Цифровой анализатор мгновенного спектра

 

Г аМ (й а ." . (72) Авторы изобретения

В.Я. Краковский и В.ф. Коваль

Ордена Ленина институт кибернетики AH Ук аинской.ССР-, I

- -, - Д

1 (7l ) Заявитель (54) ЦИФРОВОИ АНАЛИЗАТОР МГНОВЕННОГО . СПЕКТРА

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, предназначено для обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задачах выделения полезных сигналов на фоне помех, в спектральном анализе, в задачах классификации сигналов и т.п.

Известен цифровой анализатор мгновенного спектра, который содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого является выходом устройства, а выход соединен с информационным входом первого блока оперативной памяти (БОП) и первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого БОП, цифровой генератор гармонических функций, два блока умножения, первые входы которых объединены, второй и третий сумматоры, второй и третий БОП, информационные входы которых являются выходами устройства Г! 1.

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, ограничивающее частотный диапазон анализируемых сигналов, которое обуслов5 лено тем что операция умножения лриЭ ращения отсчета сигнала на значения весовых коэффициентов и суммирование результатов умножения с отсчетами спектра, полученными на предыдущем

1О шаге скольжения осуществляются поУ следовательно во времени.

Известен цифровой анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, три блока опертивной

15 памяти и цифровой генератор гармонических функций, сумматоры, регистры, два блока умножения (2 .

Недостаток известного устройства состоит в недостаточном быстродействии, вследствие работы с полными отсчетами на всех стадиях расчета;

Цель изобретения - повышение быстродействия цифрового анализатора мгновенного .спектра и, как следствие, 93241 расширение частотного диапазона анализируемых сигналов.

Указанная цель достигается тем, что в цирфовой анализатор мгновенного спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является входом анализатора, а выход подключен к первому входу первого блока оперативной памяти, генератор тактовых импульсов, 10 выход которого соединен с входом делителя частоты, два блока умножения, первые входы которых объединены, а вторые подключены соответственно к первому и второму выходам первого регистра, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами цифрового генератора гармонических"-функций, выход блоков умножения через соответственно второй и третий. регистры подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы котоых соединены с выходами соответственно четвертого и пятого регистров, входы которых подключены к выходам соответственно второго и третьего блоков оперативйой памяти, выходы первого и второго сумматоров соединены с входами соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти через шестой и седьмой регистры соответственно, введен третий сумматор и восьмой регистр, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключен к первому входу

3$ блоков умножения, вход третьего сумматора соединен с выходом соответственно первого блока оперативной памяти и аналого-цифрового преобразова4Q теля, управляющий вход которого объединен с управляющими входами первого блока оперативной памяти и восьмого регистра и подключен к выходу делите" ля частоты, управляющие входы всех

45 регистров, кроме восьмого, объединены с управляющими входами цифрового генератора гармонических функций, второго и третьего блоков оперативной памяти и подключены к выходу генератора импульсов.

На чертеже представлена структурная схема цифрового анализатора мгновенного спектра.

Анализатор содержит АЦП 1, на вход 33 которого поступает исследуемый сигнал. f(t), первый БОП 2 для хранения дискретных отсчетов исследуемого

9 4 участка Реализации первый сумматор

У первыи регистр 4, цифровои генератор

5 гармонических функций, второй регистр 6, блоки 7 и 8 умножения, тре" тий и четвертый регистры 9 и 10, второй и третий сумматоры 11 и 12, пятый и шестой регистры 13 и 14 второй и третий блоки 15 и 16 оперативной памяти, седьмой и восьмой регистры 17 и 18, генератор 19 импульсов и делитель 20 частоты.

Вместо АЦП 1 может быть использован любой источник цифровых кодов, обеспечивающий подачу отсчетов исследуемого сигнала, например, от ЭВИ.

Устройство работает следующим образом.

Анализатор спектра реализует следующий алгоритм (при условии, что

q <0 =- Р (Р)=0 u q

Г1,(Р) = F g,(Р) + N (f (q)

f (q-й)) Ы g, P@0@P

Генератор 19 тактовых импуль сов и делитель 20 частоты управляют работой операционных блоков анализатора таким образом, что сиена информации в преобразователе 1, первом блоке 2, первом сумматоре 3 и первом регистре 4 происходит в Р раз реже, чем в остальных блоках анализатора, где

P " число определяемых гармоник мгновенного спектра:

Р М/2

Разрядность БОП 2 соответствует разрядности преобразователя 1, а число ячеек равно N. С приходом каждого запускающего импульса с выхода делителя 20 частоты происходит запись приращения отсчета f+ = f(q) - f(q-Й) в регистр 4, в блок 2 записывается значение отсчета .f(q) и на его выходе появляется значение отсчета f(q-И+1)=

= А. Преобразователь 1 вырабатывает код нового отсчета У(ц +1) = В и подает его на вход блока 2 и первый вход сумматора 3, на второй вход которого с выхода блока 2 подано значение А. Сумматор 3 производит вычитание В - А и результат Ь1 4 подает

ЪФ4 на информационный вход регйстра 4, В таком состоянии блоки 1-4 остаются до прихода следующего импульса с делителя 20 частоты, который записывает

hf < в регистр 4, и производятся вновь выше перечисленные операции.

