Анализатор спектра

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 17.10. 77 (21) 2534839/18-21с присоединением заявки Мо(51)м, К,з С 01 й 23/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72 Авторы изобретения А, И. Солодовников, А. М, Спиваковский и И- И Канатов Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт, им, В,И, Ульянова (Ленина);(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Изобретение относится к радиоиэмерительной технике, в частностик анализаторам спектра электрических сигналов.Известны анализаторы спектра,содержащие перемножители, генерато-ры базисных Функий и вычислитель 11 .Известные анализаторы позволяютопределять коэффициенты разложениявходного сигнала по заданной базисной 10системе функций и не позволяют определять коэффициенты разложения подругим базисным системам функций,Известны также анализаторы, содержащие блок преобразования входных данных, блоки вычисления кронекеровского произведения, состоящиеиэ ключей, сумматоров и вычитателей,блоки задержки, синхронизации и сброса, блок управления и генератор синхроимпульсов 21.Недостатком известных анализаторов.является ограничение спектральных преобразований входного сигналатолько классом преобразований Уолша. 2Цель Изобретения - расширение класса спектральных преобразований.Указанная цель достигается тем,что анализатор спектра, содержащийблок преобразования входных сигналов, 30 выходы которого подключены ко входам М блоков вычисления кронекеровского произведения, каждый иэ которых состоит иэ двух входный ключей,сумматора и вычитателя, два канала вкаждом блоке вычисления, состоящиеиэ последовательно соединенных блока синхронизации, блока циклической.задержки и блока сброса и переписи,вход первого из которых подключенк выходу сумматора, вход второгоканала подключен к выходу вычитателя, а выходы обоих каналов подключены поочередно к соответствующимвходам .входных ключей блоков вычисления кронекеровского произведения,блок управления, вход которого подслючен к выходу генератора синхроимпульсов, один выход соединен совходом блока преобразования входных сигналов, а другой подключен кгенератору весовых крэффициентовчерез блок задания весовых коэффициентов, дополнительно содержит вкаждом блоке вычисления кронекеровского произведения две пары умножителей , одни входы каждой иэ которых объединены и подключены к выходам входных ключей, а другие входы подключены к выходам генераторавесовых функций, при этом четные и нечетные входы каждой пары такжеобъединены, входы сумматора подключены к выходам нечетных умножителей каждой пары, входы вычитателя подклю чены к выходам четных умножителейкаждой пары, выход сумматора соединСсо входом первого канала, а выходвычитателя соединен с входом второго канала.На чертеже представлена структурная схема анализатора.Он состоит из блока 1 преобразо-вания входных данных, блоков. 2 вычисления кронекеровского произведения, входных ключей 3, сумматора 4;вычитателя 5, блоков 6 синхронизации, блоков 7 циклической задержки, блоков 8 сброса и перезаписи, блока 9 управления, генератора 10 синхро.импульсов, генератора 11 весовыхкоэффициентов, блока 12 задания весовых коэффициентов, умножителей 13.Блок 1 преобразования входныхданных имеет й=2 п выходов, из которых каждый 1-ый соединен со входом-го входного ключа 3 управления. 2%Выходы нечетных блоков 8 сброса иперезаписи соединены поочередно свходами первых й/2 ключей 3 управления, а выходы четных - с входамиостальных й/2 ключей.30Генератор 11 весовых коэффициентов, выполненный в виде многоканального синусно-косинусного функционального преобразователя, обеспечиваетодновременное получение на своих выходах М/2 пар сигналов, разных повеличине соОР и ОпР, которые опреМделяют собой весовые коэффициенты.Каждая пара сигналов соОР,и О 1 пР 1 подается соответственно в к-ый блок 2вычисления кронекеровского произведения на вторые входы умножителей13, Значения углов Рк задаются блоком 12 задания весовых коэффициентов, в качестве которго может бытьиспользован программно-задающий 4блок, в память которого записываются значения выбранных углов РкСмена значений углов ъР, а соответственно и весовых коэффициентов,формируемых генератором 11, производится по командам, подаваемым в блок12 с блока 9 управления. тактовыеимпульсы на блок управления подаются с генератора 10 синхроимпульсов.Со вспомогательных выходов этогогенератора тактовые импульсы поступают также на входные ключи 3 управления и блоки 6-8 и обеспечиваютих синхронную работу.Анализатор спектров работает сле-,дующим образом.