Цифровой анализатор спектра

(19) (11)С 01 судАРстненный комитет сссрО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ ЕТЕЛЬСТВ ВТОРСИОМУ(21) 3445711 (22) 31.05.8 (46) 30.11,8 (72) И.И.Вол и В.И.Бутыре (71) Куйбыше Красного Зна институт им (53) 621.317 выходы которогоственно с вторыми с входом блокакоэффициентов, ос я тем, что, с ны соот со ходом сумматораыбора весовых 1( 44.С,Агеев ч ающи овьппения быстродейс ордена Тролитехничуйбьппе в а88. 8) ового в него введеныьно соединенныхнных между выходоножения и третьим последователстра, включого блока ум д Р ра,ти и входомход блоблока т ри этом второй в кое свидетельство ССС 1 С 01 К 23/16, 1981. е свидетельство СССР С 01 К 23/00, 1981(прототип),(54)(57) ЦИФРОВОЙ АНА содержащий последоват ные аналого-цифровой тель, первый блок ум блок умножения, блок блок вычисления спек ляющих, а также блок коэффициентов, выходдключен к входу еского умножео блока умножес четвертым номет ход рво кже соединен тадом сумматора.2. Анализатор и ЛИЗАТОР СПЕКТРельно соединенпреобразоваожения, второй 1, о тлинус-,риоо в кос ч а ю щ и и с я тем, ном генераторе блока ческого умножения, со тригоном держащем нные бло акопле ьно сое следоваумноженвыход квходом тр,ральных состав- выбора весовых м подключенный я, сумматор торого соед первый реен с вторымя, а также лока умноже к второму входу первого блока умножения, сумматор, выход которогоподключен к второму входу второгоблока умножения и одновременно квходу блока памяти, выход которогосоединен с первым входом сумматораблок тригонометрического умножения,танои инвертор, у вого регистра лока умножени истра соединевыход которо подключен к в второи регистр вочный вход пе нен с выходом с ход перво входом второг через инверто входу суммато ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИзобретение относится к специаль зированным средствам информационновычислительной техники, предназначенным для исследования частотных свойств случайных процессов.Известны устройства, использующие дискретное преобразование Фурье, содержащие блок постоянной памяти для хранения значений тригонометрических функций, арифметический блок для вычисления коэффициентов Фурье, блок оперативной памяти для накопления сумм, блок сглаживания, блок управления для синхронизации рабаты анализатора при операциях умножения, пересылки, суммирования и выработки адресов считывания базисных функций Ц .Недас.таткам,цанных анализаторов является наличие сложного блока управления, который ограничивает быстродействие анализатора, так как требуется время на вычисление адресов коэффициентов ивызов их из запоминающих устройств,.Наиболее близким па техническойсущности к предлагаемому является циФровой анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блоки умножения, второй вход одного из которых соединен с выходам блока выбора весовых коэффициентов, выход блока умножения соединен с входом блока триганаметричсскога умножения, а выходы последнего подключены соответственно к входу блока выбора весовых коэффициентов и к первому и второму входам сумматора, третий, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходам блока накопления: блока вычисления спектральных составляющих и блока памяти 12.Недостаткам изнестнога анализатора является низкое быстродействие.Цель изобретения - повыщение быстродействия анализатора.Поставленная цель достигается тк что в цифровой анализатор спектра содержащий последанательнс саедине;"1 ные аналога-цифровой преобразователь первый блок умножения нтарай благ умножения, блок накопления и блок вычисления спектральньг;,- ссс ."анляющих, а также блок выбора несонььх коэффициентов, выходом подключенный к второму входу первого блока умнс" жения, сумматор выход которого подклю. 2 б 8922чек к второму входу второго блока умножения и одновременно к входу блокапамяти, выход которого соединен спервым входом сумматора, блок тригонометрического умножения, выходыкоторого соединень: соответственнос вторым входом сумматора и с входом блока выбора весовых коэффициентов, введены два последовательносоединенных регистра, включенныхмежду выходом первого блока умножения и третьим входом сумматора,при этом второй выход блока памятиподключен к входу блока тригоно метрического умножения, а выходпервого блока умножения соединентакже с четвертым вхоцам сумматора.В косинусном генераТоре блокатригонометрического умножения, со О держащем последовательно соединенные блок умножения, сумматор и первый регистр, выход которого соединен с вторым нхадсм блока умножения,а также второй регистр и инвертор, 25 установочный вход первого регистрасоединен с входом блока умножения,выход первого регистра соединен свходом второго, вь;ход которого черезинвертар подключен к второму входу ЗО сумматора.На фиг,1 изображена структурнаясхема предлагаемого анализатора;на фиг,2 - структурная схема блокатригонометрического умножения;на фиг,З - структурная схема косинусного генератора.Цифровой анализатор спектра состоит из аналого-цифровога преобразователя 1, выход которого соединенс первым входом первого блока 2 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 3 выбора неоных коэффициентов, вход последнегосоединен с первым выходом блока 4тригонометрического умножения, второй выход которогс соединен с вторым входом сумматора 5, выход послед.