Устройство для определения спектра

. Союз СоветскнкСоциалистическихРеспубини К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Дополнительное к авт. свил-в 2) Заявлено 03.04. 81 (21) 3267193/18-24присоелинением заявки М -1)М. Кл, С 06 Г 11/332 6 01 й 23/16 сударстаеиый квеитат СССРвта опубликования описания 07, 1 1.82 Я. Билинский, Ю. ф. Боровик, А. К. Иикелсон и И, Б, Недниекс 72) Авторы изобретения СОНОН 11 АТЕЮТЯО 1 " 1 Е.(НИт)ККй7) Заявите ститут электроники и вычислнтельнои АН Латвийской ССР) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТР устроиствовляющуюа один циклользованореальном Изобретение относится к специализированной аналого-цифровой вычислительной технике, предназначенной для определения статистических характеристик случайных сигналов, и может быть использовано в радиотехнике,-5 электросвязи и измерительной технике для определения спектральных характеристик случайных сигналов в реальном масштабе времени.Известно устроиство для преобразон1 О вания корреляционной функции в спектр мощности, Содержащее блок вычисления корреляционной функции, сумматор, первый и второй электронные переключате 15 ли, счетчик ординат, триггер, блок запоминания и блок вычисления и вывода спектра Г 1 3Недостатком такого устройства является низкое быстродействие, что обусловлено выполнением операции умножения многоразрядных чисел в блоке вычисления корреляционной функции, а также в блоке вычисления и вывода4 спектра. Вследствие этоговыделяет только одну состаспектра входного сигнала зработы и не может быть испдля определения спектра вмасштабе времени,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является уст"ройство для выполнения преобразованияфурье, содержащее генератор тактовыхимпульсов, генератор псевдослучайныхчисел, блок формирования,стробимпульсов, блок памяти, блок задания, входной информации, вход которого являет.ся входом устройства, две группы шифраторов (число которых в каждой группе равно количеству частот анализа),две группы блоков суммирования-вычитания, два регистра промежуточныхкоэффициентов и два вычислительныхблока, входы и выходы которых являют;ся выходами устройства. В этом устройстве отсчеты стохастически дискретизован"ного сигнала умножаются на отсчеты972519 3прямогоульных фильтрующих функций,а полученные оценки в базисе этихФункций пересчитываются в тригонометрический базис в вычислительных блоках Г 2 3.3Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие иконструктивная сложность, обусловленные тем, что для выделения каждой составляющей спектра сигнала необходимо 16использовать две ортогональные фильтрующие функции, что приводит к необходимости иметь две группы шифраторов, две группы блоков суммированиявычитания, два регистра промежуточ- аных коэффициентов и два вычислительных блока, а также необходимость дополнительных вычислительных операцийдля вычисления спектральных оценокпо оценкам коэффициентов Фурье. Осо- фебенно сильно эти недостатки проявляются при большом количестве исследуемыхчастот.Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение уст зройства,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для определения спектра, содержащее цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен ос первым входом блока квантовФия,второй вход которого является входом устройства, к управляющему входублока квантования подключен выход блока формирования стробимпульсов, входкоторого соединен с выходом генератора псевдослучайных чисел, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход генераторапсевдослучайных чисел подключен к адресному входу блока памяти, выходы ко-,торого подключены к первым входам соответствующих шифраторов, число. которых равно количеству частот анализа,выходы шифраторов подключены к управ 45ляющим входам соответствующих блоковсуммирования - вычитания, выходы которых подключены к соответствующимвходам регистра промежуточных коэффициентов, выход которого является пер 30вым выходом устройства и подключенк входу вычислительного блока, выходкоторого является вторым выходом устройства введены регистр сомножителя,первый, второй и третий блоки умноже-,ния и сумматор, выход генераторапсевдослучайных чисел подключен