JPH0644300B2 - Real-time Fourier transform method and apparatus - Google Patents

Real-time Fourier transform method and apparatus

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JPH0644300B2
JPH0644300B2 JP62118618A JP11861887A JPH0644300B2 JP H0644300 B2 JPH0644300 B2 JP H0644300B2 JP 62118618 A JP62118618 A JP 62118618A JP 11861887 A JP11861887 A JP 11861887A JP H0644300 B2 JPH0644300 B2 JP H0644300B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフーリエ変換方法および装置、特に信号を入力
しながらこの信号をフーリエ変換した結果を連続して出
力することのできる実時間フーリエ変換方法に関する。
The present invention relates to a Fourier transform method and apparatus, and more particularly to a real-time Fourier transform method capable of continuously outputting the result of Fourier transform of a signal while inputting the signal. Regarding

〔従来の技術〕[Conventional technology]

周期的な関数の分析に、フーリエ変換は極めて有効な手
法であり、種々の計測値の分析に用いられている。一般
に、フーリエ変換では、時間tに関して周期的な基本周
波数をもった信号F(t)を、この基本周波数の整
数倍の周期をもった複数の周期関数の和によって表現す
ることになる。すなわち、入力信号F(t)は、 なる関数G(t)で近似される。ここで、i=1,2,
…,Nであって、Nを大きくとればとる程フーリエ変換
の精度は向上し、G(t)はF(t)に忠実になる。な
お、Cは各周期関数の振幅を表し、ψは位相を表
す。
The Fourier transform is an extremely effective method for analyzing a periodic function and is used for analyzing various measured values. Generally, in the Fourier transform, a signal F (t) having a fundamental frequency that is periodic with respect to time t is represented by the sum of a plurality of periodic functions having a period that is an integral multiple of this fundamental frequency. That is, the input signal F (t) is Is approximated by the following function G (t). Where i = 1, 2,
, N, and the larger N is, the more accurate the Fourier transform is, and G (t) becomes more faithful to F (t). Note that C i represents the amplitude of each periodic function, and ψ i represents the phase.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来のフーリエ変換方法は、入力信号F(t)を所定の
期間だけ所定の周期でサンプリングし、このサンプリン
グによって得られたサンプリング値に基づいて、各周期
関数を決定している。したがって、信号F(t)が入力
されても、所定のサンプリング期間および演算期間が経
過しないうちは、フーリエ変換の結果を得ることができ
ないという問題点があった。
In the conventional Fourier transform method, the input signal F (t) is sampled at a predetermined cycle for a predetermined period, and each periodic function is determined based on the sampling value obtained by this sampling. Therefore, even if the signal F (t) is input, there is a problem that the result of the Fourier transform cannot be obtained before the predetermined sampling period and calculation period have elapsed.

そこで本発明は、信号を入力しながら連続的にフーリエ
変換結果を出力することができる実時間フーリエ変換方
法を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a real-time Fourier transform method capable of continuously outputting a Fourier transform result while inputting a signal.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、時間tに関して変化する信号F(t)を、基
本周波数の整数倍の周波数をもったN個の周期関数の
和として、 (但し、Cは振幅、ψは位相) なる式で定義される関数G(t)で表現できるように変
換するフーリエ変換方法および装置において、 信号F(t)を入力し、 基準周波数の逆数として与えられる基本周期Tの期間
をk分割し、入力した信号F(t)の分割した各時点に
おける値を標本値としてそれぞれ求め、この標本値の平
均値をk分割平均値Fk(t)として求める手順を、k
=1,2,…,Nのそれぞれについて行い、N個の分割
平均値F1(t)、F2(t),…,FN(t)を求
め、 N個の周期関数と前記N個の分割平均値との関係から得
られるN元連立一次方程式を解いて、N個の周期関数の
時間tにおける瞬時値を連続的に求めるようにしたもの
である。
According to the present invention, a signal F (t) that changes with respect to time t is defined as the sum of N periodic functions having frequencies that are integral multiples of the fundamental frequency. (However, C i is the amplitude, ψ i is the phase) In a Fourier transform method and apparatus for transforming so that it can be expressed by a function G (t) defined by the formula, a signal F (t) is input and The period of the basic cycle T given as the reciprocal number is divided into k parts, and the values at the respective divided points of the input signal F (t) are obtained as sample values, and the average value of the sample values is k-divided average value Fk (t). The procedure to obtain
= 1, 2, ..., N, to obtain N divided average values F1 (t), F2 (t), ..., FN (t), N periodic functions and the N divided averages. The N-ary simultaneous linear equations obtained from the relationship with the values are solved to continuously obtain the instantaneous values of the N periodic functions at time t.

