SU1013972A1 - Устройство дл спектрального анализа - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА, содержащее первый и второй блоки пам ти, первый умножитель, сумматор и двоичный счетчик, причем вход первого блока naMfltH  вл етс  информационным входом устройства, вход двоичного счетчика  вл етс  тактовым входом устройства, о т л и чающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и упрощени  устройства, оно содержит двоичный счетчик циклов, второй умножитель и блок сравнени , выход которого соединен с входом двоичного счетчика циклов, выход которого подключен к первому входу второго умножител , выход которого соединен с входом блока сравнени  и адресными входами первого и второго блоков пам ти, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого умножител , выход которого соединен с входом сумматора, выход которого  вл етс  выходом устройства, выход младшего разр да двоичного счетчика соединен с входом разрешени  второго i умножител , второй вход которого под (Л ключен к информационному выходу двоичному счетчика, выход переполнени  которого соединен с входом двоичного счетчика циклов, а вход второго бгюка пам ти  вл етс  выходом задани  коэффициентов устройства. со ч1 1чд

Description

Ийобретенйе относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  спектрального анализа случайных процессов. Известно устройство дл  вычислени  спектра мощности Фурье, содержащее блок вычислени  коррел ционной функции, сумматор, два переключател , блок пам ти, блок вычислени  спектра мощности Фурье, счетчик, триггер и соответствующие св зи. Уст ройство обеспечивает вычисление спек ра мощности Фурье черезкоррел ционную функцию l. Однако устройство не позвол ет вы числ ть спектр мощности Фурье через спектр мощности Уолша, а также обладает низким быстродействием. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  спектрального анализа, содержащее первый, второй и третий блоки пам ти, первый и второй триггеры , сумматор, счетчик, коммутатор, регистр, дешифратор, два блока формировани  дополнительного кода, блок у ножени , элемент И, элемент ИЛИ и соответствующие св зи 2. Недостатками устройства  вл ютс  сложность конструкции и низкое быстродействие вследствие большого числа вычислительных операций. Целью изобретени   вл етс  повышег ние быстродействи  (за счет значительного уменьшени  вычислительных операций) и упрощение устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  спектрального анализа, содержащее первый и второй блоки пам ти, первый умножитель, сумматор и двоичный счетчик, причем вход первого блока пам ти  вл етс  ин формационным входом устройства, вход двоичного счетчика  вл етс  тактовым входом устройства, содержит двоичный счетчик циклов, второй умножитель и блок сравнени , выход которого соединен с входом двоичного счетчика циклов , выход которого подключен к первому входу второго умножител , выход которого соединен с входом блока срав нени  и адресными входами первого и второго блоков пам ти, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого умножител , выход которого соединен с,входом сум .матора, выход которого  вл етс  выхо дом устройства, выход младшего разр да двоичного счетчика соединен с вхоДОМ разрешени  второго умножител , второй вход которого подключен к икформационному выходу двоичного сметчика , выход переполнени  которого соединен с входом двоичного счетчика циклов, а вход второго блока пам ти,  вл етс  выходом задани  коэффициентов устройства. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит первый 1 и второй 2 блоки пам ти, двоичный счетчик 3, умножитель Ц, двоичный счетчик 5 циклов, блок 6 сравнени , умножитель 7, сумматор 8. Вычисление оценки спектральной плотности мощности Фурье основано на использовании существующего матричного соотношени  св зи между арифметической RjjCf) и логической Pj{ (t) автокоррел ционными функци ми Ру (СО . , - где матричный оператор св зи. Умножив(1) слева и справа на матрицу преобразовани  Фурье, получим РХ-PDPX 2) где Sy - спектр мощности Фурье. Всвою очередь . ) где W - матрица преобразовани  Уолша, Ww- энергетический спектр мощности Уолша. Тогда, подставл   (З) в (2) имеем 55j FD Так как W(2j-f)W,(2j); j Vrif2rTj N.2. Vo )MW(j), . Дл  N«8 00 1/2+t2/2 000 1/2-1 /2 О 0-. О 1 О О О 1/2-Y2/2 000 1/2+1 /2 О О О о о о 1/2+Y2/2 о о о 1/2Ч-У2/2 000 1/2-У2/2 0. Как видно из (7) матрица св зи  в л етс  слабоэаполненной, что позвол ет существенно повысить быстродействие спектрального Фурье-анализа при упрощении конструкции устройства, реализующего выражение (6). В общем виде матрица Ф содержит в каждой {-и строке ненулевых элементов , если р N/i,и один элемент, равный 1, если р7,ЫА, где jb - больший общий делитель чисел I и N. Ненулевые элементы матрицы р расположены в столбцах с номерами J«2p+hk; keO, , где h - шаг, равный tip, .. Если же , то I принимает одно из следующих значений: О, N/2 N/2-N/ и в этих строках единственный ненулевой элемент, равный 1, расположен соответственно в столбцах с номерами 0; N/2; N-1; N/2. Дл  по снени  работы устройства ра рассмотрим пример дл  , Необходимо отметить, что нижн   по ловина матрицы ф неинформативна, (j)Sx(N-j), JH, N/2-1, поэтому дл  получени  спектра мощности Фурье достаточно умножить вектор Wj( на верхнкио половину . матрицы 4 размерностью (N/2-fl)N, Дл  NslS коэффициенты Ь -принимают следующие значени  1., Ь +1/2 Vf/2 -V2/4 + if2 y +W/4; V%4i°V.b - -3/2 Т/112 -Т/214 + 1/2Vfr2+y2/4 ; ,fe V6 Цу.10 Ф-У2/4 1-3f2 Vl/Z W/4 - il2 Vl/2 ; Vl/2-T /4- -f/2 ii/Z + lf2/4 , Чб 4.,4 ; 2.« V 444l2 ; , +f/2 VHy.Tf2h-112Vl/2 T5/4 ; з. +1/2yi/2 Я/4-f 3/2 ; Vo b-V S o -1/2 /1/2 - Vf/4 -3/2Vf/2 +/2/4 ; V V 1,2--4i -1/2 71/2-1 +1/2 yi/2+f5/4 } %-48 V5 48 Работа устройства происходит следующим образом. Предварительно в первый блок 1 пам ти занос тс  в естественном пор дке значени  ординат спектра Ублша Wj((j), а во второй блок 2 пам ти значени  коэффициентов последовательно по строкам матрицы Ф, т.е. в нулевую  чейку Ьц, в первую во вторую Ь.и т.д, С выхода двоичного счетчи1 а 5 циклов подаютс  на вход второго умножител  только два младших разр да, в результате чего в зависимости от значени  кода в них в умножителе происходит умножение на 0,2 или Q,i. Если значение кода 00, происходит умножение на О, если 10 или 11, происходит умножение на 2, если 01, на k. Такой умножитель реализуетс  на регистре сдвига. При поступлении первых N-1 тактовых импульсов на вход двоичного счетчика 3 во втором умножителе t происходит умножение на О, так как а счетчике 5 циклов все нули, в результате чего происходит выборка из nepBOjTO блока 1 пам ти значени  спектра Wj(O) и из второго блока 2 пам ти коэффициента Ь, которые , перемножаютс  в умножителе 7 и далее поступают в сумматор, в результате чего на его выходе имеем значение , равное произведению векторстолбца Wj на нулевую строку матрицы Ф. С этого момента начинаетс  следующий цикл вычислени . По приходу на вход счетчика 3 N-ro импульса , последний вырабатывает импульс переполнени , который устанавливает блоки 7 и 8 в исходное состо ние

