Устройство для вычисления преобразования фурье

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (1) )1001108

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 16.09.81(21) 3340070/18-24 (51)M. Кд.

GI 06F 15/332 с присоединением заявки М

Гесударствеллыб квинтет

СССР (23) Приоритет (53) УДК681. .32(088.8) Опубликовано 28.02.83. Бюллетень Рй 8

Дата опубликования описания 28.02. оо аллам лзебретенкй и еткрытик

/т ц-„,, " /

И. Я. Билинский, Ю. ф, Боровик, H. 3, Гу ай", +,Ê, Ыййелс9н и Ю. В. Осокин - Д ", ь . у

1 (72) Авторы изобретения

1 ( (71) Заявитель Институт электроники и вычислительной техники АН Латвийской CCP . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫ ЧИСЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ФУРЬЕ

Однако для известного устройства zaрактерны недостаточное быстродействие, < обусловленное наличием задержки между: окончанием выборки и получением значений коэффициентов фурье на время, необходимое для выполнения операций пересчета значений коэффициентов Фурье иэ значений промежуточных коэффициентов, 1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнике, электросвязи и измерительной технике для определения коэффициентов фурье непрерывных и дискретных случайных сигналов в

5 реап ьном масштабе времени.

Известно устройство для выполнения быстрого преобразования Фурье, содержащее входные регистры, регистры комплексной весовой функции, коммутатор сомножителей, блок управления, блок умножения, регистры произведений, коммутатор слагаемых, сумматор и регистр суммы (. 1 ) .

Недостатком данного устройства яв:ляется низкое быстродействие, обуслов. ленное необходимостью выполнения большого количества операций перемножения щ многоразрядных значений отсчетов входного сигнала на значения фильтрутощих гармонических функций в.моменты дискретизации.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является уст ройство для выполнения преобразования фурье, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных чисел и устройство формирования строб импульсов, выполнякхцее функшпо гене ратора случайныхстроб-импульсов; а также блок задания входной информаций, блок памяти, выполняющий функцию блока задания фильтруюших функций, две группы по h ш и фр атTоoрpо в, гве группы по A сумматоров-вычитателей, регистр промежуточных коэффициентов и вычислительные блоки 2 °

L ч„(и=1(,, К= (2)

8$t„) =М », 55

3 100110 а также сложность устройства, обусловленная наличием регистра промежуточных коэффициентов и вычислительных блоКОВе

Бель изобретения - повышение быстро- 5 действия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый блок памяти, информационный вход которого является входом устройства, гене- 30 ратор случайных импульсов, выход ко торого подключен к управляющему входу первого блока памяти, блок памяти филь» трующих функций, две группы по и шифрато ров, первые входы которых соединены с 15 соответствующими выходами блока памяти фильтрующих функций, и две группы по и накапливающих сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих шиф- 20 раторов первой и второй групп, а выходы накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп являются выходами устройства, введены 1 полосовых фильт ров, и блоков памяти, причем выход ге«15 нератора случайных импульсов подключен к управляющим входам 0 блоков памяти и управляющему входу блока памяти фильтрующих функций, выход j -го ( 2, +1) полосового фильтра подключен к .щ информационному входу i -го блока па мяти, знаковый выход которого соеди нен с вторыми входами. n (j= S>, + t S1) шифраторов первой и второй групп, а информационный выход j -га блока памяти й5 подключен к информационным входам накапливающих сумматоров-вычитателей первой в второй груоп, вторые входы

Н (1 = 5, +,, n )шифраторов первой и второй групп подключены к знаковому выходу первого блока памяти, информационный выход которого подключен к информационным входам и . накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп.

Частоты среза полосовых фильтров определяются из слещющих условий: ! нк 1-1

f . 45"Ы (Ч

Ь1

I где 5 4(S))+1 jK- ° S)=O «$4 - шаг преобразования по частоте; К - отношение частот второй и первой составляющей разложения фильтрующих функций в ряд Фурье, ее

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для выполнения преобразования Фурье; на фиг. 2 - пример фильтру

8" ющих прямоугольных периодических функций.

Устройство для вычисления преобразования Фурье содержит информационный вход 1, первый блок 2 памяти, генератор 3 случайных строб-импульсов, блок

4 памяти фильтрующих функций, две группы 5 по о шшииффррааттоорроов в 6б, две группы 7 по и накапливающих. сумматоров-вычитателей 8, Р полосовых фильтров 9 и Р блоков 10 памяти, Выходы 11 сумматоров-вычитателей 8 являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый сигнал хН1 поступает на информационный вход 1 устройства и далее на информационный вход первого блока 2 памяти и входы полосовых фильтров 9. Совокупность частотных составляющих исследуемого сигнала Х ° (t) определяется полосой пропускания каждого из полосовых фильтров 9 и поступает на информационные входы соответствующих блоков 10 памяти, Генератор 3 случайных строб-импульсов генерирует последовательность расположения через случайные интервалы времени строб-импуль- сов, которые поступают на вход блока 4 памяти фильтрующих функций и управляк . щие входы блока 2 и 10. Строб-импульсы с выхода генератора 3 случайных импульсов образуют на оси времени случайный поток моментов дискретизации

, удовлетворяющий требованиям где Y< (t ) - плотность распределения интервалов времени (0> K), А. - средний период дискретизации;

