Устройство для выполнения преобразования фурье

и 928363 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическиереспублик(088.8) нв делам изобретений н етярытнйИ. Я. Билинский, Ю. ф. Боровик и А, К. Мцкелсон1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВА НИЯ ФУРЬЕ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнике, электросвязи и измерительной технике для определения коэффициентов преобразования фурье непрерывных и дискретных случайных сиг 5 налов в реальном масштабе времени.Известно устройство цля выполнения преобразования фурье, соцержашее входные регистры, регистры комплексной весовой функции, коммутатор сомножителей,1 О блок управления, блок умножения, регистры произведений, коммутатор слагаемых, сумматор и регистр суммы 1.Недостатком этого устройства являет 15 ся низкое быстродействие, обусловленное необходимостью большого количества операций перемножения многоразряцных чисел.Наиболее близким техническим решением к прецлагаемому является устройст 20 во цля преобразования Фурье в.реальном масштабе времени, содержащее аналогоцифровой преобразователь, вход которого является аналоговым вхоцом устройства, генератор тактовых импульсов, целители частоты, постоянное запоминающее уст.ройство и несколько идентичных каналов, кажцый из которых содержит регистр иарифметическое устройство, предназначенное цля преобразования промежуточных коэффициентов в коэффициенты фурье 21.Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью выполнения большого количества операций перемножения многораэряцных чисел при вычислении коэффициентов фурье.Цель изобретения - повышение быстроцействия устройства цля выполнения преобразования Фурье.Поставленная цель постигается тем, что устройство цля выполнения преобразования фурье, содержащее генератор тактовых импульсов, блок памяти, блок задания входной информации, информационный вхоцкоторого является информационным входом устройства, первый и второй вычислитель3 .9283 ныс. блоки, входы и выходы которых являются выхоаами устройства, содержит генератор псевдослучайных чисел, блок формирования стробимпульссв, две группы по б шифраторов и аве группы по и сумма торов-вычислителей (й/2, й -число отсчетов входного сигнала), два регистра промежуточных коэффициентов, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входу генератора псевдослучайных чисел,.выход которого подключен к адресному входу блока памяти и к входу блока формирования стробимпульсов, выход которого подключен к управляющему входу блока задания входной информации, выход знакового разряда которого подключен к первым входам всех шифраторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам блока памяти, выходы шифраторов первой и второй групп подключены к управляющим входам соответствующих сумматоров-вычита телей первой и второй групп соответственно, информационные входы всех сумматоров-вычитателей подключены к информационному входу блока задания вхопной информации, выходы сумматоров-вычитателей первой и второй, групп подключены к входам соо ветственно первого и второго регистров промежуточных коэффициентов, выходы первого и второго регистров промежуточных коэффициентов подключены к входам соответственно первого и второго вычислительных блоков..На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для выполнения преобразования фурье; на фиг. 2 - примерфильтрующих функций и соответствующихим кодов,Устройство содержит информационныйвход 1, блок 2 задания входной информа-.ции, генератор 3 тактовых импульсов, генератор 4 псевдослучайных чисел, блок 5формирования стробимнульсов, блок 6 памяти, аве идентичные группы 7 блоков,каждая из которых содержит и шифраторов 8, п сумматоров-вычитателей 9, регистр 10 промежуточных коэффициентов,вычислительный блок 11, выходы 12 ивходы 13 которых являются выходамиустройства.Блок 2 представляет собой аналогоцифровой преобразователь в случае задания входной информации в виде аналогового сигала или блок памяти, в которыйзаписыв аются цифровые отсчеты входнойинформации в случае задания входной информации и дискретной форме. 