Устройство для выполнения преобразования фурье

 

((()928363

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиин

Социвлистмче сима республик (Sl ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.06.80 (2t ) 2943590/18-24 с присоединение(и заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.05,82. Бюллетень М 18

Дата опубликования описания 19 05.82 (5l)M. Кл.

& 06 F 15/332

Гесударсткнный ке(ннтет (53).УДК 681.3 (088.8) нв делам изобретений н етнрытнй

И. Я. Билинский, 10. Ф. Боровик и А. К. Мцкелсон

1 .! (72) Авторы изобретения

3 (Институт электроники и вычислительной техникй= ---- ---.

АН Латвийской CCP (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ПРЕОБРАЗОВА НИЯ ФУРЬЕ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и мокет быть использовано в радиотехнике, электросвязи и измерительной технике для определения коэффициентов преобразования Фурье непрерывных и дискретных случайных сигS налов в реальном масштабе времени.

Известно устройство для выполнения преобразования Фурье, содержащее входные регистры, регистры комплексной весовой функции, коммутатор сомножителей, 1О блок управления, блок умножения, регистры произведений, коммутатор слагаемых, сумматор и регистр суммы Г1).

Недостатком этого устройства являет15 ся низкое быстродействие, обусловленное необходимостью большого количества операций перемножения многоразрядных чисел.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройст20 во для преобразования Фурье в.реальном масштабе времени, содержащее аналогоциФровой преобразователь, вход которого является аналоговым входом устройства, генератор тактовых импульсов, целители частоты, постоянное запоминающее уст.ройство и несколько идентичных каналов, каждый из которых содержит регистр и арифметическое устройство, предназначенное для преобразования промежуточных коэффициентов в коэффициенты Фурье 521.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью выполнения большого количества операций перемножения многоразрядных чисел при вычислении коэффидиентов Фурье.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства для выполнения пре образования Фурье.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для выполнения преобразования Фурье, содержащее генератор тактовых импульсов, блок памяти, блок задания входной информации, информационный вход ! которого является информационным входом устройства, первый и второй вычислитель3 .9283

BbK . блоки, входы и выхоцы которых являютс выходами устройства, содержит генератор псевдослучайных чисел, блок формирования стробимпульсов, цве группы по

@ шифраторов и две группы по и сумма торов-вычислителей (9 Й/2, Й -число отсчетов вхоцного сигнала), два регистра промежуточных коэффициентов, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входу генератора псевдослучайных чисел, .в.ыхоц которого подключен к адресному вхоцу блока памяти и к входу блока формирования стробимпульсов, выход которого подключен к управляющему входу блока задания входной информации, выход знакового разряда которого поцключен к первым входам всех шифраторов, вторые входы которых подключены к соответствуюшим выходам блока памяти, выходы шифраторов первой и второй групп поцключены K управляющим входам соответствующих сумматоров-вычита телей первой и второй групп соответственно, информационные входы всех сумматоров-вычитателeй подключены к информационному входу блока задания входной информации, выходы сумматоров-вычитателей первой и второй. групп подключены к вхоцам соо ветственно первого и второго регистров промежуточных коэффициентов, выхоцы первого и второго регистров промежуточных коэффициентов подключены к вхоцам соответственно первого и второго вычислительных блоков.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для выполнения преобразования Фурье; на фиг. 2 — пример фильтрующих функций и соответствующих им кодов, Устройство содержит информационный вход 1, блок 2 задания входной информа-. ции, генератор 3 тактовых импульсов, генератор 4 псевдослучайных чисел, блск 5 формирования стробим ульсов, блок 6 памяти, цве идентичные группы 7 блоков, каждая из которых содержит n шифраторов 8, и сумматоров-вычитателей 9, регистр 10 промежуточных коэффициентов, вычислительный блок 11, выхоцы 12 и входы 13 которых являются выходами устройства.

Блок 2 прецставляет собой аналогоцифровой преобразователь в случае зацания входной информации в вице аналогового сигнала или блок памяти, в который записыв аются цифровые отсчеты входной информации в случае задания вхоцной информации s дискретной форме.