〔作用〕[Action]

まず、変換すべき信号をF(t)とし、この信号が基本
周波数をもった周期的な信号であるとする。そして、
この信号F(t)を、基本周波数の整数倍の周波数を
もったN個の周期関数の和として、(1)式のような形の
関数G(t)で表現するものとする。
First, assume that the signal to be converted is F (t), and that this signal is a periodic signal having a fundamental frequency. And
This signal F (t) is expressed as a function G (t) having a form as shown in equation (1) as the sum of N periodic functions having frequencies that are integral multiples of the fundamental frequency.

ここで、Cは振幅、ψは位相である。 Here, C i is the amplitude and ψ i is the phase.

いま、信号F(t)が第2図に示すような関数であり、
その基本周期T(T=1/)が図のような期間である
とする。この基本周期Tを1分割、2分割、3分割した
場合の図をそれぞれ同図(a)、(b)、(c)に示す。ここ
で、分割した各時点における値をその分割における標本
値と呼べば、1分割した場合の標本値はX11、2分割し
た場合の標本値はX21およびX22、3分割した場合の標
本値はX31、X32、およびX33となる。この標本値の平
均値を求め、一般にk分割した場合の標本値の平均値を
k分割平均値F(t)で表せば、 F1(t)=X11 (2) F2(t)=(X21+X22)/2 (3) F3(t)=(X31+X32+X33)/3 (4) である。
Now, the signal F (t) is a function as shown in FIG.
It is assumed that the basic cycle T (T = 1 /) is a period as shown in the figure. Figures (a), (b), and (c) of the same figure show the case where the basic period T is divided into one, two, and three, respectively. Here, the value at each divided time point is called the sample value in that division, the sample value in the case of 1 division is X 11 , the sample value in the case of 2 division is X 21 and X 22 , and the sample in the case of 3 division. The values are X 31 , X 32 , and X 33 . If the average value of the sample values is calculated and the average value of the sample values when k-divided is generally expressed by the k-divided average value F (t), F1 (t) = X 11 (2) F2 (t) = (X 21 + X 22 ) / 2 (3) F3 (t) = (X 31 + X 32 + X 33 ) / 3 (4).

本発明の基本原理は、G(t)=F(t)であれば、こ
のk分割平均値Fk(t)が次式で表現できるという数
学的法則を見出だしたことに基く。
The basic principle of the present invention is based on the finding of a mathematical law that, if G (t) = F (t), this k-divided average value Fk (t) can be expressed by the following equation.

但し、i=kn、mはN/kの整数部である。なお、こ
の(5)式が成立する数学的証明は後にまわすことにす
る。
However, i = kn, m is an integer part of N / k. In addition, the mathematical proof that the equation (5) holds will be given later.

本発明では、入力した信号F(t)をk分割(k=1,
2,…,N)し、N個の分割平均値F1(t),F2
(t),…,FN(t)を時刻tにおいて実測して求め
ることになる。いま、行列A,S,Fを次のように定義
すれば、 (5)式から(9)式が得られる。
In the present invention, the input signal F (t) is divided into k (k = 1,
2, ..., N), and N divided average values F1 (t), F2
(T), ..., FN (t) are measured and obtained at time t. Now, if the matrices A, S, and F are defined as follows, Equation (9) is obtained from equation (5).

AS=F (9) したがって、F1(t)〜FN(t)が求まっていれ
ば、Aの逆行列A-1を用いて次式によってSが求まる。
AS = F (9) Therefore, if F1 (t) to FN (t) are obtained, S is obtained by the following equation using the inverse matrix A −1 of A.

