Анализатор спектра

(19 06 Г 15/332 Е ИЗОБР УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВ(56) 1, Патент США 11 3778606,кл. 6 06 Р 15/332, 1976.2. Авторское свидетельство СССРй 560232; кл. 6 Об Г 15/332, 1977(54)(57) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий аналого-цифровой преобразователь,первый, второй и третий блоки памяти, блок постоянной памяти, первый,второй и третий сумматоры, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого блока памятии первому входу первого сумматора,второй вход которого подключен к выходу первого блока памяти, а входаналого"цифрового преобразователя является входом анализатора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, он содержит коммутатор и блок суммирования, выход ко"торого соединен с входом коммутатора, первый выход которого подключенк первому входу второго сумматора,выход которого является первым выходом анализатора и соединен с входомвторого блока памяти, выход которо"го подключен к второму входу второгосумматора, выход блока постоянной памяти соединен с управляющим входомкоммутатора, второй выход которогоподключен к первому входу третьегосумматора, выход которого являетсявторым выходом анализатора и подклю.чен к входу третьего блока памяти,выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, причем входблока суммирования соединен с выходом первого сумматора, 1013970Изобретение относится к средствам вычислительной техники предназначено для полуцения комплексногоспектра Фурье по типу скользящейвременной выборки в реальном масштабе времени и может использоватьсяпри решении задач. первичной обработки управляющих сигналов в бортовойаппаратуре летательного аппарата идругих специальных объектов, требующих высокого быстродействия цифровой аппаратуры, малых энергетическихзатрат и т.п.Известно устройство для выполнения прямого преобразования Фурье,15осуществляющее вычисление комплексного спектра между вводом отдельныхдискретных значений преобразуемогосигнала, Это устройство содержитаналого-цифровой преобразователь,три блока памяти, предназначенныедля накопления исходных отсчетов ихранения синусной и косинусной компонент спектра, умножитель и сумматоркомплексных чисел1 .25Наиболее близким техническим решением к изобретению является анализатор спектра, который вычисляет коэффициенты фурье на скользящем отрезкевремени, обновляя на каждое новое приРнятое, нациуая с Й дискретное значение преобразуемого исходного сигналаспектральное состояние анализируемого ,интервала, Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь АЦП,З 5выход которого соединен с первым входом первого сумматора и с входом первого блока памяти, выход которогосоединен с вторым входом первого сум"матора, второй блок памяти, выход ко торого соединен с первым входом второго сумматора, третий блок памяти иблок формирования синусных и косинусных весовых коэффициентов, первыйвыход которого подключен к первым вхо- "45дам первого и второго умножителей,а второй подклюцен к первым входам тре"тьего и четвертого умножителей, вторые, входы первого и третьего умножителей,а также второго и четвертого соеди нены между собой, а выходы второго и третьео первого и четвертого умножителей соединены с первым и вторым входами третьего и четвертого сумматоров соответственно. Выход пер . вого сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подсоединен к второму входу первого умножителя, выход третьего блока памяти подсоединен. к второмувходу второго умножителя, а выходытретьего и четвертого сумматоров соединены с входами второго и третьегоблоков памяти соответственно 2,Недостатками устройства являютсясложность и выполнение двух видов алгоритмического обеспечения дискретного преобразования фурье 1, ДПФ ), чтоснижает быстродействие всего устройства.Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь первый, второй и третий блокипамяти, блок постоянной памяти, первый, второй и третий сумматоры, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого блокапамяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого блока памяти,а вход аналого-цифрового преобразова"теля является входом анализатора, содержит коммутатор и блок суммирования выход которого соединен,с входомкоммутатора, первый выход которогоподключен к первому входу второгосумматора, выход которого являетсяпервым выходом анализатора и соединенс входом второго блока памяти, выход которого подключен к второмувходу второго сумматора, выход блокапостоянной памяти .соединен с управляющим входом коммутатора, второйвыход которого подключен к первомуФвходу третьего сумматора, выход ко"торого является вторым выходом анализатора и подключен к входу третьего блока памяти, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, причемвход блока суммирования соединен с выходом первого сумматора.