63 аРабота устройства в предположении, что входной сигнал его является анало говым. Блок 5 в этом случае осуществляет преобразование поступающего на его вход коаа во временной интервал. Входной сигнал (аналоговый) поступает на вход блока 2 аналого-цифрового преобразователя. Тактовые импульсы с периодом Ь 1 с выхоаа генератора 3 тактовых импульсов поступают на вход генератора 4 псевдослучайных чисел, навыходе которого формируется послеаовательность псевдослучайных чисел. Псевдослучайные числа поступают на вход блока 5 и адресный вход блока 6 памяти,реализованного в вице постоянного запоминающего устройства. На выхоае блока5 через интервалы времени, пропораиона 4льные значениям псевдослучайных чисел,формируются стробимпульсы запускающиеблок 2 и образующие на оси времени стационарный поток с ограниченным последствием, Таким образом, производится аискретизация, входного сигнала патока импульсов, отстояших опии от аругого напсевдослучайные интервалы времени, т.е.сгохастическая дискретизация,Минимально возможный шаг по частоте определения значений коэффициентовдискретного преобразования фурье составляет Ы= - ,1М а.пе М - количество точек выборки плявычисления коэффициентов дискретного преобразования Фурье;И периоа тактовых импульсов свыхода генератора тактовых импульсов.Логический уровень, соответствующий знаку текущего значения исследуемого сигнала в момент дискретизации, с знакового выхода блока 2 поступает на первые входы шифраторов 8 групп 7 блоков на вторые входы которых поступают считываемые кодом псевдослучайные числа с блока 6 памяти, соответствующие данному моменту дискретизации значения кс аов фильтрующих функйий й(к) пля первой группы 7 блоков и йс(1) аля второй группы.Знак исследуемого входного сигнала в момент дискретизации поступает с выхода знакового равряаа аналого-цифрсеого преобразователя 2 на первые входы шифраторов 8. На их вторые вхоаы с соответствующих выходов блока 6 памяти поступают значения фильтрующих Функций аля тех же моментов дискретизации:8363 6оказываются. записанными и промежуточных значений коэффициентов с., а в накапливающих сумматорах-вычитателях 9 второй группы 7 - о промежуточных значений коэффициентов Ъ1 По окончании кажцого цикла выборкиН значений М ( 1) исследуемого сигнала прсизвоцится перезапись промежутм-д, 15 ных" значений коэффициентов б. и . иэнакапливаюших сумматоров-вычитателей9 в регистры 10 промежуточных коэффициентов, после чего накапливающие сумматоры-вычитатели 9 обнуляются и начи нается новый цикл выборки значений исслецуемого сигнада и накопления промежуточных значений коэффициентов а. иЬ.Поскольку стохастическая цискретизаИ ция стационарным потоком с ограниченным посдацствием позволяет получизь ассимптотически несмещенные оценки значений коэффициентов дискретного преобразования Фурье цля дюбой частоты неэави-, зй, симо от срецней частоты цискретизацииисслецуемого сижала, то при условии отосутствия во вхоцном сигнале составляющих с частотой выше частоты срезас = -ь; значения коэффициентовМфурье а- и Ь; в тригонометрическомбазисе рассчитываются через промежуточ-,ные значения коэффициентов а и Ь. вбазисе цанных фильтрующих функций85; (ь) и йс( ) в соответствии соецующими соотношениями: О,й 0д (КЬ " 1,д, )ос;,Ь ОМ;ь ,0%5(ь сгце Пйф "гпах ь:4.7 Я-(Ь,ь)3- пробнаяв1-ой.ф в интервагце - целая ч кобках.4Значения исслецуемого сигнала в моменты цискрегизации ФК в вице цифрового коца с выхоца блока 2 поступают на информационные вхоцы накапливающих сум маторов- вычитателей 1 9, на управляющие вхоцы которых поступают сигналы с выхоцов соогветствующих шифраторов 8. При совпадении сигналов на обоих вхоцах 1 -го шифратора 8, на его выхоце формируется коц, разрешающий выполнение операции сложенйя Х( 1, ) с суммой, накопленной5 в 1 -ом накапливающем сумматоре-вычитателе 9 в прецшествующие моменты цискретизации цанного цикла выборки. При несовпацении сигналов произвоцится вычитание Х(к ). В результате, после выполнения й тактов выборки значений исследуемого сигнала, в накапливающих сумматорах-вычитателях 9 первой группы 7 часть числа периоцоидьтруюшей функцииле времени 0, 1 касть