S=A-1F (10) ここでSは(7)式に示すように、求めるべきN個の周期
関数を要素とした行列であるから、結局時刻tにおける
N個のフーリエ展開関数の瞬時値が得られることにな
る。以上の操作を時間的に連続して行えば、信号を入力
しながら連続してフーリエ変換結果を出力することがで
きるようになる。
S = A −1 F (10) Here, S is a matrix having N periodic functions to be obtained as elements, as shown in the equation (7), so that N instantaneous Fourier expansion functions at time t The value will be obtained. If the above operation is continuously performed in time, it is possible to continuously output the Fourier transform result while inputting a signal.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。第1図は本
発明に係る実時間フーリエ変換方法の変換手順を示す流
れ図である。まず、ステップS1において、変換対象と
なる信号F(t)の入力を行う。本発明に係る方法は、
実時間でフーリエ変換を行うことが可能であるから、時
刻tにおける入力信号F(t)の瞬時値が与えられる
と、これに対応した何らかのフーリエ変換出力が得られ
ることになるが、実際にはこの出力は少なくとも、基本
周期Tの期間だけ遅延して出力されることになる。
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a flow chart showing a conversion procedure of a real-time Fourier transform method according to the present invention. First, in step S1, the signal F (t) to be converted is input. The method according to the present invention is
Since it is possible to perform Fourier transform in real time, if an instantaneous value of the input signal F (t) at time t is given, some Fourier transform output corresponding to this is obtained, but in reality, This output is delayed by at least the period of the basic cycle T and then output.

ステップS2においてこの信号F(t)に基づいて、基
準周波数が求められる。これは、予め入力信号F
(t)の基準周波数がわかっているのであればその値を
用いればよいし、わかっていない場合には適当な周波数
測定手段を用いて測定した値を用いればよい。
In step S2, the reference frequency is obtained based on this signal F (t). This is the input signal F
If the reference frequency of (t) is known, its value may be used, and if it is not known, the value measured using an appropriate frequency measuring means may be used.

次に、ステップS3においてパラメータkを初期値1に
セットする。このパラメータkは基本周期Tの分割数に
相当するものであり、後のステップS7,S8に示すよ
うに、k=1,2,…,Nと1〜Nまで1ずつ増加して
分割処理が繰返される。
Next, in step S3, the parameter k is set to the initial value 1. This parameter k corresponds to the number of divisions of the basic period T, and as shown in steps S7 and S8 to be described later, k = 1, 2, ... Repeated.

パラメータkの値がセットされたら、ステップS4にお
いて入力した信号F(t)を、基本周期Tの期間におい
てk分割する。k=1,2,3の場合は、それぞれ第2
図(a),(b),(c)のようになる。
When the value of the parameter k is set, the signal F (t) input in step S4 is divided into k in the period of the basic cycle T. If k = 1, 2, 3, then the second
It is as shown in Figures (a), (b), and (c).

ステップS5では、この分割した各時点における標本値
が求められる。たとえば、k=3の場合は、3つの標本
値X31,X32,X33が求まる。
In step S5, the sample value at each divided time point is obtained. For example, when k = 3, three sample values X 31 , X 32 , and X 33 are obtained.

ステップS6では、求められた標本値を合計し、これを
平均することにより、分割平均値Fk(t)を求める。
たとえば、k=3の場合は、F3(t)=(X31+X32
+X33)/3である。
In step S6, the divided sample values Fk (t) are obtained by summing the obtained sample values and averaging them.
For example, when k = 3, F3 (t) = (X 31 + X 32
+ X 33 ) / 3.

こうした処理をステップS7,S8に示すように、k=
1〜Nについて繰返し行う。ここで、Nは入力信号F
(t)をいくつの周期関数の和として表現するかを示す
パラメータで、数が多いほど精度の高いフーリエ変換を
行うことができる。以上の結果、N個の分割平均値F1
(t)〜FN(t)が求められたことになる。
As shown in steps S7 and S8, k =
Repeat for 1-N. Where N is the input signal F
It is a parameter indicating how many sums of (t) are expressed as a sum of periodic functions. The larger the number, the more accurate the Fourier transform can be performed. As a result, the N divided average values F1
(T) to FN (t) are obtained.