квходу цифро-аналогового преобразователя и к первым входам регистра сомфножителя и первого блока умножения, выход блока квантования подключен к второму входу регистра сомножителя и к первым входам второго и третьего блоков умножения, первый выход регистра сомножителя подключен к второму входу третьего блока умножения, второй выход регистра сомножителя подключен к вторым входам первого и второго блоков умножения, выходы блоков умножения подключены к соответствующим входам сумматора, знаковый выход которого соединен с вторыми входами шиФраторов, а информационный выход сумматора подключен к информационным входам блоков суммирования - вычитания.Такая структура устройства позволяет получить на выходе сумматора оценки корреляционой функции сигнала. Так как корреляционная функция является четной функцией, то нет необходимости умножать ее на нечетные фильтрующие функции, так как эти умножения заведомо дают в результате ноль, что упрощает устройство, исключая одну группу шифраторов, однугруппу блоков суммирования - вычитания, а также один регистр промежуточных коэффициентов и один из вычислительных блоков. На выходе вычислительного блока, и регистра промежуточных коэффициентов могут быть подключены сразу значения спектральной плотности мощности как дискретное косинус- преобразование корреляционной функции и нет необходимости эти значения вычислять по коэффициентам фурье, т,е. сокращается количество операций умножения на 2 и (и - количество частот анализа). Это повышает быстродействие устройства.На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.Входом 1 устройства является первый информационный вход блока 2 задания входной информации, который состоит из блока 3 квантования, и цифра-аналогового преобразователя 4, Входом 1 устройства является первый информационный вход блока 3 квантования, второй информационный вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 1, Выход генератора 5 тактовых импульсов через последовательно соединенные генератор 6 псевдослучайных чисел и блок 7 формирования стробимпульсов подклю чен к управляющему входу блока 3фк + л лХ( 1 И) 11 1% тй Ь ЬЬ 11 1 Ь 11 Необходимее операции умножения,обусловленные применением такой оценки, выполняют первый 9, второй 11 итретий 12 блоки умножения, а на вы 5 9725квантования, Выход генератора 6 псевдослучайных чисел подключен также квходу ифро-аналогового преобраздва"теля 4, к первому входу регистра 8сомножителя и первого блока 9 умноже- эния и к адресному входу блока 10 памяти. Выход блока 3 квантования подключен к второму входу регистра 8 сомножителя и к первым входам второго(11) и третьего (12) блоков умножения. Первый выход регистра 8 сомножителя подключен к второму входу третьего блока 12 умножения, второй выходрегистра 8 сомножителя подключен квторым входам первого 9 и второго 11блоков умножения. Выходы всех трехблоков 9, 11 и 12 умножения подключены к соответствующим входам сумматора 13, Выходы блока 1 О памяти подключены к первым входам и шифраторов 14, Ювторые входы которых подключены к знаковому выходу сумматора 13. Выходышифраторов 14 подключены к управляющим входам соответствующих блоков15 суммирования-вычитания, информаци- зонные входы которых подключены к инФормационному выходу сумматора 13.Выходы блоков 15 подключены к входамрегистра 16 промежуточных коэффициен" тов, выход регистра 16 промежуточных 30 коэффициентов подключен к входу вычис:- лительного блока 17, вход и выход ,которого являются выходами 18 и 19 устройства.Устройство работает в два этапа. цНа первом этапе в блоках 15 накап"ливаются значения спектральной плотности мощности в базисе прямоугольных.фильтрующих функций. В конце этого этапа информация с блоков 15 перепи О сывается в регистр 16 промежуточныхкоэффициентов, блоки 15 обнуляются, и начинается новый этап накопления промежуточных значений спектральной плотности мощности. 45На втором этапе производится вычисление в вычислительном блоке 17 оценок спектральной плотности мощности в тригонометрическом базисе по значениям оценок спектральной плотности мощности в базисе прямоугольных фильтрующих функций.