Ml H) - математическое сжигание интервала времени (0, );

Я - количество отсчетов входного сигнала, Таким образом осуществляется дискретизация входного сигнала потоком импульсов, отстоящих один от другого на случайные интервалы времени, т.е, стсйхастическая дискретизация, Выполнение требований (1) позволяет получить асимптотически несмещенные оценки коэффициентов Фурье сигнала x(k) независимо от средней частоты дискре тизации и тем самым устранить влияние эффекта наложения высокочастотных -- тм(к1= („). Ь!) 5 10011 составляющих как сигнала, так и филвтруюших прямоугольных периодических функций на область анализа, На информационном выходе основного блока 2 при этом формируются коды оценок текущего значения исследуемого сигнала. Х 1) в моменты дискретизации я

Х(1, }, a на знаковом выходе — логические уровни, соответствукицие- знакам этих оценок. На информационных выходах <0 блоков 10 формируются коды оденок текущих значений сигналов Х () в момент ты дискретизации Х („), а на знаковых. выходах - логические уровни, соответствующие знакам этих оценок. 15

Логические уровни, соответствующие знакам оценок, с знакового выхода 2 и знаковых выходов блоков 10 поступают на первые входы соответствующих шифраторов 6 в обеих группах, на входы кото-20 рух с соответствующих выходов блока 4 памяти фильтруюших функций поступают значени кодов фильтрутощих функций. Блок 4 памяти фильтруюших функпий имеет две группы по 11 выходов; на 25 которых формируются значения фильтруюших функций в моменты дискретизации

R (1a8,4 ) Р (iaaf,1 ), 1=1,n . При совпадении знаков оценки исследуемого сигнала и фильтрутощей функции на кодо- 30 вом выходе соответствующего шифратора 6 формируется код, разрешающий выполнение в соответствующем сумматоревычитателе 8 операции сложения оценки с суммой, накопленной в предшествую35 шие моменты дискретизации данного дикла выборки, при несовпадении - код, разрешающий выполнение операции вычита ния. В случае, если значение фильтрук щей функдии для данного момента дис- 40 кретизадии равно нулю, на выходе шифратора 6 формируется код, запрещающий выполнение какой-либо операдии в соот ветствуюшем сумматоре-вычитателе 8, В результате после выполнения Й тактов выборки в сумматорах-вычитателях

8 первой группы окажутся записанными тт значений коэффипиентов Фурье 1М;, а в сумматорах-вычитателях 8 второй груп-. пы — 1т значений коэффициентов фурье тт

08

Количество.полосовых фильтров 9 и блоков 10 памяти зависит от количества точек преобразования по частоте 11 и вида фильтрутоших прямоугольных перно дических функпнй. Минимально необхо димое количество полосовых фильтров 9 определяется из условия

m=(Poq

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить быстродействие ва счет исключения операпий пересчета зна чений «оэффициентов Фурье, из значений промежуточных коэффипиентов, соответ ствуюших пропедуре разложения исследуемого сигнала в базисе прямоугольных периодических функдий, при этом значения коэффициентов фурье появляются на исходах устройства сразу после обработки последнего отсчета сигнала в каждой выборке. Исключение наиболее трудоемких операций перемножения многоразрядных чисел позволяет расширить полосу частот исследуемого сигнала, доступную для преобразования в реальном масштабе времени. Устройство не содержит регистров промежуточных коэффициентов и промежуточных блоков, что позволяет значительно упростить его техническую реализацию.

Формула изобретения

Устройство для вычисления преобразования фурье, содержащее первый блок памяти, информационный вход которого является входом устройства, генератор случайных импульсов, выход которого. подключен к управляющему входу первого блока памяти, блок памяти фипьтруюших функдий, две группы по т1 шифраторов, первые входы которых соединены с соответствующими выходами блока памяти фильтруюших функций, и две группы по il накапливающих сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих. шифраторов первой и второй групп, а выходы накапливающих сумматоров-вычитателей первой и второй групп являются выходами устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с дельто повышения быстродействия, в него введены 6 полосовых фильтров и блоков памяти, причем выход генератора случайных импульсов подключен к управляющим входам Р блоков памяти и управляющему входу блока памяти фильтрующих

7 1001108 8 функций, выход i -го (1= 2,t+f) поло- масоду первого блока памяти, информн сового фильтра подключен к информаци- цнонный выход которого подключен к онному входу 1 «го блока памяти, зна- информационным входам о1 накапливаковый выход которого присоединен с калик сумматоров-вычитателей первой вторыми входами и. Ц=5 . +4< S ° шиф 5 и второй групп. раторов первой и второй групп, а инфор- Источники информации, мационный выход (-го блока памяти принятые во внимание при акспертизе подключен к информационным входам и 1. Авторское свидетельство СССР накапливающих сумматоров-вычитателей М 598085, кл. G, 06 F 15/332, 1976. первой и вто ой групп, вторые входы и 2, Авторское свидетельство СССР

h (i=9 +,n шифраторов первой и по заявке М 2943590/18-24, второй ™групп подключены к знаковому кл. G 06 F Л5/332, 1980 (прототнп).

100 li08

100 1 108

Составитель А. Баранов

Редактор Н. Сташишина Техред М.Коштура Корректор О. Билак

Заказ 1397/56 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4