ここで、ステップS9において、このN個の値に基づい
てN元連立一次方程式が解かれる。すなわち、前述した
ように逆行列A-1を用いて行列Sを求めることにより、
ステップS10に示すようにN個の周期関数の時刻tに
おける瞬時値が抽出されることになる。
Here, in step S9, the N-ary simultaneous linear equations are solved based on the N values. That is, as described above, by obtaining the matrix S using the inverse matrix A −1 ,
As shown in step S10, the instantaneous values of the N periodic functions at time t are extracted.

ステップS11,S12に示すように、以上の手順を時
間的に継続することにより、信号F(t)を入力しなが
ら、逐次そのフーリエ変換結果、すなわち、N個の周期
関数の瞬時値を出力することができる。
As shown in steps S11 and S12, by continuing the above procedure in time, the Fourier transform result, that is, the instantaneous values of the N periodic functions is sequentially output while the signal F (t) is input. be able to.

第3図は、本発明に係る実時間フーリエ変換方法を実行
するための実時間フーリエ変換回路の一例を示す回路図
である。この回路では、N=9、すなわち入力信号F
(t)は、(11)式のように9つの周期関数の和にフーリ
エ変換される。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a real-time Fourier transform circuit for executing the real-time Fourier transform method according to the present invention. In this circuit, N = 9, that is, the input signal F
(T) is Fourier-transformed into the sum of nine periodic functions as shown in equation (11).

第3図の回路図で、Aと記されたブロックは反転加算演
算素子、Bと記されたブロックは遅延素子、Cと記され
たブロックは反転素子を示す。反転加算演算素子Aや反
転素子Cは、たとえば演算増幅器で構成することがで
き、遅延素子Bは、たとえばBBD(Bucket Brigate De
vice)素子で構成することができる。この回路を用いれ
ば、図の左端にある入力端子に入力信号F(t)を与え
ると、図の右端にある9つの出力端子から、9つの周期
関数(関数G(t)を構成する)の瞬時値が出力され
る。
In the circuit diagram of FIG. 3, the block labeled A is an inverting addition operation element, the block labeled B is a delay element, and the block labeled C is an inverting element. The inverting addition arithmetic element A and the inverting element C can be configured by, for example, operational amplifiers, and the delay element B is, for example, a BBD (Bucket Brigate Decoder).
vice) element. With this circuit, when an input signal F (t) is applied to the input terminal at the left end of the figure, nine periodic functions (constituting the function G (t)) are output from the nine output terminals at the right end of the figure. Instantaneous value is output.

この回路の前段、すなわち図の左半分には、5つの遅延
素子列B9,B6,B5,B8,B7が形成されてい
る。遅延素子列B9は、ノードn90〜n98の間にカスケ
ード接続された8つの遅延素子、遅延素子列B6は、ノ
ードn60〜n63の間にカスケード接続された3つの遅延
素子、遅延素子列B5は、ノードn50〜n54の間にカス
ケード接続された4つの遅延素子、遅延素子列B8は、
ノードn80〜n87の間にカスケード接続された7つの遅
延素子、遅延素子列B7は、ノードn70〜n76の間にカ
スケード接続された6つの遅延素子からそれぞれ形成さ
れている。各遅延素子Bの遅延時間は、入力信号F
(t)に基づいて、第4図に示すように設定される。た
とえば、遅延素子列B9の遅延素子は、それぞれが入力
信号F(t)の基本周期Tを9分割した時間T/9だけ
の遅延時間を有し、遅延素子列B7の遅延素子は、同様
にT/7だけの遅延時間を有する。例えば、ノードn91
の出力はノードn90の出力に比べて時間T/9だけ遅延
する。このように設定することによって、基本周期Tを
k(k=1〜9)分割したすべての場合について、各時
点における信号F(t)の標本値を次の各ノードの電圧
を測定することによって同時に求めることができる。
Five delay element arrays B9, B6, B5, B8, B7 are formed in the front stage of this circuit, that is, in the left half of the figure. The delay element array B9 is eight delay elements cascade-connected between the nodes n90 to n98, the delay element array B6 is three delay elements cascade-connected between the nodes n60 to n63, and the delay element array B5 is Four delay elements cascaded between the nodes n50 to n54, the delay element array B8,
The seven delay elements cascaded between the nodes n80 to n87 and the delay element array B7 are each formed of six delay elements cascaded between the nodes n70 to n76. The delay time of each delay element B depends on the input signal F
Based on (t), it is set as shown in FIG. For example, each of the delay elements in the delay element array B9 has a delay time of a time T / 9 obtained by dividing the fundamental cycle T of the input signal F (t) by 9, and the delay elements in the delay element array B7 similarly have the delay time. It has a delay time of only T / 7. For example, node n91
Is delayed by a time T / 9 compared to the output of node n90. By setting in this way, the sampled value of the signal F (t) at each time point is measured by measuring the voltage at each of the following nodes in all cases where the basic cycle T is divided into k (k = 1 to 9). You can ask at the same time.