выраженная в с слчасть коами от в накап 5 92 Р( Ьк) - на первую группу 7 блоков, й , (Ек) - на вторую группу. При совпацении знаков исслецуемого сигнала и фильтруюшей функции на выхоце шифратора 8 формируется коц, разрешающий выполнение в соответствующем накапливак шем сумматоре -вычитателе 9 операции сложения, при несовпацении знаков - коц, разрешающий выполнение операции вычитания. При поступлении на второй вхоц шифратора 8 кона, соответствующего нулевому значению фильтруюшей функции, на его выходе формируется коц, запрещающий выполнение операции, при этом значение входного сигнала цля цанного момента дискретизации не учитывается.Пусть, например, используются фильтрующие функции (фиг, 2) порядковый номер фильтрующефункции к- момент цискретиэации исслецуемого вхоцного сигнала. Как видно иэ соотношений эффнциентов 4; и Ь с инцекс К Ц 17 92836 ливаюших сумматорах-вычитателях 9 и поступает на выходы 13. Значения коэффициентов а; и Ь; с индексами от (й до 1 рассчитываются в блоках 11 в соответствии с приведенными соотношения ми. Их значения снимаются с выходов 12,Вычисление значений коэффициентов с и Ь; производится во время набора последующих М значений исследуемого сигнала. 10В случае, если входная информация задается в цифровой форме, то блок 2 реализуется в виде блока памяти, в который строб-импульсами с выхода блока 5 производится запись текущего значения входЗ ного сигнала в моменты дискретизации. В остальном работа устройства осуществляется аналогично.Предлагаемое устройство позволяет существенно. повысить быстродействие бла 20 годаря новому алгоритму вычисления коэффициентов фурье, в котором вместо операций перемножения многоразрядных отсчетов исследуемого .сигнала и многоразрядных отсчетов фильтрующих функций в 5 тригонометрическомбазисе производятся простые операции сложения и вычитания отсчетов сигналов; Количество операций умножения, необходимых для вычисления коэффициентов Фурье, варьируется в зависимости от вида фильтрующих функций и, в целом, в несколько раз меньше, чем в известных устройствах, реализующих алго. ритм, быстрого преобразования фурье. Ф ормула изобретения Устройство для выполнения преобразования Фурье, содержшцее генератор такто-д 0 вых импульсов, блок памяти, блок задания входной информации, ийформационный вход которого является информационным входом3 8устройства, вычислительные блоки, входыи выходы которых являются выходами устройства, от лич ающе ес ятем,что, с цеа ю повышения быстродействияустройства, оно содержит генератор, псевдослучайных чисел, блок формированиястробимпульсов, две группы по и шифраторов и две группы по Ь сумматоров-вычитателей 1 (й = Й/2, - число отсчетоввходного сигнала) два регистра промежуточных коэффициентов, причем выход ге- .нератора тактовых импульсов подключен квходу генератора псевдослучайных чисел,выход которого подключен к адресномувходу блока памяти и к входу блока формирования стробимпульсов, выход которого подключен к управляющему входу блоказадания входной информации, выход знакового разряда которого подключен к первым входам всех шифраторов, вторыевходы которых подключены к соответствующим выходам блока памяти, выходы шиграторов первой и второй групп подключенык управляющим входам соответствующихсумматоров-вычитателей первой и второйгрупп соответственно, информационныевходы всех сумматоров-вычитателей подключены к информационному выходу блоказадания входной информации, выходы сумматоров-вычитателей первой и второйгрупп Подключены к входам соответственно первого и второго регистров промежуФточных коэффициентов, выходы первого ивторого реестров промежуточных коэффициентов подключены к входам соответственно первого и второго вычислительных блоков.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 598085, кл. 6 06 Г 15/34,2. Патент США3881100,кл. 235-156, опублик. 1979 (прототип).928363 С ос тавитель В.аактор И. Касарпа Техред С.Яигуно ов орректор О. Била з 3242/62 Тираж 732ИНИИПИ Госуцарственного комитета Спо аелам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб Зак ное 5 л ППП Патент", г. Ужгороа, ул. Проектна