Устройство для определения амплитуды и мощности спектральных составляющих комплексного сигнала
Изобретение относится к области .автоматики .и вычислительной техники, в частности к устройствам для определения амплитудньпс и мощностных параметров спектральных составляющих комплексного сигнала, и может быть широко использовано при построении параллельных спектральных анализаторов. Цель изобретения - упрощение устройства . Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для определения амплитуды и мощности спектральных составляющих комплексного сигиаша состоит из группы блоков 1 суммирования и вычитания, группы блоков 2 суммирования, группы блоков 3-1 косинусного дискретного преобразования Фурье, группы блоков 3-2 синусного дискретного преобразования Фурье, группы блоков 4 суммирования и вычитания и группы блоков 3 нелинейного преобразования. 3 ил. (Л со о 00 2 со I I I
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 G 06 F 15 332
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
,Д
I I
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3993379/24-24 (22) 17,12.85 (46) 07.05.87. Бюл. М- 17 (72) А.Н.Богданов, С.П.Орлов, В.И.Шафоростов и Ю.И.Шафоростов (53) 681.32 (088.8) (56) Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978.
Авторское свидетельство СССР
В 108480?, кл. G 06 F 15/332, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И МОЩНОСТИ СПЕКТРАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО СИГНАЛА ° (57) Изобретение относится к области
;автоматики и вычислительной техники, в частности к устройствам для определения амплитудных и мощностных пара„„SU„, 1309037 А 1 метров спектральных составляющих комплексного сигнала, и может быть широко использовано при построении паралI лельных спектральных анализаторов.
Цель изобретения — упрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для определения амплитуды и мощности спектральных составляющих комплексного сигнала состоит из группы блоков 1 суммирования и вычитания, группы блоков 2 суммирования, группы блоков
3-1 косинусного дискретного преобразования Фурье, группы блоков 3-2 синусного дискретного преобразования
Фурье, группы блоков 4 суммирования и вычитания и группы блоков 3 нелинейного преобразования. 3 ил.
130903 (=а (10) 211 ik (i) cos +
П(4=0
2 11Ж
+j С (1.) ° (:os — +
2 (12) (13) 35
Изобретение откосится к автомати-, ке и вычислительной технике, в част-! ности к устройствам для определения амплитудных и мощностных параметров спектральных составляющих комплексно- 5 го сигнала, и может широко использоваться при построении параллельных
< спектральных анализаторов.
Целью изобретения является упрощение устройства.
Для дальнейших рассуждений используют следующие свойства.
Любое целое число из интервала
0,2 можно получить из соотношения ь и-(-2 l5
R /(1+4 k) 2 /, Oc g c g-1 > 0 сc- kc2 (1)
Для дискретного преобразования
Фурье комплексной последовательности сигналов имеет место следующее соотношение:
F(2 -R)=F(-R). (2) Мощности и амплитуды отрицательной и положительной спектральных составляющих гармоник комплексного сигнала равны, т.е.
M(R)=M(-R), A(R)=А(-R). (3)
Используя свойства (1) и (2), дискретное преобразование Фурье комплек- З0 сной последовательности сигналов
Z(i) можно переписать в виде
° 11((1+ 4(() 7
-1
П
F((1+4 k) 21) = QZ(i) e (4)
П-М-Э где 0 (п-1; 0 с"kñ"2
Раскрывая скобки в экспоненциальной функции формулы (4), имеем
21)-(40
F((1+4 k) 2 )= QZ(i) е
4 0
2 ° Т 44 2 (g)
2)1е е
Разбивая интервал суммирования в (5) на 2 подинтервалов и меняя порядок суммирования, получим:
n- f-1
F(2 )= > (6)
1=0
2 214 2К
7J
2((1+4 1с) 2 ) 4 (;1, е
1.О (7)
В (1)-Е (2" .;).p . (8) ю(" О
Заметим, что значение функции
Вj(i) - есть 1-я составляющая комплекс7 2 ного сигнала (6), который представляет из себя функцию дискретного преобразования Фурье для гармоник целой сигнализации при формировании дискретного преобразования Фурье (7) для остальных гармоник.
Далее, разбивая интервал суммирования в (6) и (7) на два подинтервала, получим
-(F (2f) =,> C((;1) (9)
1=0
П-1 -2
+1 2)1-g-2
Р((1+4 k) 2 ):- C,(il е
))- -г . )4 где C (i)=, >В (d 2 ti)=C (i)+
+j C (i)" (11)
Выделяя в(10) действительную и мнимую части. получим
2 -1
F((1+4k) ° г ) =, C
2((ik
+С (i) з1п
2Mik )
+ Ce(i) ° sin „, 1 или
F((1+4k) 2 ) =-F ((1+4k) 2 )+
+jF ((1+4К) 2<), где и, =n-(-2 ..
Заметим, что (10), (12) и (13) есть функция дискретного преобразования
Фурье комплексной последовательности сигналов C (i) для гармоник, кратных целой степени двойки.
Мощность и амплитуда любой гармоники с учетом (2) и (3) определяются как М
M ((()+4k) 2 )) =(2 ((1+4k) 2()) +
+(Р ((1+41с) 2 )1, (14)
А (((1+4k) 2 )) = М (((1+4k) 2 )) . (15)
На фиг.1 изображена структурная схема устройствами на фиг.2 — структу1 ра блока суммирования-вычитания; на фиг.3 — структура блока нелинейного преобразования.