(1)k=1:たとえばノードn90 (2)k=2:ノードn80,n84 (3)k=3:ノードn90,n93,n96 (4)k=4:ノードn80,n82,n84,n86 (5)k=5:ノードn50〜n54 (6)k=6:ノードn60,n61,n93,n62, n96,n63 (7)k=7:ノードn70〜n76 (8)k=8:ノードn80〜n87 (9)k=9:ノードn90〜n98 したがって、k分割したそれぞれの場合の分割平均値F
k(t)は、上述の各ノードの電圧値を平均することに
よって求まる。この平均演算は、反転加算演算素子A2
〜A9によってなされる。また、F1(t)は、たとえ
ばノードn90の電圧値をそのまま用いればよい。かくし
て、F1(t)〜F9(t)が求まる。この後、逆行列
-1を用いた演算により、Csin(2πt+
ψ)の時刻tにおける瞬時値(i=1〜9)が図の右
端から出力される。反転演算素子A2〜A9の後段に設
けられた反転素子C〜Cおよび演算素子A10〜A13
は、この逆行列を用いた演算を行う回路である。
(1) k = 1: For example, node n90 (2) k = 2: nodes n80, n84 (3) k = 3: nodes n90, n93, n96 (4) k = 4: nodes n80, n82, n84, n86 ( 5) k = 5: nodes n50 to n54 (6) k = 6: nodes n60, n61, n93, n62, n96, n63 (7) k = 7: nodes n70 to n76 (8) k = 8: nodes n80 to n87 (9) k = 9: nodes n90 to n98 Therefore, the divided average value F in each case of k division
k (t) is obtained by averaging the voltage values of the above-mentioned nodes. This averaging is performed by the inverting addition computing element A2.
~ A9. For F1 (t), for example, the voltage value of the node n90 may be used as it is. Thus, F1 (t) to F9 (t) are obtained. After that, by calculation using the inverse matrix A −1 , C i sin (2πt +
The instantaneous value (i = 1 to 9) of ψ i ) at time t is output from the right end of the figure. Inverting element C 1 is provided after the flip operation element A2~A9 ~C 4 and processing element A10~A13
Is a circuit that performs an operation using this inverse matrix.

N=9とした場合の行列Aは、 であり、その逆行列A-1は、 となる。したがってたとえば、 (10)式から、行列Sの3番目の要素である Csin(2π3t+ψ)は次のように表され
る。
The matrix A when N = 9 is And its inverse matrix A −1 is Becomes Therefore, for example, from the expression (10), C 3 sin (2π3t + ψ 3 ) which is the third element of the matrix S is expressed as follows.

sin(2π3t+ψ) =F3(t)−F6(t)−F9(t) (12) そこで、第3図の右端の出力端子のうち3番目の端子に
は、演算素子A11から −Csin(2π3t+ψ)なる値が出力され
る。すなわち、演算素子A11は、 −F3(t)+F6(t)+F9(t)なる演算を行っ
ているとになる。なお、本実施例では演算回路の構成
上、出力値にはマイナス符号がついて得られる。
C 3 sin (2π3t + ψ 3 ) = F3 Therefore (t) -F6 (t) -F9 (t) (12), the third terminal of the right end of the output terminal of FIG. 3, -C a calculation device A11 A value of 3 sin (2π3t + ψ 3 ) is output. That is, the calculation element A11 is performing the calculation of −F3 (t) + F6 (t) + F9 (t). In this embodiment, the output value is obtained with a minus sign because of the configuration of the arithmetic circuit.

