Анализатор спектра уолша

)5 0 06 Р 15/332 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР) АТЕНТН ПИ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТО У СВИДЕТЕЛЬСТ нкции телей руппу ентов счетнои и испол сигна ОО С) Циеолш пектра Уолша (фиг и-разрядный двоич й - размер преобраз которого является та изатора, и гоуппу и ход -Го О = 1, ч) инте информационным вы ва ра- хо 1(56) Авторское свидетельство СССРМ 1444817, кл. 6 06 Г 15/332, 1987,Авторское свидетельство СССРВ 4363241, кл. О 06 Р 15/332, 1985,(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА УОЛША(57) Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может бытьиспользовано для спектрального анализасигналов в базисе функций Уолша. Цельюизобретения является повышение быстродействия анализатора спектра. Поставленная цель достигается сокращением зобретение относится к вычислитель- измерительной технике и может быть ьзовано для спектрального анализа лов в базисе функций Уолша.елью изобретения является повышеыстродействия анализатора спектра На фиг, 1 предсма анализатора спфункциональная схкций Уолша для трсчетчика.Анализатор свключает в себясчетчик 1 (й = 2",ния), счетный входвцм входом аналинтеграторов 2, вцтора является 1-ым велена структурная схектра Уолша; на фиг, 2 - ма формирователя фунехразрядного двоичного необходимого числа операций. Анализатор спектра Уолша содержит и-разрядный дво. ичный счетчик, группу из Й интеграторов, формирователь функций Уолша, две группы из М преобразователей прямого кора в дополнительный, группу из Й вычитателей, группу из М элементов задержки. Повышение быстродействия анализатора спектра Уолша при обеспечении возможности спектрального анализа во "временном окне" достигается исключением числа операций умножения, обусловленных необходимостью умножения текущего отсчета временного процесса на соответствующее значение функций Уолша при реализации . рекуррентного алгоритма вычисления коэффициентов Уолша, 2 ил,Ъ дом анализатора, Формирователь фу Уолша 3, две группы из й преобразова прямого кода в дополнительный 4, 5, г из й вычитателей 6, группу из и элем задержки 7,в-выходов в-разрядного чика 1 соединены с соответствующими и- входами формирователя функций Уолша 3, 1-ый выход которого соединен с управляющими входами -ых преобразователей прямого кода в дополнительный первой 4 и второй 5 групп являются информационным входом анализатора спектра Уолша, выход 1-го (1 = 1, Ы) преобразователя прямого кода в дополнительный первой группы 4 соединен с первым информационным входом-го вычитателя группы 6, ко второму информационному входу каждого из которых через соответствующий 1-ый (1 = 1, й) элемент задержки группы 7 подключен выход 1-го преобразователя прямого кода в дополнительный второй группы 5, выход 1-го вычитателя группы 6 соединен с информационным входом 1-го интегратора группы 2, тактовый вход анализатора соединен с тактовыми входами всех преобразователей прямого кода в дополнительный первой 4 и второй 5 групп, элементов задержки группы 7, вычитателей группы 6, и интеграторов группы 2,Пример реализации формирователя функций Уолша (ФФУ) для трехразрядного двоичного счетчика показан на (фиг, 2), Он имеет три входа (входы 8, 9, 10), восемь выходов (т.к, т = 3, 2 = 8), выходы (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), а также включает в себя пять элементов исключающее "ИЛИ" (элементы 19, 20, 21, 22, 23), На каждом из выходов ФФУ имеют место соответствующие функции Уолша, которые описаны в литературе (Гоноровский И.С, "Радиотехнические цепи и сигналы", "Радио и связь", 1986, - с, 430, рис.14.9). Первый вход ФФУ (вход 8) соединен с первыми входами элементов 20;21; 22 и является 19-м выходом ФФУ, Второй вход ФФУ (вход 9) соединен с первым входом элемента 19 и вторыми входами элементов 20, 21 и является 14-м выходом ФФУ,. Третий вход (вход 10) ФФУ соединен со вторыми входами элементов 21, 22 и является 13-м выходом ФФУ, Выход 12 соединен с корпусом. Выход элемента 19 является 13-м выходом ФФУ. Выход элемента 20 является 15-м выходом ФФЧ. Выход элемента 21 соединен с первым входом элемента 22, выход которого является 16-м выходом ФФУ, Выход элемента 22, выход которого является 16-м выходом ФФУ, Выход элемента 23 является 17-м выходом ФФУ,:Для практической реализации предлагаемого устройства могут быть рекомендованы следующие известные схемные решения и элементная база; счетчик 1 может быть реализован на микросхеме серии 155; формирователь функций Уолша 3 может быть реализован на элементах "исключающее ИЛИ", например, на микросхемах К 155 ЛП 5, К 555 ЛП 5; интеграторы 2 могут быть реализованы в виде накапливающих сумматоров по известной схеме; преобразователи 4, 5 могут быть реализованы на микросхеме К 155 ИПЗ вычитатели 6 могут быть реализованы на сумматорах, например, К 555 ИМЗ, К 555 ИМ 6; элементы задержки 7 можно реализовать на регистрах сдвига,Работа предлагаемого анализатора спектра основана на реализации преобразования Уолша исследуемого сигнала О(т) с помощью аналогоцифровой техники по следующим рекуррентным формулам Л(п. 1 =- Р/(и, 1(-1)О(к) а а(и, М)- - О(М-) в а(п, И)где Ю(п, к) - спектральный коэффициент Уолша;О(к) - временной процесс;йъ(п, М) - значение функций Уолша;1 в размер временной выборки:и - номер спектрального коэффициентаУолша;1 - номер временной выборки,В основу формирования функций Уолшаположено известное соотношение, для любого К =2:пза ( м 01=П 0) )фк=120 где гк(О) - функция Радемахера,К - номер функции Радемахера;й = 2 - размер преобразования;щ - число функций Радемахера.