63 4

Работа устройства в предположении, что входной сигнал его является анало« говым. Блок 5 в этом случае осуществляет преобразование поступающего на его вхоц коца во временной интервал.

Входной сигнал (аналоговый) поступает на вход блока 2 аналого-цифрового преобразователя. Тактовые импульсы с периодом Ь1 с выхода генератора 3 тактовых импульсов поступают на вход генератора 4 псевдослучайных чисел, на выхоце которого формируется послецовательность псевдослучайных чисел. Псевдослучайные числа поступают на вход бло ка 5 и ацресный вхоц блока 6 памяти, реализованного в вице постоянного запоминающего устройства. На выходе блока

5 через интервалы времени, пропорциона4 льные значениям псевдослучайных чисел, формируются стробимпульсы, запускающие блок 2 и образующие на оси времени стационарный поток с ограниченным последствием. Таким образом, производится цискретизация, вхоцного сигнала патока импульсов, отстояших один от другого на псевдослучайные интервалы времени, т.е. сгохастическая дискретизация.

Минимально возможный шаг по частоте определения значений коэффициентов цискретного преобразования Фурье составляет

Ы= —, I

М-а< . де М вЂ” количество точек выборки для вычисления коэффициентов дискретного преобразования Фурье;

И» »период тактовых импульсов с выхода генератора тактовых импульсов.

Логический уровень, соответствующий знаку текущего значения исслецуемого сигнала в момент цискретизации, с знакового выхода блока 2 поступает на первые входы шифраторов 8 групп 7 блоков на вторые вхоцы которых поступают считываемые кодом псевцослучайные числа с блока 6 памяти, соответствующие данному моменту цискретизации значения кс

n,oâ фильтрующих функций В „.(к) для первой группы 7 блоков и R „. (t<) цля вгорой группы.

Знак исслецуемого входного сигнала B момент дискретизации поступает с выхоца знакового разряда аналого-цифрсв ого преобразователя 2 на первые входы шифраторов 8. На их вторые входы с соответствующих выходов блока 6 памяти поступают значения фильтрующих функций для тех же моментов дискретизации:

5 928363

R g< (к ) — на первую группу 7 блоков, оказываются. записанными и промежуточR, („) - на вторую группу. При сов- ных значений коэффициентов a ., a в нака»

1 падении знаков исследуемого сигнала и пливаюших сумматорах-вычитателях 9 втофильтрующей функции на выходе шифрато- рой группы 7 — n промежуточных эначера 8 формируется код, разрешающий вы- ний коэффициентов b . полненне в соответствующем накапливак щем сумматоре -вычитателе 9 операции сложения, при несовпадении знаков - код, разрешающий выполнение операции вычитания. При поступлении на второй вход шифратора 8 кода, соответствующего нулевому значению фильтруюшей функции, на его выходе формируется код, запрещающий выполнение операции, при этом значение входного сигнала для данного мо. мента дискретизации не учитывается.

Пусть, например, используются фильтруюшие функции (фиг. 2)

0 дК(O5 к -(t )=

31 к 1 д, >Ос,к

25 ! где 1 — порядковый номер фильтруюшей функции

rrràrr

\ — момент дискретизации исследуК емого входного сигнала.

Ь„=4.„7- Я- (Ь„.1.Ь )

35 — дробная часть числа периодов

1-ой.фильтруюшей функции в интервале времени (О, 4 ) где (-)- целая часть выраженная в скобках.

Значения исследуемого сигнала в моменты дискретизации t„в виде цифрового кода с выхода блока 2 поступают на информационные входы накапливающих сум« маторов- вычитателей1 9, на управляющие

45 входы которых поступают сигналы с выходов соогветствующих шифраторов 8. При совпадении сигналов на обоих входах i --ro шифратора 8, на его выходе формируется код, разрешающий выполнение операции сложенйя Х (, ) с суммой, накопленной

50 в 1 -ом накапливающем сумматоре-вычитателе 9 s предшествующие моменты дискретизации данного цикла выборки. При несовпадении сигналов производится вычитание Х (< < ). В результате, после выполнения и тактов выборки значений исследуемого сигнала, в накапливающих сумматорах-вычитателях 9 первой группы 7