Входной сигнал вводится в блок 1преобразования входных данных,гдеон дискретизируется и его отсчетызапоминаются. Управление работойблока 1 осуществляет бпок 9 управлиния. С приходом первого тактового синхроимпульса, формируемого в блоке 10, каждый из входных отсчетов с блока 1 поступает через соответствующий входной ключ 3 управления на первые входы двух смежных умножителей 13. Один из них производит перемножение (взвешивание) входного отсчета на весовой коэффициент, равный значению косинуса .выбранного. угла Р другой - на весовой коэффициент, к. фравный значению синуса того же угла. В каждом блоке 2 входные отсчеты, взвешенные с помощью умножителей 13, попарно суммируются в сумматоре ,4 и вычитаются с, вычитателя 5.Далее взвешенные суммы и разности входных отсчетов через блоки б синхронизации поступают на блоки 7 циклической задержки, где они запоминаются, а с приходом следующего тактового синхроимпульса перезаписываются в блоки 8 и поступают на входы ключей 3 управления для рекурсивной процедуры преобразований. Указан-. ная процедура преобразований входных отсчетов циклически повторяется и раз, в результате чего происходит итеративное вычисление спектра входного сигнала в базисе, который определен заданными весовыми коэффициентами соО Рк и ОпРк. Значения соответствующих спектральных коэффициентов образуются на выходах сумматора 4 и вычитатсля 5 и поступают на выходные зажимы.В предлагаемом анализ:.,торе спектров матрицы-ядра спектрального преобразования определяются введенными в него генератором 11 весовых коэффициентов, блоком 12 и умножителями 13, соединенными указанным выше способом, и принимают вид: со О Ч е О и Р с =42 Ои Ф-СООР Матрица-ядро этого вида так же, как и матрица-ядро преобразования Уолша удовлетворяет условию ортонормированности при любых заданных углах Рк, что создает возможность проводить с помощью предлагаемого устройства спектральный анализ сигналов В широком классе полных систем ортонормированных функций. Задание углов Р на каждой рекурсивной процедуре преобразования входных от;счетов. монет быть различным, что дополнительно расширяет число возможных базисов для спектрального анализа сигналов, Выбор базиса в предлагаемом анализаторе спектров определяется заданием величин углов Рб 0, Например, для получения преобразования в базисе Уолша необходимо задать все углы одинаковыми и равными значению Рк=Ъ/4.Воэможность перестройки базиСов по практически неограниченному их числу выгодно отличает предлагаемый анализатор спектров от известных. Это качество позволяет выбирать для анализа сигналов такой базис, который отвечает заданному требованию, например обеспечивает лучшее выделение сигнала на фоне помех или, например, обеспечивает более высокую разрешающую способность при разделении нескольких сигналов. Благодаря указанному качеству предлагаемый анализатор спектров может быть эффективно использован в таких областях как спектральный анализ случайных процессов, обнаружение сигналов на фоне помех, обработка изображений, распознавание образов. Формула изобретения7".алиэатор спектра, содержащий блок преобразования входных сигналов, выходы которого подключены ко входам й блоков вычисления кронекеровского произведения, каждый иэ которых состоит из двух входных ключей, сумматора и вычитателя,два канала в каждом блоке вычисления, состоящие иэ последовательно соединенных блока синхронизации, блока циклической задержки и блока сброса и переписи, вход первого из которых подключен к выходу сумматора, вход второго канала, подключен к выходу вычитателч, а вых".лы с:.ои к- налов подключены поочер.лно к соответствующим входам входных ключейблоков вычисления кронекеровскогопроизведения, блок управления, входкоторого подключен к выходу гене ратора синхроимпульсов,один выход соединен со входом блока преобразования входных сигналов,а другой подключен к генератору весовых коэффициентов через блок задания весовых 1 коэффициентов, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что,с целью расширения классаспектральных преобразований, он дополнительно содержит в каждом блокевычисления кронекеровского произве дения две пары умножителей, однивыходы каждой иэ которых объединень 1и подключены к выхоцам входных ключей, а другие входы подключены квыходам генератора весовых функций,при этом четные и нечетные входыкаждой пары также объединены, входысумматора подключены к выходам нечетных умножителей каждой пары, входывычитателя подключены к выходам четных умножителей каждой пары, выходсумматора соединен со входом первогоканала, а выход вычитания соединенсо входом второго канала. ИстоЧники информации,Зо принятые во внимание при экспертизе1, Фрэнкс Л. Теория сигналов.М.,1974, с.б 3.2, Патент США Р 3879605,кл. С Об Г 15/34, 1974.Подп омитета ССС й и открыти шская наб.,