Интерполятор

 

Излагается реализация интерполятора, относящегося к вычислительной технике и предназначенного для использования в цифроаналоговых системах автоматического управления в составе бортовой аппаратуры летательных аппаратов. Интерполятор обеспечивает восстановление неизвестной функции с ограниченным спектром w_В , поступающей на вход устройства в виде непрерывного сигнала, по совокупности отсчетных значений f(k, Δt) по известной теореме отсчетов где w - частота входной функции; k - номер отсчета /выборки/ входной функции, Δt - интервал дискретизации. Благодаря определенному соединению генератора импульсов, аналого-цифрового преобразователя, блока синхронизации, блока цифровой развертки, буферного регистра, распределителя импульсов, блока вычисления функции, первого блока регистров, генератора стандартной функции, первого и второго блоков задержки, первого элемента задержки достигнут технический результат, заключающийся в повышении точности восстановления функции, уменьшении числа используемых дискретных значений и уменьшении времени восстановления. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифроаналоговых системах автоматического управления, работающих в условиях воздействия импульсных помех и предназна- ченных для эксплуатации в составе бортовой аппаратуры.

Известно восстановление неизвестной функции по формуле f(t)= f(k, Δt)×sin ω(t-k×Δt)/ω(t-k×Δt) по совокупности значений f(k, Δt) от f(o) до f(k, Δt) для любого интервала: (0,1) . . . (k-1, k) [1] .

Однако вычисление f(t) для интервалов (1,2); (2,3) и т. д. все более углубляет полученные значения, так как производится суммирование в положительную и отрицательные стороны (по k) членов двух похожих, но отличающихся начальными членами и рядом (из-за разных последовательностей стандартных функций sin ω(t-k×Δt)/ω(t-k×Δt) .

Поэтому восстановление точнее, еcли отбрасывать значения f(k, Δt), лежащие левее начального интервала, ряды по +k и -k cтановятся более равными по стандартным функциям. Причем точность повышается в разы. В частности, для примера Дьяконова по пяти значениям точнее, чем по 13 значениям до 20 раз.

Известно устройство содержащее определенным образом соединенные аналого-цифровой преобразователь, синхрониза- тор, блок вычислений, память заданного спектра, первый и второй делители, входную и выходную шины [2] .

Синхронизатор 11 данного устройства эквивалентен блоку синхронизации предложенного устройства совместно с генератором импульсов.

Блок 5 вычислений известного устройства эквивалентен блоку вычислений предложенного устройства. Память 12 заданного спектра эквивалентна соответственно блоку 4 цифровой развертки и распределителю импульсов. Данное известное устройство восстанавливает сигнал на выходе при различных заданных спектрах, используя вычисления по алгоритму обратного преобразо- вания Фурье.

Однако недостатком такого устройства является не высокая точность восстановления входной функции из-за вычисления f(t) по известному алгоритму ОБПФ, с разными последовательностями функций, рассмотренных выше.

Цель изобретения - повышение точности восстановления функции (или уменьшение числа используемых дискретных значений, или уменьшение времени восстановления).

Восстановление проводится только в первом интервале между дискретными значениями, условно принятыми за нулевой и первый (следующий за нулевым).

При восстановлении неизвестной функции на произвольном интервале между двумя известными значениями функции за нулевой отсчет функции берется отсчет левой границы интервала, за первый - отсчет для правой границы.

В восстановлении используются необходимое число k известных отсчетов вpпаво (по направлению возрастания аргумента), известные отсчеты левее, принятого за нулевой отбрасываются.

Введение буферного регистра 5 обеспечивает прием и запоминание значений ω_ви k, определяющих верхнюю частоту спектра входной функции и необходимое число отсчетов.

Введение первого блока регистров обеспечивает запоминание значений выборок входной функции, которые затем используются для восстановления функции по теореме отсчетов.

Введение первого блока задержек обеспечивает подключение соответствующего регистра блока регистров к третьему входу блока вычислений после приема соответствующей выборки в ячейку с соответствующим номером первого блока регистров.

Введение второго блока задержки обеспечивает прием во второй блок регистров блока вычислений результата перемножения соответствующей выборки со значением весовой функции sinX/X после подключения выборки ко входу блока вычислений и окончания операции умножения.

Введение I-го элемента задержки обеспечивает стробирование результата вычисления на выходную шину и последующее приведение 2-го блока регистров в исходное нулевое состояние.

Благодаря указанной совокупности существенных признаков обеспечено повышение точности восстановления функции (или уменьшение числа используемых дискретных значений, или уменьшение времени восстановления).

На фиг. 1 представлена функциональная схема интерполятора; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая работу интерполятора; на фиг. 3 - функциональная схема блока вычислений функции.