Разрядность сумматора 3 и соответсти 16 записываются соответственно значения RgFq1,-.1(Р +2) иЗ„ Fq,„ (P+ 2) .

Число ячеек памяти в каждом из блоков 15 и 16 оперативной памяти равно P - 2 ° Следует иметь в виду, что в тот момент времени, когда на выход анализатора поданы отсчеты гармоники с номером P (записанные в регистрах 13 и .14), на выходах регистров соответствующие номеру гармоники р+1, на выходах регистра 7, блоков 15 ответствующие номеру гармоники р+2 и, наконец, цифровой генератор 5 гармонических функций готовит в этот момент весовые коэффициенты, соответствующие номеру гармоники p+3.

Блоки арифметических устройств,(сумматоры и умножители) могут быть выполнены, например, в виде нетактируемых комбинационных схем на потенциальных элементах и не требуют синхронизирующих тактовых импульсов.

Блоки оперативной памяти могут быть собраны из цепочек сдвигающих регистров.

Цифровой анализатор мгновенного спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является входом анализатора, а выход подключен к первому входу первого блока оперативной памяти, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, два блока умножения, первые входы которых объединены, а вторые подключены соответственно к первому и второму выходам первого регистра, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами цифрового генератора гармонических функций, выходы блоков умножения через соответственно второй и третий регистры подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, вторые входы коров, входы которых подключены к выходам соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти, выходинены с входами соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти через шестой и се 1ьмой регистры соответственно, о т л и ч а ю5 932419 6 венно регистра 4 должна быть на один разряд больше разрядности АЦП 1.

Выход регистра 4 подан на первые входы блоков 7 и 8 умножения, на вторые входы которых с выходов второго регистра 6 последовательно во времени поступают значения весовых коэффициентов И = cos< Ðq - jып — Pq =

= Ср - ).„5Р. Эти коэффициенты вырабатывает цифровой генератор 5 гармоничес 1 9, 10, 17 и 18 установлены операнды, ких функций и подает на информационные входы регистра 6. Причем с помощью генератора 19 тактовых импуль- и 16 устанавливаются операнды, сосов работа схемы синхронизирована таким образом,что с приходом каждого 1S тактового импульса в регистр 6 запи. сываются значения Ср и Sp, а генератор 5 начинает вырабатывать следующую пару коэффициентов - Ср+-1 и Sp < °

Введенные разделительные регистры щв выполняют функции сверхоперативных запоминающих устройств.

С выходов блоков 7 и 8 умножения произведения ЬХс Ср и hfqSp поступают соответственно на информационные вхо- 2S ды регистров 9 и 10, запись в которые производится следующим тактовым импульсом. Выходы. регистров 9 и 1О соермула из динены соответственно с первыми входами сумматоров 11 и 12, на вторые вхо- з ды которых поданы соответственно выходы регистров 17 и 18, в которых записаны соответствующие значения действительной ВВЕЛ <(P) и мнимой

QFq (P) составляющих спектра, полученных на предыдущем шаге скольжения. Суммирование в сумматорах 11 и 12 производится с учетом масштаб" ного множителя 1/й, а так же как

N = 21, где n - целое, то учет этого 4 масштабного множителя осуществляется весьма просто путем соответствующего сдвига на и разрядов. На выходе сумматора 11 получается сумма ReFцq,(Р)

" RqFq,- (Р)+ Ь 1с - Ср, которая подается на информационный вход регистра 13. С выхода сумматора 12 алгебраическая сумма Э 1Fg(P) =ЗщГ „(Р)

- -"ь ASð подается на информационный

Я вход регистра 14. Запись в регистры торых соединены с выходами соответ5A.

13 и 14 производится следующим так- ственно четвертого и пятого регисттовым импульсом. C выходов регистров

13 и 14 значения отсчетов мгновенного спектра ВЕFq(P) и3 Fq(P) поступают на выход анализатора и одно- ды первого и второго сумматоров соеSS . временно на информационные входы соответственно блоков 15 и 16.

Следующим тактовым импульсом в регистры 17 и 18 с выходов блоков 15

Составитель В. Жовинский

Редактор В. Пилипенко Техред И. Надь Корректор С. Шекмар

Тираж 719 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 3776/65 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 93241 шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен третий сумматор и восьмой регистр, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключен к первому входу блоков умножения, вход третьего сумматора соединен с выходом соответственно первого блока оперативной памяти и аналого-цифрового преобразователя, управляющий tO вход которого объединен с управляющи ми входами первого блока оперативной памяти и восьмого регистра и подключен к выходу делителя частоты, управ9 8 ляющие входы всех регистров, кроме восьмого, объединены с управляющими входами цифрового генератора гармонических функций, второго и третьего блоков оперативной памяти и подключены к выходу генератора тактовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США и 3778606, кл. 235-156, опублик. 1973.

2.Цифровой анализатор спектра

ЬоФагйгоп 1510, T.Î. 1978, с. 4-25 (прототип).