На фиг. 1 представлено предлага"емое устройство; на фиг, 2 - схемаблока суммирования,Устройство состоит иэ аналогоцифрового преобразователя 1, первого2, второго 3 и третьего ч блоков памяти (оперативной) первого 5, второго 6 и третьего 7 сумматоров, блока8 суммирования, коммутатора 9 и блока 1 О постоянной памяти.Блок 8 суммирования (фиг. 2) состоит из сумматоров 11-23, причем выход первого сумматора 5 61 соединенг Ь)=,Е Сп)+дЕехР -1 В(,Р+1 ф (12 25 е ЬГГ(й)-Г(0) 1 вм 2%пlйр Ф. /и р.Г (и) - значения комплексныхкоэффициентов Фурье последующей (р+1)-й выборки и предыдущей р-й выборки соответственноф.й - величина дискретной выборки, определяющейинтервал ДПФГ(й) - значение вновь при- . Э 5шедшего дискретногозначения в блок 2 оперативной памяти;Г(0) - значение предыдущегоцикла из блока. 2 оперативной памяти, размерность которой равна. И.,гд 3 1 О 139 с первым и вторым входом. сумматора 11, а также с вторыми входами сумматоров 12-15, 18-20, 2 Ф, выход сумматора 11 соединен с первыми входами сумматоров 12"15, выход сумматора 12 соединен с первыми входами сумматоров 16, 17, 20, выход сумматора 13 соединен с вторыми входами сумматоров 16 и 17, и первыми входами сумматоров 18 и 19, выход сумматора 16 соединен 10с первым входом сумматора 21, выход сумматора 19 соединен с первым входом сумматора 23, причем выходы сум" маторов 21, 17; 22, 23, 20, 15, 14 являются выходами матричного суммато ра 8,Анализатор спектраработает следующим образом.Начиная с первого дискретного зна" чения, сформированного через блок 1 . 20 из сигнала Г, устройство реализует Рекуррентную структуру ДПФ вида О 4стант алгоритмическое обеспечение имеет видп 1 =дГ д 62п 1 =В+дай=2 дЫ1х= п е 2 +а 62щ пт - величины р Форми РУемые сумматорами 11 "13.Значения а-е - результаты процедуры вида дГ-сов и при й 32, п 1,7 обозначения вида 2 "соответствуют коммутационному сдвигу при соединении с входами сумматоров 11-23.Исходная дискретная последователь" ность представляет собой действительные числа, откуда в соответствии со свойствами ДПФ для действительной последовательности очевидны указываемые интервалы обработки.,Комплексные составляющие Ьбехра т-и(рт 1)1 еорммруотсм посредстеом коммутатора 9 иэ значений дГ созИ.Знаки значений дГ.соыа(р+1) и ЗГ-э 1 пь(р+1), а также их коммутационные номера по циклу Р РОр -1 определяются блоком 10 постоянной памяти. Знаки комплексных значений определены и заложены через процедурыВ исходном положении устройства значения слов в Немравны нулю.Одновременно с записью Г(й) в блок 2 производится, начиная с й-го номе" ра входного дискретного значения, операция определения значения дГ в первом сумматоре 5. Результат дГ из пер" 5 з вого сумматора 5 подается в блок 8, выполняющий заложенное в нем алгоритмическое обеспечение, следующее из анализа.матрицы констант рекуррентной процедуры в двоичном представлении. В реальном устройстве, например, дгя й 32, 8-разрядном, после ;умножения на 2 фр представлении кон 510 (А)= А 4 МЪВ(А); А ФО;ьйп (Ь)=баЪз (Ь); Ь Фо,где Асоэсд (РФ 1)Вэп Од (р+1),Вычисление коэффициентов фурьепо Формуле (, 1) позволяет иметь значи"тельно меньшую ошибку итерационныхпроцедур рекуррентного,.тйпа, чемпо известной Формуле.РЕэуЛЬтатЫ 5дП (А) од Г. СОя 4 р+11 и 51 пд (В) ЬГ е з 1 п м (р+1 ) с выходов коммутатора 9 раздельно подаются на5 10139 первые входы второго и третьего сум- матора 6 и 7 на вторые входы которых с выходов третьего и второго блоков 4 и 3 оперативной памяти подаются значения йеГ (п) и 1 щГ(п), Блоки 3 и 4 рперативой памяти имеют размерность - -1, Соответствующие значения на входах сумматоров 6 и 7 алгебраически складываются. В итого ге устройство формирует результат цикла работы на выборкуРе ГГ (ь 1=ЙеГГ о 1)+6 созшр 1)1 И+1 Рдщ(нЦ=ЗО 3 Г б ОВИш(+1)1 Р+1Работа по циклу в осуществляется последовательно, В исходном по" ложении все числа в блоках 3 и 4 обнуляются. 70 6Для реального й (например, й 32)результат работы устройства 15 комплексных коэффициентов Фурье на выборку формируется на 20 синхротактов,Анализатор спектра позволяет увеличить вычислительную мощность цифровой аппаратуры обработки сложныхсигналов в классе задач цифровогодинамического спектрального анализа,увеличить ее возможности в планеобъема анализируемого состояния вреальном масштабе времени, Снижениеэнергозатрат достигается за счетунификации большинства элементованализатора на основной процедуреДПФ в рекуррентном виде, что позволяет применить специальные методы прогрессивного проектирования такоговида аппаратурных средств,,Реаетн ре Зака 9 филиал П ная,Составитель А,БарановРедактор А,Шишкина ,Техред Ж.Кастелевич Тираж 704ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и откр 13035, Москва, Ж; Рауаска тент", г, Ужгород, ул. Про Подписноеета СССРтийнаб д. М 5