以上のように本回路では、左端の入力端子に信号F
(t)を与えると、右端の9つの出力端子から、この入
力信号F(t)をフーリエ展開した9つの周期関数C
sin(2πt+ψ)の瞬時値が出力され、実時間
のフーリエ変換が可能になる。第5図には、この回路を
用いて実際に実時間フーリエ変換を行った結果を示す。
ここで、同図(a)は入力した信号F(t)の波形、同図
(b)はフーリエ変換によって得られた9つの周期関数を
示す。
As described above, in this circuit, the signal F is input to the leftmost input terminal.
When (t) is given, nine periodic functions C i obtained by Fourier expanding the input signal F (t) from the nine output terminals at the right end
The instantaneous value of sin (2πt + ψ i ) is output, which enables real-time Fourier transform. FIG. 5 shows the result of actual real-time Fourier transform using this circuit.
Here, the figure (a) is the waveform of the input signal F (t),
(b) shows nine periodic functions obtained by Fourier transform.

〔基本原理の数学的証明〕[Mathematical proof of basic principles]

最後に、(5)式の数学的証明をここに簡単に示す。 Finally, the mathematical proof of Eq. (5) is briefly shown here.

いま、関数F(t)をN個の成分波にフーリエ展開した
場合の基本周波数fのi倍の周波数をもつ成分波 Csin(2πit+ψ) (14) について考える。この関数について、基本周期Tをk分
割した分割点のうち第l番目の分割点(l=0,1,
…,k−1)は、基本周期Tの始点から だけ時間遅れをもつ。したがって、第l番目の分割点の
関数値は、 である。T=1/の関係より、 を得る。
Now consider a component wave C i sin (2πit + ψ i ) (14) having a frequency i times the fundamental frequency f when the function F (t) is Fourier expanded into N component waves. With respect to this function, the l-th division point (l = 0, 1,
..., k-1) is from the starting point of the basic period T Only with a time delay. Therefore, the function value of the l-th division point is Is. From the relation of T = 1 / To get

従って、このiの周波数をもつ成分波に関してのk分
割平均値Fik(t)は、 となる。式を加法定理を用いてまとめると、 となる。ここで、 とおけば、三角関数の合成定理を用いて、 Fik(t)=Ciksin(2πit+ψ+θ
ik) (23) を得る。
Therefore, the k-divided average value Fik (t) for the component wave having the frequency of i is Becomes Summarizing the equation using the addition theorem, Becomes here, If put and, using a synthetic theorem of the trigonometric function, Fik (t) = C i c ik sin (2πit + ψ i + θ
ik ) (23) is obtained.

ところで、いま方程式x=1の解について考える。こ
のl番目の解(l=0,1,…,k−1)をωとする
と、 が成立つことが知られている(但し、 ここで、方程式x=1と同値である(26)式を考える。
Now consider the solution of the equation x k = 1. If the l-th solution (l = 0, 1, ..., K−1) is ω l , Is known to hold (however, Now consider equation (26), which is equivalent to the equation x k = 1.

この(26)式で、x≠0の場合は、 である。これは方程式x=1の0以外の解は(27)式を
満足することを示す。そこで、(27)式に1番目の解ω
を代入すると、 を得る。(25)式から更に、 すなわち、方程式x=1のk個の解の和は0になるこ
とがわかる。この方程式の解を複素平面上で考えると、
単位円に内接する正k角形の頂点の座標となっている。
In this equation (26), when x ≠ 0, Is. This shows that the solution of equation x k = 1 other than 0 satisfies the equation (27). Therefore, the first solution ω 1 in Eq. (27)
Substituting To get From equation (25), That is, it can be seen that the sum of k solutions of the equation x k = 1 becomes zero. Considering the solution of this equation on the complex plane,
The coordinates are the vertices of a regular k-gon inscribed in the unit circle.

いま、この正k角形のl番目の頂点の座標値を、 で表現してみる。すると、正k角形の幾何学的対称性か
ら、 が成立つ。したがって(29)式および(30)式から、 も成立つことになる。
Now, the coordinate value of the l-th vertex of this regular k-gon is Let's express it with. Then, from the geometric symmetry of the regular k-gon, Is established. Therefore, from equations (29) and (30), Will also hold.