Из равенства (1) следует, что функцииУолша могут быть сформированы следующим образом:генерируют все гп-сигналов Радемахера;осуществляют суммирование по "моду лю два" всех функций Радемахера в соответ.- ствии с правилом формирования функций Уолша.В исходном состоянии счетчик 1, интеграторы 2, блоки преобразователей 4,5, блок вычитателей 6, блок задержки 7 - обнулены.Анализатор спектра Уолша работаетследующим образом,Исследуемый дискретный сигнал Х(т)поступает на информационный вход анали- .40 затора. Одновременно с этим на тактовыйвход счетчика 1 поступают тактовые импульсы; причем период следования тактовых импульсов Т, равен периоду дискретизации входного сигнала Тд(Тп = Тд), Двоичный счет чик 1 при этом вырабатывает щ-сигналовРадемахера, который поступают на соответствующие в-входов формирователя функций Уолша 3. С выхода ФФУ дискретные значения функций Уолша поступают на вто рые входы соответствующего преобразователя первого блока преобразователей 4 и на вторые входы соответствующего преобразователя второго блока преобразователей 5, В 1-м преобразователе первого блока пре образователей 4 цифровой код, соответствующий амплитуде М-й пришедшей дискреты исследуемого сигнала преобразуется.в дополнительный код, если значение М-й выборки 1-ой функции Уолша отрицательно (логическая "1") и остается в прямом1809447 6 20 25 30 35 40 коде, если значение М-ой выборки 1-ой функции Уолша положительно(логический "0"). В 1-ом преобразователе второго блока преобразователей 5 цифровой код, соответствую. щий амплитуде 1-й. пришедшей дискреты исследуемого сигнала Х(1) преобразуется в дополнительный код, если значение 1-ой выборки 1-ой функции Уолша положительно (логический "0") и остается в прямом коде, если значение К-ой выборки 1-ой функции Уолша отрицательно (логическая "1"). С вы- хода 1;го преобразователя первого бока преобразователей 4 значение, соответствующее амплитуде 1-ой дискреты, поступает на первый вход 1-го вычитателя блока вычитателей 6, на второй вход которого поступает значение (1-1)-ой (где 1 - размер временного окна) дискреты с выхода 1-го преобразователя второго блока преобразователей 5, задержанной на 1 тактов в 1-ом элементе задержки блока задержки 7. На 1-ом выходе блока вычитателей 6 получим разность 0 йЪ(и, 1 - О(И)йъ(и, И), где 1,Т - размер временного окна,С выхода 1-го вычитателя полученноезначение поступает на вход 1-го интеграторагруппы интеграторов 2. На выходе 1-го интегратора получаем значение соответствующее 1-му спектральному коэффициентуУолша, Работа схемы тактируется импульсами, поступающими на тактовый вход устройства,По сравнению с прототипом предлагаемый анализатор спектра Уолша обладаетзначительно более высоким быстродействием, Очевидно, что исключение умножениятекущего отсчета временного процесса 0(т)на соответствующее значение функций Уолша уменьшило общее число операций. Таким . образом, быстродействиепредлагаемого анализатора спектра Уолша фактически определяется быстродействием операции суммирования и при современной элементной базе составляет величину порядка 30 - 50 нС,5 Формула изобретенияАнализатор спектра Уолша, содеожащий пз-разрядный двоичный счетчик( й = 2 ч - размер преобразования), счетный вход которого является тактовым входом анали затора, и группу из й интеграторов, выход. 1-го (1 = ГЙ) интегратора является 1-м информационным выходом анализатора, о т л и ча ю щ и й с я тем, что. с целью повышения быстродействия, в него введены формиро вательфункций Уолша, две группы иэ й преобразователей прямого кода .в дополнительный, группу из М вычитателей, группу из Й элементов задержки, в выходов е-разрядного двоичного счетчика соединены с соответствующими е-входами формирователя функций Уолша, 1-й выход которого соединен с управляющими входами 1-х преобразователей прямого кода в дополнительный . первой и второй групп,информационные входы каждого из преобразователей прямого кода в дополнительный первой и второй групп являются информационным входом анализатора спектра Уолша, выход 1-го (1 = 1, В) преобразователя прямого кода в дополнительный первой группы соединен с первым информационным входом 1-го вычитателя группы, к второму информационному входу каждого из которых через соответствующий 1-й (1 = 1, Й) элемент задержки группы подключен выход 1-го преобразователя прямого кода в дополнительный второй группы, выход 1-го вычитателя группы соединен с информационным входом 1-го интегратора группы, тактовый вход анализатора соединен с тактовыми входами всех преобразователей прямого кода в дополнительный первой и второй групп элементов задержки группы, вычитателей группы и интеграторов группы,1809447 Составитель В, БегмТехред У,Моргентал Ред Подписн эобретенияйи открыли -35, Раушская наб 4/5 комбинат "Патент", г. Уж при ГКНТ СС город, ул. Гагарина,Заказ 1287 ТиражВНИИПИ Государственного комитета и113035, МоскваПроизводственно-издательск Корректор С, Лисина