Рассмотрим схему устройства для определения амплитуды и мощности спектральных составляющих комплексно» го сигнала. н-Ярусная схема (фиг.1) имеет две
ll группы по 2 входов, на которые пода3 13090 ют действительные и мнимые составляющие комплексной последовательности сигналов 2(з.) <(0 2 -1) и две группы по (2" +1) выходов, на которых формируются амплитуды и мощности спектральных составляющих гармоник входного комплексного сигнала.
Устройство содержит блоки 1 суммирования-вычитания (преобраэования первого рода и блоки 2 суммирования, 10 имеющие две группы (действительную и-1+ и мнимую) по 2 1 входов и соответп-Р ственно две группы по 2 выходов, блоки косинусного 3-1 и синусного
3-2 дискретных преобразований Фурье 15
n- <-< сигналов, имеющие 2 входов и
2 " выходов, блоки 4 суммированиявычитания алгебраического суммировая — — 9 ния, имеющие две группы по 2 и- -3 входов и две группы по 2 выходов,20 блоки 5 нелинейного преобразования, имеющие два входа и два выхода (р=
=1,2,...,и, Oc( Блок 4 суммирования-вычитания (фиг.2) содержит вычитатели 6 и сумматоры 7. Блок 5 нелинейного преобразования (фиг.3) содержит сумматор 8, квадраторы 9 и узел 10 извлечения квадратного корня. 30 Блок 2 суммирования предназначен для формирования комплексной последовательности сигналов из входной комплексной последовательности сигналов по формуле 35 Я (i) = Е(1) +Я(2 +i); n-P Oui 2 -1 1(реп и определяет значения сумм двух сиг- 40 налов Z(i) и Z(2 +1) при f =(+1; 0<(s п-1 и значении сигналов С (i) (11) в формулах (9) и (10). Блок 3-1 косинусного дискретного преобразования Фурье 45 Р (k) = 7 6(1) ° cos, Окг 2 Ыс л- =о 2" Блок 3-2 синусного дискретного преобразования Фурье -1 F (k)=QG(i) sin ; 0.Ьг 5 .. 27 ik ;=о 2л и определяет значения косинусных и синусных составляющих в формуле (11) ° Блоки суммирования-вычитания 4 предназначены для формирования двух групп сигналов из входной последова37 4 тельности двух групп сигналов по формулам. Н (k)=S(k)+v(k); Н"(k)=S(k)-V(k); п 9=1 0cki2 pw +2. 0< + n 3 и определяют значения дискретного преобразования Фурье для ((1+4k)» хг()-й и для ((1-4k) ° 2 )-й гармоник в формулах (12) и (13). Блок 5 нелинейного преобразования предназначен для формирования амплитуды и мощности спектральной составляющей входного комплексного сигнала и определяет эчачения сигналов М ((1+ +4k) 2 )) и А (((1+4k) 2 )) в формулах (14) и (15) . формула из обретения Устройство для определения амплитуды и мощности спектральных составляющих комплексного сигнала, содержащее группу иэ и блоков суммирования (п=1од И, N — размер преобразования), первую группу из п блоков суммирования и вычитания и N блоков нелинейного преобразования, причем i-й вход j-ro (j=2,п, i=2 ) блока суммирования и вычитания первой группы соединен с i-м входом j-го блока суммирования группы и подключен к 1-му выходу суммы (j-1)-го блока суммирования и вычитания первой группы, а 1-й выход разности k-го (k=1,п-1 . 1=1,2 )t блока суммирования и вычитания первой группы подключен к 1-му входу (k+1Tго блока суммирования, à m-й вход (в=1,2"" ) вход первого блока суммирования и вычитания первой группы является m-м информационным входом устройства, причем первый и второй выходы S-го (S=1 N) блока нелинейного преобразования являются выходами соответственно амплитуды и мощности i-й гармоники устройства, при этом блок нелинейного преобразования содержит два квадрата, сумматор и узел извлечения квадратного корня, вход которого подключен к выходу суммато,ра, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго квадраторов, входы .которых являются соответственно входами реальной и мнимой части числа блока нелинейного преобразования, первым и вторым выходами которого яв13090 Составитель А.Баранов Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетник Редактор А.Ворович Тираж б73 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„, д, 4/5 Заказ 1800/42 Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4 ляются соответственно выход сумматора и выход узла извлечения квадратного корня, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит вторую группу бло- 5 ков суммирования и вычитания, группу -блоков синусного дискретного преобразования Фурье и группу блоков косинусного дискретного преобразования Фурье, i-й (i1,2, р= +2; 0» ) n-3) 10 информационный вход -го (r=1,2) блока синусного дискретного преобразования Фурье соединен с i-м информ| мационным входом -ro блока косинусного дискретного преобразования Фурье 15 и подключен к i-му выходу р-ro блока — n-p-s суммирования группы, j-ые (j=1,2 ) информационные выходы блока косинусного дискретного преобразования Фурье и блока синусного дискретного преоб-:20 37 6 разования Фурье подключены к j-мвходам соответственно первой и второй z группы -ro блока суммирования и вычитания второй группы, причем k-e (k=0,2 ) информационные выходы ) -ro блока косинусного дискретного преобразования Фурье -ro блока си2 нусного дискретного преобразования Фурье, -ro блока косинусного дис2 ( кретного преобразования Фурье, у -го блока синусного дискретного преобразования Фурье подключены к k-м вхо1 дам первой и второй групп -го и -го блоков суммирования и вычитаz ния второй группы, причем k-ые выz ходы суммы и разности -го блока суммирования и вычитания подключены к входам соответственно реальной и мнимой частей числа k) -ro блока нелинейного преобразования.
