RU1809447C - Анализатор спектра Уолша - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано дл  спектрального анализа сигналов в базисе функций Уолша. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  анализатора спектра. Поставленна  цель достигаетс  сокращением необходимого числа операций. Анализатор спектра Уолша содержит m-разр дный двоичный счетчик, группу из N интеграторов, формирователь функций Уолша, две группы из N преобразователей пр мого кода в дополнительный , группу из N вычитателей, группу из N элементов задержки. Повышение быстродействи  анализатора спектра Уолша при обеспечении возможности спектрального анализа во временном окне достигаетс  исключением числа операций умножени , обусловленных необходимостью умножени  текущего отсчета временного процесса на соответствующее значение функций Уолша при реализации рекуррентного алгоритма вычислени  коэффициентов Уолша. 2 ил.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано дл  спектрального анализа сигналов в базисе функций Уолша.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  анализатора спектра Уолша.

На фиг. 1 представлена структурна  схема анализатора спектра Уолша; на фиг. 2 - функциональна  схема формировател  функций Уолша дл  трехразр дного двоичного счетчика.

Анализатор спектра Уолша (фиг. 1) включает в себ  m-разр дный двоичный счетчик 1 (N 2т, N - размер преобразовани ), счетный вход которого  вл етс  тактовым входом анализатора, и группу из N интеграторов 2, выход i-ro (I 1, N) интегратора  вл етс  l-ым информационным выходом анализатора. Формирователь функций Уолша 3, две группы из N преобразователей, пр мого кода в дополнительный 4, 5, группу из N вычитателей 6, группу из п элементов задержки 7, m-выходов т-разр дного счетчика 1 соединены с соответствующими т- входами формировател  функций Уолша 3, i-ый выход которого соединен с управл ющими входами i-ых преобразователей пр мого кода в дополнительный первой 4 и второй 5 групп  вл ютс  информационным входом анализатора спектра Уолша, выход 1-го (I 1, N) преобразовател  пр мого кода в дополнительный первой группы 4 соединен с первым информационным входом 1-го вычитател  группы 6, ко второму информационному входу каждого из которых через соответствующий 1-ый (I 1, N) элемент задержки группы 7 подключен выход 1-го пре00

о

Ј

ь 1

образовател  пр мого кода в дополнительный второй группы 5, выход 1-го вычитател  группы 6 соединен с информационным входом 1-го интегратора группы 2, тактовый вход анализатора соединен с тактовыми входами всех преобразователей пр мого кода в дополнительный первой 4 и второй 5 групп, элементов задержки группы 7, вычи- тателей группы 6, и интеграторов группы 2.

Пример реализации формировател  функций Уолша (ФФУ) дл  трехразр дного двоичного счетчика показан на (фиг, 2). Он имеет три входа (входы 8, 9, 10), восемь выходов (т.к. m 3, 2m 8), выходы (11,12, 13,14,15,16,17,18), а также включает в себ  п ть элементов исключающее ИЛИ (элементы 19, 20, 21. 22, 23). На каждом из выходов ФФУ имеют место соответствующие функции Уолша, которые описаны в литера- туре (Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы, Радио и св зь, 1986. - с. 430, рис. 14.9). Первый вход ФФУ (вход 8) соединен с первыми входами элементов 20, 21, 22 и  вл етс  19-м выходом ФФУ. Второй вход ФФУ (вход 9) соединен с первым входом элемента 19 и вторыми входами элементов 20, 21 и  вл етс  14-м выходом ФФУ, Третий вход (вход 10) ФФУ соединен со вторыми входами элементов 21, 22 и  вл етс  13-м выходом ФФУ. Выход 12 соеди- нен с корпусом. Выход элемента 19  вл етс  13-м выходом ФФУ. Выход элемента 20  вл етс  15-м выходом ФФУ. Выход элемента 21 соединен с первым входом элемента 22, выход которого  вл етс  16-м выходом ФФУ. Выход элемента 22, выход которого  вл етс  16-м выходом ФФУ, Выход элемента 23  вл етс  17-м выходом ФФУ.

Дл  практической реализации предла- гаемого устройства могут быть рекомендованы следующие известные схемные решени  и элементна  база: счетчик 1 может быть реализован на микросхеме серии 155; формирователь функций Уолша 3 мо- жет быть реализован на элементах исключающее ИЛИ, например, на микросхемах К155ЛП5, К555ЛП5; интеграторы 2 могут быть реализованы в виде накапливающих сумматоров по известной схеме; преобразо- ватели 4, 5 могут быть реализованы на микросхеме К1551/1ПЗ; вычитатели 6 могут быть реализованы на сумматорах, например, К555ИМЗ. К555ИМ6; элементы задержки 7 можно реализовать на регистрах сдвига.

Работа предлагаемого анализатора спектра основана на реализации преобразовани  Уолша исследуемого сигнала U(t) с помощью аналогоцифровой техники по следующим рекуррентным формулам

W(n. k) - W(n. k-1) 4 u(k) to al(n. k) - -U(k-l) wal(n,k-l),

где W(n, k) - спектральный коэффициент Уолша;

U(k) - временной процесс;

(n, k) - значение функций Уолша;

I - размер временной выборки;

п - номер спектрального коэффициента Уолша;

k - номер временной выборки.