5101

и записьтает в счетчик 5 циклов 1, в результате чего при поступлении следующи( импульсов на вход счетчика 3, на выходе умножител  Ц присутствуют коды чисел после N-1-го N-3-го - N-7-го .

При поступлении срабатывает бл.ок 6 сравнени , который сбрасывает в исходное состо ние блоки 3 . 7 и 8 и записывает в счетчике 5 циклов 1. При этом происходит умножение только на нечетные числа, так как младший разр д счетчика 3 соединен с разрешающим входом умножител  k и дает разрешение только на умножени  на нечетные числа. Таким образом, в результате выдачи умножи26

телсм Ц адресов 2, 6, 10, I, происходит соответ ственно выборк а ординат спектра W(2)j W(6); W(10); Wj(1i) и коэффициентов Ц tfi

последовательное умножение и суммирование их в блоках 7 и 8. Таким бразом, происходит перемножение W(J) на первую строку матРИЦЬ ( Ф.

На этом заканчиваетс  цикл вычислени . Аналогично проход т последующие циклы вычислений.

Данное устройство дл  спектрального анализа обладает большим быстродействием и простотой конструкции

за счет значительного сокращени 

количества арифметических операций.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА, содержащее первый и второй блоки памяти, первый умножитель, сумматор и двоичный счетчик, причем вход первого блока памяти является информационным входом устройства, вход двоичного счетчика является тактовым входом устройства, о т л и 'чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения ’ устройства, оно содержит двоичный счетчик циклов, второй умножитель и блок сравнения, выход которого соединен с входом двоичного счетчика циклов, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, выход которого соединен с входом блока сравнения и адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого умножителя, выход которого соединен с входом сумматора, выход которого является выходом устройства, выход младшего разряда двоичного счетчика соединен с входом разрешения второго умножителя, второй вход которого подключен к информационному выходу двоичному счетчика, выход переполнения которого соединен с входом двоичного счетчика циклов, а вход второго блока памяти является выходом задания коэффициентов устройства.

   быстродействием.

   близким к изобретению по сущности является устспектрального анализа, второй и третий