Устройство для выполнения преобразования фурье

(54) ОБРА (57) авто упра ки ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт тАИ БССР(56) Авторское свидетельство СССРИ 928363, кл . С 06 Г 15/332; 1982.Авторское свидетельство СССРВ 1177822, кл, С 06 Р 15/332, 1985,УСТРО 11 СТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРЕОВАИИЯ ФУРЬЕИзобретение относится к областиатики и вычислительной техникиет быть использовано в системахления виброиспытаниями техничесбъектов, измерительной технике,радиотехнике и электросвязи для выполнения прямого и обратного преобразований Фурье непрерывных и дискретных, детерминированных и случайна:хсигналов в реальном масштабе времени,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выполнения обратного преобразования Фурье,Поставленная цель достигается за счеттого, что в состав устройства входятаналого-цифровой преобразователь 2,генератор тактовых импульсов 3, делитель частоты 4, генератор псевдослучайных чисел 5, счетчик 6 блок постоянной памяти 7, блоки сравнения 8,накапливающие сумматоры-вычитатели9 и 16, две группы 10 из М блоковсравнения и М сумматоров-вычитателей,коммутатор 12, распределитель импульеое 13, элемеит ИЛИ 14 и блок элемеи- Стов ИЛИ 15, 2 ил.Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и можетбыть использовано в системах управления виброиспытвниями технических объ 5ект:)в, измерительной технике, радиотеике и электросвязи для выполненияпрямого и обратного преобразованийФурье непрерывных и дискретных, детерминированных и случайных сигналовв реальном масштабе времени.Пель изобретения - расширениеФункциональных возможностей устройства за счет выполнения им обратногопреобразования Фурье. 15Па Фиг.1 приведена блок-схемаустройства для выполнения преобразования Фурье; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройствав режиме обратного преобразования 20Фурье.Устройство содержит информационныйвход 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2; генератор 3 тактовыхимпульсов, делитель 4 частоты, генератор 5 псевдослучайных чисел, счетчик б, блок 7 постоянной памяти,блоки 8 сравнения, накапливающие сум)а г". ры-вь)читатели 9, две группы 10из, блоков сравнения и М сумматоров,ычитателей, информационные входы 11для прямого преобразования Фурье,коммутатор 12, распределитель 13 импульсов, элемент ИЛИ 14 и блок элементов ИЛИ 15 накапливающий суммагор-вычитатель 16 и выход 17 устройства для обратного преобразования4)урье.Устрс,йство раб: гает в двух режиах: режиме п)ям . преобразования 40Фурье и в режиме обратного преобразоа)анпя Фурье.В режиме прямого преобразования коммутатор 12 устанавливается в нижнее положение (Фи) .1), а входной ана ;)оговый сигнал поступает на вход АЦП 2. Такт вые импул .сы с выхода генератора 3 поступают через делитель 4 с коэффициентом деления 2 Г 1 (М - количество определяемых гармоник) на управляющий вход блока 2, на информационном выходе которого формируются цифровые отсчеты входного сигнала, на вход генератора 5 псевдослучайных чисел, на выходе котоРого формируется после )овательность псевдослучайных чисел(и) и через счетчик 6 на адресный вход блока 7, на выходах которого формируются последователь ности числовых кодов, соответствующих значениям Фильтрующих функций Я ,(и) для первой группы 10 блоков и С(п) для второй группы 10,При этом 2)"гБ, (п) = в 1 пп 1;(2) 2С,(п) = совп 1,где Г - число отсчетов входного сигции. В обратном случае производится вычитание Х(п), После выполнения Г 1 тактов выборки значений исследуемого сигнала (цикла преобразования) в М накапливающих сумматорах-вычитателях 9 первой группы 1 О оказываются запил санными М значений коэффициентол а а в М накапливающих сумматорах-вычитателях 9 второй гууппы 1 О - М значений коэффициентов Ь иа = Х(п) )вапаи,; (и) , (4) Ь, =Х(п) Е соз иналаи - порядковый номер отсчетапс 1,Г 1;ш - порядковый номер фильтрующейфункции ш1 М;аномер коэффициента Фурье,подлежащего определению,1 Н/2.