По окончании каждого цикла выбор и

Н значений X (t<) исследуемого сигнала производится перезапись промежуто -+ ных" значений коэффициентов а . и Ъ - иэ

1 1 накапливающих сумматоров-вычитателей

9 в регистры 10 промежуточных коэффициентов, после чего накапливающие сумматоры-вычитатели 9 обнуляются и начинается новый цикл выборки значений исследуемого сигнала и накопления промежуточных значений коэффициентов ц . и о 1

Поскольку стохастическая 1дискретизация стационарным потоком с ограниченным последствием позволяет получичь ассимптотически несмещенные оценки значений коэффициентов дискретного пресбразования Фурье для любой частоты незави-, симо от средней частоты дискретизации исследуемого сижалн, то при условии ото сутствия во входном сигнале составляющих с часготой выше частоты среза с = — ° f; значения коэффициентов

М

Фурье a„rr b; в тригонометрическом базисе рассчитываются через промежуточ-, ные значения коэффициентов rr и Ь . в базисе данных фильтруюших функций

Я . (ь) и R<Ä (t ) в соответсгвии со следующими соотношениями:

Как видно из соотношений, часть коэффициентов 41 и о- с индексами от к кЦ 1 (— ) +1 no — формируется в накап6 Q

7 92836 ливаюших сумматорах-вычитателях 9 и поступает на выходы 13. Значения коэффициентов а; и Ь; с инцексами от ( и цо 1 рассчитываются в блоках 11 в соответствии с приведенными соотношения- S ми. Их значения снимаются с выхоцов 12.

Вычисление значений коэффициентов с и Ь; производится во время набора послецующих М значений исследуемого сигнала» 10

В случае, если входная информация задается в цифровой форме, то блок 2 реализуется в вице блока памяти, в который строб-импульсами с выхода блока 5 производится запись текущего значения вход-45 ного сигнала в моменты дискретизации. В остальном работа устройства осуществляется аналогично.

Прецлагаемое устройство позволяет существенно. повысить быстродействие бла.20 гоцаря новому алгоритму вычисления коэффициентов Фурье, в котором вместо операций перемножения многоразрядных отсчетов исслецуемого .сигнала и многоразрядных отсчетов фильтрующих функций в тригонометрическом базисе производятся простые операции сложения и вычитания отсчетов сигналов; Количество операций умножения, необхоцимых для вычисления козффициентав Фурье, варьируется в зави-З0 симости or вида фидьтрующих 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, содержащее генератор такто-,щ вых импульсов, блок памяти, блок задания входной информации, ийформационный вход которого является информационным входом

3 8 устройства, вычислительные блоки, вхоцы и выходы которых являются выходами уст ройства, от лич ающе ес ятем, что, с целю повышения быстроцействия устройства, оно содержит генератор псевцослучайных чисел, блок формирования стробимпульсов, две группы по и шифраторов и две группы по N сумматоров-вычитателей (й = Й/2, — число отсчетов вхоцного сигнала) цва регистра промежуточных коэффициентов, причем выход ге- . нератора тактовых импульсов подключен к вхоцу генератора псевцослучайных чисел, выход которого поцключен к ацресному входу блока памяти и к входу блока формирования стробимпульсов, выход которого подключен к управляющему входу блока задания входной информации, выход знакового разряца которого подключен к первым входам всех шифраторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам блока памяти, выходы ши г раторов первой и второй групп поцключены к управляющим входам соответствующих сумматоров-вычитателей первой и второй групп соответственно, информационные входы всех сумматоров-вычитателей подключены к информационному выходу блока задания входной информации, выходы сум» маторов-вычитателей первой и второй групп Подключены к вхоцам соответственно первого и второго регистров промежуО точных коэффициентов, выхоцы первого и второго реестров промежуточных коэффициентов подключены к входам соответственно первого и второго вычислительных блоков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 598085, кл. Q 06 Г 15/34, 2, Патент США № 3881100, кл. 235-156, опублик. 1979 (прототип).

928363

Составитель В. Байков

Редактор И. Kacapna TexpeA С.Мигунова Корректор О. Билак

Заказ 3242/62 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по аелам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4