それでは、(30)式、(31)式において、lのかわりにil
(iは整数)を入れた場合を考えると、 が得られる。すなわちi=klの場合は、 は常に1となるため、 になるが、それ以外の場合は正多角形の頂点座標を形成
するために、総和は0になるのである。一方、正弦に関
しては、幾何学的対称性から常に(32)式が成立つ。
Then, in equations (30) and (31), il instead of l
Considering the case where (i is an integer), Is obtained. That is, when i = kl, Is always 1, so However, in the other cases, the sum becomes 0 because the vertex coordinates of the regular polygon are formed. On the other hand, for sine, equation (32) always holds due to the geometrical symmetry.

ここで、再び(23)式に話をもどす。(23)式は複素平面上
のの座標値を与えるものであるが、(19)は式、(20)式で
表わされる係数aik、bikは(32)式、(33)式から となる。したがって、(23)式において、任意の正の整数
k,iについてθik=0が成立し、また、iがkの整数
倍の場合にはcik=k、それ以外の場合にはcik=0が
成立する。
Here, let us return to equation (23). Equation (23) gives the coordinate values on the complex plane. Equation (19) is an equation, and coefficients a ik and b ik represented by equation (20) are from equations (32) and (33). Becomes Therefore, in equation (23), θ ik = 0 holds for any positive integer k, i, and if i is an integer multiple of k, c ik = k, and otherwise c ik = 0 holds.

いま、 (但し、i=kn、mはN/kの整数部)を得る。Now (However, i = kn, m is an integer part of N / k).

