RU1824593C - Анализатор спектра Фурье - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике, предназначено дл  обработки сигналов в реальном масштабе йремени и может быть использовано в задачах выделени  сигналов на фоне помех, в спектральном анализе, в задаче классификации сигналов и т.п. Устройство содержит генератор базисных функций, генератор тактовых импульсов, дополнительный интегратор,  чейку выборки-запоминани  п интеграторов первого и второго каналов соответственно , вычитатели блока вычитани , делитель частоты,  чейку ьыборки-запоми- нани  1 ил

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике, предназначено дл  обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задачах выделени  сигналов на фоне помех в спектральном анализе, в задаче классификации сигналов и т.п.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и надежности устройства.

На чертеже представлена блок-схема анализатора спектра Фурье.

Анализатор спектра Фурье содержит генератор 1 базисных функций (ГБФ) с первым и вторым синхронизирующими выходами 1-1 и 1-2 и с группами выходов первого и второго каналов соответственно

1-1-1, 1-1-21-1-i1-1-пи 1-2-1, 1-2-2

1-2-1 1-2-п. выход 1-0 ГБФ 1 соединен с

выходом генератора 2 тактовых импульсов.

Первый и второй каналы из п интеграторов 3 и 4 содержат по п интеграторов соответственно 3-1, 3-23-iЗ-n и 4-1. 4-2,

..., 4-14-п. Входы соответственно 3-1-1,

3-1-2З-1-iЗ-1-n и 4-1-1, 4-1-24-1-1,

..., 4-1-п  вл ютс  входами соответственно интеграторов первого и второго каналов. Выходами первого и второго каналов из интеграторов  вл ютс  соответственно выходы 3-2-1, 3-2-2, З-2-n3-2- и 4-2-1, 4-2-2.

...,4-2-i . ,4-2-n. Причем выходы 4-2-1, 4-2-2, .. , 4-2-п  вл ютс  выходами второго канаоа устройства Дополнительный интегратор 5 имеет входной зажим 5-1, который  вл етс  входом устройства, а выход дополнительного интегратора 5 соединен с  чейкой 6 выборки-запоминани , управл ющий вход КОТОРОЙ соединен с выходом пассивной дифференцирующей цепи 7. вход которой соединен с выходом делител  8 частоты, вход которого соединен с первой группой выходов первого канала ГБФ посредством первого входа 1-1-1. Блок 9 вычитани  содержит п вычитателей 9-1 9-2. . 9-п. Выходы 9-1-1, 9-1-29-1-п  вл ютс  выходами

первого канала устройства

Блок генератора 1 базисных функций и генератор 2 тактовых импульсов служат дл  формировани  системы базисных кусочно10

С

00

Ю

(Л Ю

со

посто нных периодических функций, а также формируют импульсы синхронизации и импульсы управлени  соответственно интеграторов первого и второго каналов и дополнительного интегратора 5.

Устройство работает следующим образом .

Пусть на вход 5-1 устройства поступает сигнал Uux(t).

N

UBX(t) V0 + 2 busin к (tn+

к 1

N

+ S axCOSK to,

к i

где a«, Ьк - спектральные коэффициенты, k 1;

.2.3,,..:

ft/- углова  частота

На выходе дополнительного интегратора 5 по витс  сигнал (дл  простоты описани  ограничимс  N 10)

Us U0t - cos in + sin a t a )

a

cos + sin 2an - 2 (i

 -2- cos Зил + -о2-- sin Зап. - ... 3 о)о о

| / ( | /UBX(t )dt)S(i)dt.(3)

U4-2-I 4/Usc(l )dt

о

| / ( | /UBX(t)dt)c(i)dt (4)

1 n

ы,

где S(l) I o ci l« t - 1-е

базисные функции, формируемые ГБФ 1 и 15 существующие на выходах его первого и

второго каналов соответственно 1-1-1

1-1-п и 1-2-1 1-2-п.

С учетом свойств базисных функций 5(1)

и с(1) на выходах 3-2-1 З-2-n первого

2Q канала интеграторов 3 будут сигналы

la QJ+25a5 49aT + 8(a9V° 25 Uo (.ol-O.SS S V

11

иэ-а-гг

uva.5-(ajvia9)-Q,

UV4-4 OU-O- S Uo

Uva-h- an-a«57 u0

cos Htoi (2)

На выходе дополнительного интегратора 5 формируетс  р д дискретных отсчетов, следующих друг за другом с частотой дискретизации , определ емой частотой генератора 2 тактовых импульсов, причем значени  этих отсчетов соответствуют дискретным отсчетам, получаемым численным интегрированием по методу трапеций с шагом интегрировани , равным периоду дискретизации .