Исследуемый непрерывный сигнал поступает на аналоговый вход 1 устройства который является первым инФМ формационным входом блока 3 квантования. Последовательно соединенные генера 1 тор 5 тактовых импульсов, генератор 6 псевдослучайных чисел и блок 7 фор 19. 6мирования стробимпульсов формируют.стробимпульсы, которые на временнойоси образуют стационарный случайныйпоток с ограниченным последствием.Эти импульсы подаются на управляющийвход блока 2 задания. С помощью этихимпульсов выполняется стохастическаядискретизация входного сигнала.помощью цифро-аналогового преобразователя 4 псевдослучайная последовательность на выходе генератора 6псевдослучайных чисел преобразовывается в аналоговую Форму и подаетс навторой информационный вход блока 3квантования. Эта величина используется в качестве опорной величины дляквантования. Блок 3 квантования производит грубое стохастическое кван:тование входного сигнала. При этомоценка значения входного с гнала вМ-й момент дискретизации определ,ется по формуле где- псевдослучайная величина навыходе генератора 6 псевдослучайных чисел, равномернораспределенная в интервалеЕ-" Ийк - малоразрядная оценка значения входного сигнала на выходе блока 3 квантования.Время накопления значений спектра разделяется на циклы, в пределах которых оценка первого значения входно- го сигнала в цикле умножается на все другие оценки входного сигнала этого цикла для получения оценок корреляционной функции сигнала. Регистр 8 сомножителя запоминает значения оце" нок входного сигнала в первой точке дискретизации каждого цикла, через каждые й точек дискретизации содержимое регистра 8 сомножителя обновляется. Оценки корреляционной функции сигнала при временном сдвиге ; между и-й и первой точками дискретизации 1-го цикла определяются по форму- ле9725 формула изобретения Устройство для определения спектра, содержащее цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом блока квантования, 20 второй вход которого является входом устройства, к управляющему входу блока квантования подключен выход блока формирования стробимпульсов, вход которого соединен с выходом ге- ф нератора псевдослучайных чисел, вход которого соединен с выходом генерато" ра тактовых импульсов, выход генератора псевдослучайных чисел подключен к адресному входу блока памяти, выхо-М ды которого подклочены к первым входам соответствующих шифраторов, число которых равно количеству частот анализа, выходы шифраторов подключены к управляющим входам соответствующих И блоков суммирования-вычитания, выходы которых подключены к соответствующим 9ности Сх (1 ь ) с индексами 1 от1 м ймЬ- ф 1 до - формируется сразу в6сумматорах-вычитателях 15 и подается на первый выход 18 устройства без 3 дополнительного пересчета. Остальные значения получаем на втором выходе 19 устройства после пересчета в вычислительном блоке 17.Таким образом, на выходах устройства получаем сразу значения спектральной плотности мощности сигнала. 19 10входам регистра промежуточных коэффи"циентов, выход которого является первым выходом устройства и подключен квходу вычислительного блока, выходкоторого является вторым выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, внего введены регистр сомножителя,первый, второй и третий блоки умножения и. сумматор, выход генераторапсевдослучайных чисел подключен квходу цифро-аналогового преобразователя и первым входам регистра сомножителя и первого блока умножения,выход блока квантования подключен квторому входу регистра сомножителяи к первым входам второго и третьегоблоков умножения, первый в;: од регистра сомножителя подключен к второмувходу третьего блока умножения, второй выход регистра сомножителя подключен к вторым входам первого; и второго блоков умножения, выходы блоков;умножения подключены к соответствующим входам сумматора, знаковый выходкоторого соединен с вторыми входамишифраторов, а информационный выходсумматора подключен к информационнымвходам блоков суммирования-вычитания,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 532100, кл. 6 01 В 23/16, 19752. Авторское свидетельство СССР972519 оставитель В, Жовинскииехред Е,Харитончик Корректор Н. Еуряк Редак ици аказ 8519 Тираж 731 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., 4/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,