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения: генератор 1 тактовых импульсов; аналого-цифровой преобразователь 2; блок 3 синхронизации; блок 4 цифровой развертки; буферный регистр 5; распределитель 6 импульсов; блок 7 вычислений функции; блок 8 регистров; генератор 9 весовой функции; I-й и 2-й блоки 10,11 элементов задержки; 1 элемент 12 задержки; вход 13 значения входной функции интерполятора; вход 14 управления интерполятора; выход 15 интерполятора; f_вх(t) - сигнал на входе 13; f_такт - импульсы на тактовом выходе блока 3 синхронизации; f_цикл - импульсы на выходе циклов блока 3 синхронизации; КЦП - код цифровой пилы на выходе блока 4 цифровой развертки; sinX/X- значения весовой функции на выходе генератора 9 стандартной функции; PИ-0, РИ-1. . . РИ-4 - импульсы на выходах 0,1. . . . 4 распределителя 6 импульсов τ₁-0, τ₂-0 - импульсы на выходах первого 10 и второго 11 блоков задержки; τ₃ - импульсы на выходе элемента 12 задержки; f_вых(t) - восстановленные импульсные значения входной функции для первого 01 такта нулевого I, первого I и второго 2 циклов; элемент 16 задержки, блок 17 умножения, блок 18 регистров, сумматор 19, блок 20 элементов задержки.

Интерполятор работает следующим образом.

Перед началом работы в буферный регистр 5 по входу 14 управления заносят коды значений граничной частоты спектра ω_в(интервал дискретизации Δt= Π/ω_в и число k необходимых отчетов (выборок) входной функции f_вх(t) и приводится в исходное нулевое состояние блок 3 синхронизации.

Затем блок 3 синхронизации в соответствии со значениями принятых управляющих кодов выдает на первом выходе импульсы тактовой частотой f_такт= ω_в/2Π, а на втором выходе - импульсы частотой циклов f_цикл= f_такт/k.

Аналого-цифровой преобразователь 2 по каждому тактовому импульсу на третьем входе осуществляет аналого-цифровое преобразование входной функции f_вх(t).

При этом каждый код цифровой выборки с выхода АЦП 2 заносится в первый блок 8 регистров в ячейку памяти с номером, соответствующим номеру отсчета.

Одновременно блок 4 цифровой развертки обнуляется по импульсу, поступающему на его второй вход, и начинает заполняться импульсами, поступающими от генератора 1 импульсов по первому входу.

Таким образом, на выходе блока 4 цифровой развертки формируются пилообразно изменяющиеся значения цифровых кодов, которые воздействуя совместно с кодами управления на первые и вторые входы генератора 9 стандартной функции sinX/X, формируют весовую функцию, показанную на оси sinX/X (см. фиг. 2).

При этом импульсы на выходе распределителя 6 импульсов с задержкой, реализованной в первом блоке 10 задержки, поочередно выводят из третьего состояния ячейки 8₀, 8₁. . . 8_N первого блока. Восемь регистров подают значения выборок на третий вход блока 7 вычислений.

Блок 7 вычислений осуществляет перемножение значений выборок функции f_вх(t) c cоответствующими значениями весовой функции sinX/X с последующим суммированием этих произведений на интервале каждого цикла.

По импульсу f_цикл cо второго выхода блока 3 синхронизации, задержанному на первом элементе 12 задержки, стробируется результат вычислений в блоке 7 вычислений и восстановленное импульсное значение f_вых(t) поступает на выходную шину 15.

По этому же импульсу f_цикл блок 7 вычислений приводится в исходное состояние для вычислений в следующем цикле работы интерполятора.

В следующих циклах интерполятор работает аналогично работе в первом цикле. (56) В. П. Дьяконов. Справочник по расчетам на микрокалькуляторах. Программа 5.109 вычисления по ряду Котельникова. М. : Наука, 1988.

Авторское свидетельство СССР N 1151986, кл. G 06 F 15/332, 1982.

Формула изобретения

ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, блок вычисления функции, генератор весовой функции, блок цифровой развертки, распределитель импульсов, отличающийся тем, что в него введены буферный регистр, блок регистров, первый и второй блоки элементов задержки, элемент задержки, входы граничной частоты спектра и числа выборок интерполятора являются информационными входами буферного регистра, вход значений входной функции интерполятора является первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и синхровходами блоков синхронизации и цифровой развертки, а третий вход соединен с входом распределителя импульсов и с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен с входом сброса блока цифровой развертки и через первый элемент задержки с входом установки блока вычисления функции, синхровход которого через второй блок элементов задержки соединен с выходами первого блока элементов задержки и с управляющими входами блока регистров, выходы которого соединены с первым информационным входом блока вычисления функции, выход которого является выходом устройства, а второй информационный вход соединен с выходами генератора весовой функции, первый вход которого соединен с выходом блока цифровой развертки, а второй вход соединен с выходом буферного регистра и входом кодоуправления блока синхронизации, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами блока регистров, синхронизирующие входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов и с входами первого блока элементов задержки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3