Дискретные отсчеты в соответствии с выражением (2) с выхода дополнительного интегратора 5 поступают одновременно на

все входы интеграторов 3-1З-n и 4-1,...,

4-п первого и второго каналов соответственно 3 и 4, в которых будут выполн тьс  операции в соответствии с выражени ми

U з-2-i Y/U5S(i)dt

Дл  второго канала интеграторов 4 на их соответствующих выходах 4-14-п, которые одновременно  вл ютс  и выходами второго канала устройства, будут сигналы:

40

u--«4 Vf5v,,ib

и«-()

и4-г-г(Ь,

Ч4

50

°4-a.-b4ta Va-n-M4

c-cНеобходимо отметить, что в выражении

(6) при умножении Us на S(i). N и

последующего интегрировани  на интервале О, Т возникает паразитна  посто нна 

составл юща , равна  0,25 л2 2V0. В то же врем , приумножении Us на c(i), i 1N и

последующего интегрировани  на интервале О, Т подобных посто нных составл ющих не возникает (см. выражение (7)), поэтому на выходах интеграторов второго

канала соответственно 4-2-1, 4-2-24-2-п,

пренебрега  составл ющими с коэффициентами 1/9, 1/25, 1/49. 1/81.... и т.д,. вход щими в соответствующий искомый

коэффициент bi, 02, Ьз biDN р да

Фурье, сформируютс  искомые спектральные коэффициенты bi. Ьг, Ьз bi Ьм,

дл  определени  которых не требуетс  выполнени  арифметических операций, обусловленных выделением, и с последующим исключением составл ющих с коэффициентами 1/3, 1/5, 1/7, 1/9, 1/11вход щими

в искомый спектральный коэффициент.

Чтобы на выходах блока интеграторов 3 первого канала соответственно 3-2-1. 3-22 З-2-n были сформированы искомые

спектральные коэффициенты ai, 32. азai,

...аы р да Фурье, необходимо исключить из соответствующих искомых спектральных коэффициентов посто нную составл ющую

0,25 л V0. С этой целью в делителе 8 частоты , который представл ет собой простейшее триггерное устройство, сформируетс  пр моугольный импульс длительностью Т, равный периоду основной гармоники входного сигнала. Это просто реализуетс  путем делени  на две частоты следовани  первой базисной функции 5(1). По окончании длительности импульса на выходе делител  8 частоты по его заднему фронту сформируетс  на выходе пассивной PC дифференцирующей цепи короткий импульс, который поступает на управл ющий вход  чейки 6 выборки-запоминани . В этот момент произойдет запоминание значени  посто нной составл ющей V0 входного сигнала UBx(t), котора  сформируетс  на выходе дополнительного интегратора 5 в конце периода Т, Значение посто нной составл ющей Vo с выхода  чейки 6 выборки-запоминани  поступает на первые входы соответствующих вычитателей 9-1. 9-29-п, на вторые входы которых подаютс  сигналы, согласно выражению (б), с соответствующих выходов блока интеграторов 3 первого канала. В соответствующих вычитател х 9-1 9-п

производитс  вычитание составл ющей

0,25л2 2V0 и на выходах соответствующих вычитателей 9-19-п сформируютс  иско0

5

0

5

0

5

0

5

0

мые спектральные коэффициенты ai, 32, аз

..., ai3N р да Фурье. Значение 0.25JtV0

реализуетс  в самих вычитател х путем подбора соответствующих элементов резисторов в схемах вычитателей на операционных усилител х.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Анализатор спектра Фурье, содержащий генератор базисных функций, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, п интеграторов первого и п интеграторов второго каналов, блок вычитани  из п вычитателей. причем группа управл ющих входов интеграторов с первого по n-й, первого и второго каналов под- ключены к соответствующей группе выходов первого и второго каналов генератора базисных функций, а первый и второй синхронизирующие выходы последнего подключены к первому и второму синхронизирующим входам п интеграторов первого и второго каналов, отличающийс  тем, что. с целью повышени  быстродействи  и надежности анализатора спектра Фурье, в него введены дополнительный интегратор,  чейка выборки-запоминани  и последовательно соединенные делитель частоты и пассивна  дифференцирующа  цепь, причем вход дополнительного интегратора соединен с входом анализатора спектра, а выход - с входом i-x интеграторов первого и второго каналов и с входом  чейки выборки- запоминани , управл ющий вход которой подключен к выходу пассивной дифференцирующей цепи, вход делител  частоты соединен с первым выходом группы выходов первого канала генератора базисных функций , выход  чейки выборки-запоминани  подключен к первым входам каждого 1-го вычитател  блока вычитани , вторые входы которых подключены соответственно к выходам каждого 1-го интегратора первого канала , выходы каждого 1-го вычитател  блока вычитани  соединены с выходами первого канала анализатора спектра, выходы каждого 1-го интегратора второго канала соединены с выходами второго канала анализатора спектра а первый и второй управл ющие входы дополнительного интегратора подключены к первому и второму синхронизирующему выходу генератора базисных функций.