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のとおり、本発明によれば入力した信号F(t)か
らN個の分割平均値を求め、この分割平均値に基づいて
N個の周期関数の瞬時値を求めるようにしたため、信号
を入力しながら連続してフーリエ変換結果を出力する実
時間フーリエ変換を行うことができるようになる。
As described above, according to the present invention, the N divided average values are obtained from the input signal F (t), and the instantaneous values of the N periodic functions are obtained based on the divided average values. However, it becomes possible to perform the real-time Fourier transform that continuously outputs the Fourier transform result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る実時間フーリエ変換方法の手順を
示す流れ図、第2図は本発明に係る方法における基本周
期の分割方法の説明図、第3図は本発明に係る実時間フ
ーリエ変換装置を実現するための演算回路の一例の回路
図、第4図は第3図に示す回路の構成を説明するための
概念図、第5図は第3図に示す回路によって実時間フー
リエ変換を行った結果を示すグラフである。 S1〜S12……流れ図の各ステップ、A2〜A13……
反転加算演算素子、B……遅延素子、B9,B6,B
5,B8,B7……遅延素子列、C1〜C4……反転素
子、n……ノード。
FIG. 1 is a flow chart showing a procedure of a real-time Fourier transform method according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a basic period dividing method in the method according to the present invention, and FIG. 3 is a real-time Fourier transform according to the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram of an example of an arithmetic circuit for realizing the device, FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the circuit shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a real-time Fourier transform by the circuit shown in FIG. It is a graph which shows the performed result. S1 to S12 ... Each step in the flowchart, A2 to A13 ...
Inverting and adding operation element, B ... Delay element, B9, B6, B
5, B8, B7 ... Delay element array, C1 to C4 ... Inversion element, n ... Node.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】時間tに関して変化する信号F(t)を、
基本周波数の整数倍の周波数をもったN個の周期関数
の和として、 (但し、Cは振幅、ψは位相) なる式で定義される関数G(t)で表現できるように変
換するフーリエ変換方法であって、 信号F(t)を入力する段階と、 前記基準周波数の逆数として与えられる基本周期Tの
期間をk分割し、入力した前記信号F(t)の分割した
各時点における値を標本値としてそれぞれ求め、この標
本値の平均値をk分割平均値Fk(t)として求める手
順を、k=1,2,…,Nのそれぞれについて行い、N
個の分割平均値F1(t)、F2(t),…,FN
(t)を求める段階と、 前記N個の周期関数と前記N個の分割平均値との関係か
ら得られるN元連立一次方程式を解いて、前記N個の周
期関数の時間tにおける瞬時値を連続的に求める段階
と、 を備えることを特徴とする実時間フーリエ変換方法。
1. A signal F (t) varying with time t,
As the sum of N periodic functions with frequencies that are integer multiples of the fundamental frequency, (Where C i is the amplitude and ψ i is the phase) A Fourier transform method for transforming so that it can be expressed by a function G (t) defined by the equation: a step of inputting a signal F (t), The period of the basic cycle T given as the reciprocal of the reference frequency is divided into k parts, and the values at the respective divided points of the input signal F (t) are obtained as sample values, and the average value of the sample values is divided into k parts The procedure for obtaining Fk (t) is performed for each of k = 1, 2, ..., N, and N
The divided average values F1 (t), F2 (t), ..., FN
(T), and solving an N-ary simultaneous linear equation obtained from the relationship between the N periodic functions and the N divided average values to obtain instantaneous values at time t of the N periodic functions. A real-time Fourier transform method comprising the steps of: continuously obtaining.
【請求項2】入力した信号F(t)を複数段の遅延回路
に与え、この遅延回路の各段の出力に基づいて各分割時
点の標本値を求めることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の実時間フーリエ変換方法。
2. An input signal F (t) is applied to a plurality of stages of delay circuits, and a sample value at each division time point is obtained based on the output of each stage of the delay circuits. The real-time Fourier transform method according to item 1.
【請求項3】遅延回路としてBBD素子を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第2項記載の実時間フーリエ
変換方法。
3. The real-time Fourier transform method according to claim 2, wherein a BBD element is used as the delay circuit.
【請求項4】時間tに関して変化する信号F(t)を、
基本周波数の整数倍の周波数をもったN個の周期関数
の和として、 (但し、Cは振幅、ψは位相) なる式で定義される関数G(t)で表現できるように変
換するフーリエ変換装置であって、 信号F(t)を入力する入力手段と、 前記基準周波数の逆数として与えられる基本周期Tの
期間をk分割し、入力した前記信号F(t)の分割した
各時点における値を標本値としてそれぞれ求め、この標
本値の平均値をk分割平均値Fk(t)として求める手
順を、k=1,2,…,Nのそれぞれについて行い、N
個の分割平均値F1(t)、F2(t),…,FN
(t)を求める分割標本手段と、 前記N個の周期関数と前記N個の分割平均値との関係か
ら得られるN元連立一次方程式を解いて、前記N個の周
期関数の時間tにおける瞬時値を連続的に求める演算手
段と、 を備えることを特徴とする実時間フーリエ変換装置。
4. A signal F (t) varying with time t,
As the sum of N periodic functions with frequencies that are integer multiples of the fundamental frequency, (However, C i is the amplitude, ψ i is the phase) A Fourier transform device for transforming so as to be expressed by a function G (t) defined by the formula: Input means for inputting a signal F (t), The period of the basic cycle T given as the reciprocal of the reference frequency is divided into k parts, and the values at the respective divided points of the input signal F (t) are obtained as sample values, and the average value of the sample values is divided into k parts The procedure for obtaining the value Fk (t) is performed for each of k = 1, 2, ..., N, and N
The divided average values F1 (t), F2 (t), ..., FN
The instant at time t of the N periodic functions is solved by solving an N-ary simultaneous linear equation obtained from the relationship between the divided sampling means for obtaining (t) and the N periodic functions and the N divided average values. A real-time Fourier transform device comprising: an arithmetic unit that continuously obtains a value.
【請求項5】分割標本手段が、入力した信号F(t)を
遅延させるための複数段の遅延回路を有し、この遅延回
路の各段の出力に基づいて各分割時点の標本値を求める
ことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の実時間フ
ーリエ変換装置。
5. The divided sampling means has a plurality of stages of delay circuits for delaying the input signal F (t), and the sample value at each division time is obtained based on the output of each stage of the delay circuit. The real-time Fourier transform device according to claim 4, characterized in that
【請求項6】遅延回路としてBBD素子を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第5項記載の実時間フーリエ
変換装置。
6. The real-time Fourier transform device according to claim 5, wherein a BBD element is used as the delay circuit.
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