Блоки сравнения осуществляют сравнение чисел, поступающих с выходов блока 7 и генератора 5. Если число, поступившее на блок 8 сравнения с блока 7, например, больше числа, поступившего с выхода генератора 5, то на выходе данного блока сравнения формируется код, разрешающий выполнение в соответствующем из М накапливающих сумматоров-вычитателей 9 операции сложения, при невыполнении указанного условия - код, разрешающий выполнение операции вычитания. Значения исследуемого сигнала в момент дискретизации Х(п) в виде цифрового кода с выхода блока 2 поступают на информационные входы накапливающих суммдторов-вычитателей 9. При поступлении на управляющий вход сумматоравычитателя 9 кода, разрешающего выполнение сложения в нем производится слоение Х(п) с суммой, накопленной в предшествующие моменты дискретиза(5) лд =-,Х(п)згпп 111-(л2Ь =-Х(п)совпг,(6) В режиме о( ратного преобразования Фурье коммутатор 12 устанавливается в верхнее положение (Фиг,1), В сумматордх-зычитателях 9 первой группы 10 хранятся значения коэффициентов(Фурье д д в сумматорах-вычитателях 9 второй группы 10 - значения коэфФициентов Ь , которые были получены при прямом преобразовании фурье. Сумматор-вычитатель 16 находится в обнуленном состоянии.Тактовые импульсы с выхода генератора 3 поступают через коммутатор 12 на вхоп распределителя 13 импульсов, а через делитель 4 частоты с периодом б (Фиг.2 а) на входы счетчика 6 и генератора 5 псевдослучайных чисел. Нд вь(ходе последнего Формируется последовательность псевдослучайных чисел (п) (Фиг.2 в), а на выходе счетчика 6 формируется код адреса, который поступает, в свою очередь на адресный вход блока 7. На выходах последнего Формируются последовательности числовых кодов, соответствующих значениям синтезирующих Функций 5(и) пля первой группы 1 О блоков и С ;(и) для второй группы 10, которые так же, кдк и ильтрующие функции, описываются соотношениями (1) и (2)(9) 142При равномерном законе распределения Р(п) н вых(1 пцой последовательности генератора 5 псевдослучайных чисел (п) иа выходах 11 сумматоровцычитателей 9 появляются соответствующие значения коздфициентов дискретного преобрдзовдния Фурье: с коэффициентом доверия, зависящимот времени интервала суммирования(усреднения), тдк как среднее значение Г, например, для 8 (и) равно Г=51 пп 1-(п) Р(п)=-Б 1 пп 1.(7)- Г, 2, 1 1 . 21)поки сравнения по импульсу с де.зите:,я 4 чистоты осуществляют сравнение чисел, поступдюших выходов блока 7 и г(цердторд 5. Если число поступивш(нд Сг(ок 8 сравнения с 4027блока 7, например, больше числа, поступившего с выхода генератора 5, тона выходе данного блока сравненияформируется код, разрешающий выполнение в соответствующем из М накапливающих сумматоров-вычитателей 9 операции сложения, при невыполнении этогоусловия - код, разрешающий выполнениеоперации вычитания (фиг.2 д), нулевойуровень означает вычитание, единк(- ный - сложение). Поскольку на иц(гормационные входы сумматоров-вычитателей 9 ничего не подается, то содержимое их не изменяется, а принятые управляющие коды на суммирование иливычитание хранятся в соответствующихрегистрах сумматоров-вычитателей 9.По приходу с распределителя 13 импульсов (фиг.2 б) эти коды поочередно 20считываются из регистров сумматороввычитателей 9 и через элемент ИЛИ 5(Фиг.2 е) поступают на управляющийвход сумматора-вычитателя 16. Одновременно со считыванием управляющихкодов из сумматоров-вычитателей 9поочерепно считываются и хранящиесял лв них коэффициенты а и Ь , которыепоступают через блок элементов ИЛИ 3014 ца информационный вход сумматорацычитателя 16. После выполнения 2 М тактов в накапливающем сумматоревычитателе 16 (Фиг.2 ж) оказывается здписдццой слелукщая сумма л ", 235 Х( 1) =а Г(згп, 1- (1) +1 1 (: 40Зта