лего соединен с вторым нходом второго блока 6 умножения с входом бло- :З ка 7 памяти, первый выход которогосоединен с первым входом сумматора 5,а второй - с входсм блока 4 тригонометрического умножения, выход блока32 умножения соединен с входом ре гистра 8, четвертым входам сумматора5 и с первым входом блока 6 умножения а также через второй регистр) с третьим входом сумматора 5, 312689выход блока 6 умножения черезблок 10 накопления соединен с входом блока 11 вычисления спектральных составляющих.Блок 4 тригонометрического умножения состоит из двух косинусных генераторов 12 и 13, каждый из которых имеет два установочных входа иодин выход (фиг.2). Установочныевходы косинусных генераторов 12 и 13соединены с выходами блоков 14 и 15задания постоянных кодов, Выход первого косинусного генератора 12 является первым выходом блока 4 тригонометрического умножения, а выход 15второго соединен с входом блока 16умножения, второй вход которого является входом блока 4, а выход - вторымвыходом блока 4 тригонометрическогоумножения. 22Косинусный генератор (фиг. 3)состоит из регистра 17, установочный вход которого, являющийся первымвходом генератора, соединен с первымвходом блока 18 умножения, второйвход которого соединен с выходомрегистра 17, а выход блока 18 умножения соединен с первым входом сумматора 19, выход которого подключенк входу регистра 17, выход последнего 30соединен с входом второго регистра20, установочный вход которого является вторым входом генератора, авыход, являющийся выходом генератора,соединен через инвертор 21 с вторымвходом сумматора 19.Анализатор спектра работает следующим образом.Перед началом работы анализатораблок 7 памяти, блок 10 накопления и 42регистры 8 и 9 обнуляются. С вьжодаАЦП 1 на вход 2 умножения в п-м цикле поступает цифровое слово Х 1, соответствующее и-й выборке в последовательности М выборок входного 45сигнала.В блоке 2 вычисляется произведение 011Х Я, где Ч - и-е значениеи пфвесовой функции, поступающей с выхода блока 3. Взвешенный отсчет 02 50 поступает затем на вход регистров. Последовательно соединенные регистры 8 и 9 образуют стековый регистр,в котором хранится два предыдущихзначения 12 1, Я я. В новом 55 (и + 1) цикле информация в стековом регистре сдвигается в направлении от 8 регистра к 9,.а ранее хранившееся слово в регистре 9 выталкивае ся, С выходов блока 2 и регистра 9 значения отсчетов поступают на входы сумматора 5. Одновременно с этим с первого выхода блока 4 тригонометрического умножения поступает на вход блока 3 значение 2 соэ 2 ни/Б для Формирования весовой функции окна Хемминга 1/2 (1 - соэ 2 н п/Н), а с второго выхода за К тактов генерируются последовательность произвекдений значения 1, поступающего с второго выхода блока 7 памяти, на значение С = 2 соэ 2 нК/Б, Это произведение, а также величинакс первого выхода блока 7 поступает также на вход сумматора 5.кВыходное слово 1сумматора 5 в к-м такте поступает па вход блока 7гпамяти, который имеет две страницы памяти с общей адресацией и раздельным управлением записью. Выход первой страницы соединен с входом второй, выход которой является первым выходом, а выход первой страницы - вторым выходом блока 7 памяти. Таким образом, к-я ячейка блока 7 как бы образует стековый регистр аналогично регистрам 8 и 9. При этом значение к целесообразно выбирать кратным степени двойки с целью упрощения адресацией при считывании и записи. По окончании к-го такта информация в к-й ячейке сдвигается в направлении от первой к второй странице. В результате в к-м такте и-го цикла на выходе сумматоракЧ Формируется величина 1 я, которая отсылается в блок 10 накопления, в ко ром накапливаются суммы.Таким образом организуется синхронный накопитель, выходная великчина которого 2 н после И-го цикла поступает в блок 11 вычисления спект" ральных составляющих, который представляет собой блок перемноженияквеличины 2 н на заданное значение/2 Ю, где ь - величина дискретиэа ции по времени входного процесса х(с). При необходимости в блоке 11 производится усреднение по частоте. Если требуется текущий спектр, та величина 2поступает в блок 1 1 в каждом цикле. Для формирования тригонометрических сигналов в блоке 4 использованы два идентичных косинусных генератора 12 и 13, Генератор 12 вырабаты вает последовательность значения 2 совЖп/Я, а 13 - 2 сов 2%Е/Ю. При этом генератор работает следующим образом,(фиг.З), В первом цикле посто. янный код, равный Со= 2 = сопв,5 переписывается в регистр 20, а н регистр 17 - значение С 1 = 2 совЬ/11, которое устанавливается пользователем. Одновременно с этим на входе регистра 17 устанавливается код, значение которого равноЯи ЯцС = 2 сов - С- С = 2 сов 2 - 1М ОВо втором цикле осуществляется перезапись информации из регистра 17 в регистр 20, с выхода сумматора 19 в регистр 17, а с выхода генератора снимается значение С, в регистре 17 хранится значение С, а на его нходе устанавливается ко равныйТпС=2 сов - С-С, =2 совЗ В а-м цикле на выходе генератора формируетсякод, равныйл;-2 совС ,"С-2 совв 1Таким образом, н предлагаемом устройстве не требуется генериронание синусоидальных сигналов, что приводит к сокращению арифметических операций н два раза. Кроме того, отсутствует временное мультиплексирование н сумматоре 5, поэтому нсеВоперации н устройстве н каждом такте осуществляются одновременно, что поньнпает быстродействие анализатора.