В основу формировани  функций Уолша положено известное соотношение, дл  любого N 2т:

Ш ( (О, ГК(0) -fc.-HWm-k

. к 1

где rk (в) - функци  Радемахера;

k - номер функции Радемахера;

N 2т - размер преобразовани ;

т - число функций Радемахера.

Из равенства (1) следует, что функции Уолша могут быть сформированы следующим образом:

генерируют все гл-сигналов Радемахера; . ,..;.. . .. .:.-

осуществл ют суммирование по модулю два всех функций Радемахера в соответствии с правилом формировани  функций Уолша.

В исходном состо нии счетчик 1, интеграторы 2, блоки преобразователей 4,5, блок вычитателей 6, блок задержки 7 - обнулены.

Анализатор спектра Уолша работает следующим образом.

Исследуемый дискретный сигнал X(t) поступает на информационный вход анализатора . Одновременно с этим на тактовый вход счетчика 1 поступают тактовые импульсы; причем период следовани  тактовых импульсов Тп равен периоду дискретизации входного сигнала ТД(ТП Тд). Двоичный счетчик 1 при этом вырабатывает т-сигналов Радемахера, который поступают на соответствующие пл-входов формировател  функций Уолша 3. С выхода ФФУ дискретные значени  функций Уолша поступают на вторые входы соответствующего преобразовд- тел  первого блока преобразователей 4 и на вторые входы соответствующего преобразовател  второго блока преобразователей 5. В i-м преобразователе первого блока преобразователей 4 цифровой код, соответствующий амплитуде k-й пришедшей дискреты исследуемого сигнала преобразу- етс .в дополнительный код, если значение k-й выборки l-ой функции Уолша отрицательно (логическа  1) и остаетс  в пр мом

коде, если значение k-ой выборки i-ой функции Уолша положительно (логический О). В- 1-ом преобразователе второго блока преобразователей 5 цифровой код, соответствующий амплитуде k-й пришедшей дискреты исследуемого сигнала X(t) преобразуетс  в дополнительный код, если значение k-ой выборки 1-ой функции Уолша положительно (логический О) и остаетс  в пр мом коде, если значение k-ой выборки i-ой функции Уолша отрицательно (логическа  1). С выхода 1-го преобразовател  первого бока преобразователей 4 значение, соответствующее амплитуде k-ой дискреты, поступает на первый вход 1-го вычитател  блока вычи- тателей 6, на второй вход которого поступает значение (Ы)-ой (где I - размер временного окна) дискреты с выхода 1-го преобразовател  второго блока преобразователей 5, задержанной на I тактов в 1-6м элементе задержки блока задержки 7. На i-ом выходе блока вычитателей 6 получим разность

U(k) ufei(n, k)-U(k-l) ftfei(n.k-l),

где 1.Т - размер временного окна,

С выхода 1-го вычитател  полученное значение поступает на вход 1-го интегратора группы интеграторов 2. На выходе 1-го интегратора получаем значение соответствующее i-му спектральному коэффициенту Уолша. Работа схемы тактируетс  импульсами , поступающими на тактовый вход устройства . .:

По сравнению с прототипом предлагаемый анализатор спектра Уолша обладает значительно более высоким быстродействием , Очевидно, что исключение умножени  текущего отсчета временного процесса U(t) на соответствующее значение функций Уолша уменьшило общее число операций. Таким образом, быстродействие предлагаемого анализатора спектра Уолша

Claims (1)

1. фактически определ етс  быстродействием операции суммировани  и при современной элементной базе составл ет величину пор дка 30-50 нС. Формулаизобретени 

   Анализатор спектра Уолша, содержащий m-разр дный ДБ.ОИЧНЫЙсчетчик( N 2т, N - размер преобразовани ), счетный вход которого  вл етс  тактовым входом анализатора , и группу из N интеграторов, выход 1-го (I Ой) интегратора  вл етс  i-м информационным выходом анализатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены формирователь функций Уолша, две группы из N преобразователей пр мого кода в дополнительный, группу из N вычитателей, группу из N элементов задержки, m выходов m-разр дного двоичного счетчика соединены с соответствующими m-входами формировател  функций Уолша, 1-й выход которого соединен с управл ющими входами 1-х преобразователей пр мого кода в дополнитель- ный первой и второй групп,

   информационные входы каждого из преоб- разователей пр мого кода в дополнительный первой и второй групп  вл ютс  информационным входом анализатора спектра Уолша. выход 1-го (I 1TR) преобразовател  пр мого кода в дополнительный первой группы соединен с первым информационным входом 1-го вычитател  группы, к второму информационному входу каждого из которых через соответствующий 1-й (1 1.

   N) элемент задержки группы подключен выход 1-го преобразовател  пр мого кода в дополнительный второй группы, выход 1-го вычитател  группы соединен с информационным входом i-ro интегратора группы, тактовый вход анализатора соединен с тактовыми входами всех преобразователей пр мого кода в дополнительный первой и второй групп элементов задержки группы, вычитателей группы и интеграторов группы.