сумма считывается из сумматора-вычитателя 16 (Фиг.2 к) ца выход 17 (2 М+1)-м импульсом считывания из распределителя 13 импульсов кроме того, этим же импульсом сумматорвычитатель 16 обнсзяется. С приходом следующего импульса с делителя 4 частоты черезГ (фиг.2 а) цикл работы устройства повторяется, а в сумматоре-вычитдтеле 16 оказывается записанной следующая сумма:(10) При равномерном законе распределения Р(п) в выходной последовательности генератора 5 псевдослучайных чисел (и) выражение для среднего значения Х(п) может быть записано в следующем виде: Х(п) = -а в 1 пп 1+Ь совп 1)В. -МХс( 1) с коэффициентом доверия, зависящимот времени интервала суммирования(усреднения), так как среднее значение Р, например, для Б;(и) равно 5 14В обшем случае с сумматора-вычитателя 16 считываются на выход 17 следующие суммы:24027 5 10 15 20 сравнения первой и второи групп,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональныхвоэможностей за счет вычисления обратного преобразования Фурье в неговведены коммутатор, делитель частоты,распределитель импульсов, блок элементов ИЛИ, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор-вычитатель, выход которого является выходом обратного преобразования Фурье устройства, выходаналого-цифрового преобразователя подключен к первому информационному входу коммутатора, первый выход которогоподключен к информационным входам1-х накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп выходдгенератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу делителя частоты и второму информационному входукоммутатора, управляющий вход которого является входом задания режима работы устройства, второй выход комму(12)Формула изобретения устройство для выполнения преобразования фурье, содержащее генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, счетчик информаци" онный выход которого подключен к ад:;есному вхол блокД постоянной памяти, 1-е (1=1 Р 1 И в количест определяемыхх гармоник) информационные выходы первой и второй группы которогоодключены к первым вх дам 1-х блоков .равнения соответственно первой и второй групп, выходы которых подклю.ены к входам выбора режима д-х накапливающих сумматоров-вычитателей соответственно первой и второй групп, выходы которых являются выходами со. тветственно реальной и мнимой частей 1-и гармоники спектра устройства, информационным входом которого является информационный вход аналогоцифрового преобразователя, а выход .енератора псевдослучайных чисел под- лючен к вторым входам 1-х блоков ЭО 35 40 45 50 татора подключен к тактовому входураспределителя импульсов, -й (= =2 К, К=1 М) выход которого подключен к тактовому входу 1-го накапливающего сумматора-вычитателл первой 1 руппы, 1-й выход (1=2 К, К=1,Г распределителя импульсов подключен к тактовому входу 1.-го накапливающего сумматора-вычитателя второй группы, выход делителя частоты подключен к входу синхронизации аналого-цифрового преобразователя, счетному входу счетчика и тактовому входу генератора псевдослучайных чисел, выходы 1-х накапливающих сумматоров-вычита - телей первой и второй групп подключены соответственно к 1-му и (1+Я)-му входу блока элементов ИЛИ, выход котороо подключен к информационному входу накапливающего сумматора-вычитателя, вход выбора режима которого подключен к выходу элемента ИЛР 1 1.-й и (1+Я)-й входы которого подключены к выходам ныбога ре.и д 1-х уммдторов-вычитателей соответствии;: первой и второй групп, а (2 М+1)-и выход распределителя импульсов одключен к тактовому входу накапливающего сумматора-нычитдте.".я,1424027 г Составитель А.БарановТехред М.Моргентал Корректор М.Максимишие Редактор .1.Пчолинская 489/5Тираж 704 Ю 1 И 1111 И Государственн по делам иэобрете 13035, Москва, Ж, Рака Подписноего комитета СССРий и открытийушская наб., д, 4/5 Пр предприятие, г, Ужгород, ул 1 рс к тнд .,;грд иче