, прп этом запоминаци обрабатываемых отсчетов не осуществляется.Такое устроь.гво е обеспечивал получения спектральных характерпстпк на скользящем отрезке времени (со скользящим временным окном анализа). Наиболее близким техническим решением кизобретению является анализатор, который после каждой новой выборки дискретного значения преобразуемого сигнала обновляет коэффициенты Фурье. Это устройство содержит аналого-цифровой преобоазователь, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и с входом первого блока памяти, выход которого соединен с вторым входом перво го сумматора, второй блок памяти, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, третий блок памяти п олок формирования синусных п коспнусных весовых коэффициентов, первый выход которого подключен 15 к первым входам первого и второгоумножителей, а второй выход подключен к первым входам третьего и четвертого умножителей. Вторые входы первого и третьего, а также второго и четвертого умножителей соединены между 20 собой, а выходы второго и третьего, первого ичегвертого умножителей соединены с первыми и вторымн входамц третьего п четвертого сумматоров соответственно. Для такого анализатора характерна зависимость вычисляемого 25 спектра ог положения временного интервала,па котором берется исходный сигнал, от начала отсчета.Цель изобретения - расцтпренпе функциональных возможцостей анализатора спектра, 30 позволяющего,вычислять коэффициентыФурье на скользящем отрезке времени с компенсацией от смещения интервала анализа относительно начала отсчета.Это достигается тем, что в пердлагаемоманализаторе выход первого 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 четвертогосумматоров соединены с входами второго итретьего блоков памяти соответственно,На чертеже показан анализатор спектраФурье,Лнализатор содержит аналого-цифровойпреобразователь 1, блоки памяти 2, 3, 4, сумматоры 5, 6, 7, 8, умножители 9, 10, 11, 12,блок 13 формирования синусных и косинусныхкоэффициентов,Анализатор скользящего спектра работаетследующим образом,При поступлении первых У отсчетов вычисление коэффициентов Фурье производится последующей формуле:2 с;Р =де (1)а:огде У - число отсчетов;(У - 1)-го отсчета и до поступления У-го отсчета формируются и записываются в соответствующие яечйки второго и третьего блоков памяти 3 и 4.Одновременно с вычислением коэффициентов Фурье в первом блоке памяти 2 производится последовательная запись обрабатываемых отсчетов 1 о -- ).При поступлении отсчета с номером У исключается влияние нулевого отсчета 1 о и учитывается дополнение отсчетом 1)= Рр+ (Ь - Ь,). (3Для получения спектра последовательности на интервале анализа )необходимо исследуемый участок реализации сместить в начало координат, сдвинув его на величину интерва 2ла дискретизации г = (что соответствуетФсдвигу на один отсчет).Указанная процедура производится на основании теоремы сдвига, в результате чего можно записать) -ЬРРр= Р +(Ь - ,)е . (4)Процедура получения текущего спектра рекуррентна и аналогична для следующего ш;тервала анализа. Выражение (4), записанноев комплексном виде, имеет следующий вид:КеР, = йеРр + (Ь - 1,Ц сов р -5- 11 тРр 1 81 п Р1 тР, = ЯеР + (Ь - 1)1 з 1 п р++ 11 тР 1 созр,МДля получения вещественной и мнимой15 КеРи 1 тР(косинусной и синуоной) составляющих текущего спектра при поступлении очередного отсчета формируется разность (Ь - о) с помощью первого сумматора, после чего полученная разность суммируется на вто ром сумматоре 6 с выдаваемой вторым блоком памяти 3 действительной составляющей спектра Кери подается на первые входы первого и четвертого умножителей 9 и 12, где происходит их умножение на значение весовых коэффициентов (синуса и косинуса), выдаваемых блоком 13.Одновременно с этим каждый отсчет 1 тРРмнимой составляющей спектра, выдаваемый третьим блоком памяти 4 согласно выражениям (5) и (6) умноокается на такие же весовые коэффициенты вторым и третьим умножителями 10 и 11.Получвнные на выходе 1 второго и четвертого умножителей произведения алгебраическц суммируются четвертым сумматором 8, в результате чего на его выходе формируется отсчет текущего спектра РеР, который поступает на первый выход анализатора и одновременно с этим записывается во втором блоке 40 памяти. Лналогично происходит формирование и зались, отсчета 1 тР, который выдается третьим сумматором 7 на второй выход и вход третьего блока памяти 4.Предлагаемый анализатор спектра позволя ет расширить класс задач, решаемых спектральными методами, а также увеличить оперативность определения анализа по сравнению с быстрым преобразованием Фурье в режиме скользящего спектра.50Формула изобретенияЛнализатор спектра Фурье, содержащийаналого-цифровой преобразователь, 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 которого соединен с первым входом второго сумматора, третий блок памяти и блок формирования синусных и косинуоных весовых коэф)фициентов, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго умножителей, а второй подключен к первым560232 Составитель И. ГрибковТехред Е, Хмелева Корректор Л, Денискина Редактор Т. Рыбалова Заказ 1379/12 Изд.501 Тираж 815 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 входам третьего и четвертого умножителей, вторые входы первого и третьего умножителей, а также второго и четвертого соединены между собой, а выходы второго и третьего, первого и четвертого умножителей соединены с первыми и вторыми входами третьего и четвертого сумматоров соответственно, о т л и ч аю 1 ци йо я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в нем выход первого сумматора соединен с вторым, входом второго сумматора, выход которого подсоединен к второму входу первого умножителя, выходтретьего блока памяти подсоединен к второмувходу второго умножителя, а выходы третьегои четвертого сумматоров соединены с входа 5 ми второго и третьего блоков памяти соответственно,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1. Авт. св.446063, кл. б 06 г 15/34, 1974,10 2. Патенг СШЛ3778606, кл. 235 - 156,1973.