SU759971A1

SU759971A1 - ’ анализатор спектра 1

Info

Publication number: SU759971A1
Application number: SU782631544A
Authority: SU
Inventors: Viktor M Erukhimovich; Boris M Zelkin
Original assignee: Viktor M Erukhimovich; Boris M Zelkin
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1980-08-30

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для спектрального анализа сигналов в реальном масштабе времени.

Известен цифровой анализатор, выполняющий преобразование Фурье в реальном масштабе времени,, содержащий преобразователь входного сигнала, генератор гармонических функций, вы- |θ ходы которых подключены к умножителям,· соединенным с сумматорами.

В таком анализаторе операции умножения и суммирования выполняются над . кодами, представляющими значения ³

входного сигнала и гармонических функций, а генератор гармонических функций состоит из формирователей кода и знака аргумента и образователей значе-^л ний синуса и косинуса ^1}.

Эти блоки являются сложными устройствами и требуют значительных аппаратурных затрат для их реализации.

Известен также анализатор спектра, 25 использующий стохастическое, представление переменных и стохастические решающие блоки для вычисления коэффициентов Фурье, наиболее близкий к описываемому устройству.

2

Этот анализатор содержит преобразователь входного сигнала и генератор гармонических функций, выходы которых через схемы сравнения, подключенные к источникам случайных величин, соединены со стохастическими умножителя-; ми, выходы которых соединены со входом схем накопления. Представление входного сигнала и гармонических функ ций случайными последовательностями позволяет использовать в качестве схемы накопления счетчик, а умножитель реализовать на элементе "равнозначность", что упрощает анализатор [23 .

Однако применение в известном анализаторе запоминающего устройства, хранящего дискретные значения синуса и косинуса, цифровые значения входного сигнала и специальных схем для извлечения этих значений недостаточно упрощает анализатор.

Целью изобретения является упрощение анализатора.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектра, содержащий преобразователь входного сигнала в случайную последовательность импульсов, вход которого является входом

759971

анализатора, генератор гармонических функций, первый и второй выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго сто- . хаотических блоков умножения, вторые входа которых соединены с выходом преобразователя входного сигнала в случайную последовательность импульсов, выход каждого стохастического блока умножения подключен ко входу соответствующего блока накопления, введены два регистра сдвига, охвачен-, ные обратными связями через соответствующие сумматоры по модулю два, четыре группы элементов Й, каждый !-тый выход первого регистра сдвига соединен с ί-ым входом элементов И первой группы и с (η — ί + 1) входом элементов И второй группы, выходы второго регистра сдвига подключены к соответствующим входам преобразователя входного сигнала в случайную

‘ последовательность импульсов, каждый Ι-ый выход второго регистра сдвига подключен к ί-ому входу элементов И третьей группы и к (π — ΐ + 1) входу элементов И четвертой группы, выходы

_х элементов И первой и третьей групп

'подключены к первому и второму входам генератора гармонических функций, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с Выходами элементов И второй и четвертой групп.

' Другое отличие анализатора состо- . ит в том, что генератор гармонических функций содержит два коммутатора, два элемента ИЛИ, первые входы коммутаторов и входа элементов ИЛИ являются соответственно первым, вторым, третьим' И. четвертым входами генератора гармонических функций, вторые входы коммутаторов соединены с выходами соответствующих реверсивных счетчиков, вход первого из которых подключен к выходу элемента НЕ, 'вход .которого соединен с выходом первого

' элемента равнозначности, вход второго реверсивного счетчика подключен

. к выходу второго элемента равнозначности, первые входа элементов равнозначности соединены с выходами соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы —'подключены к выходам соответ' ственно первого и второго коммутато-.

* ров^- и являются соответственно первым и вторым выходами генератора гармонических функций.

Применение рекуррентных’регистров сдвйига с группами элементов И, а также реализация канала генератора для каждой из гармонических функций в соответствии с изобретением позволяет представить входной сигнал й гармонические функций псевдослучайными последовательностями.

На чертеже представлена блок-схема ‘анализатора спектра.

Анализатор содержит преобразователь 1 входного сигнала в случайную

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

последовательность импульсов, регистры 2 и 3 сдвига, охваченные обратной связью через соответствующие сумматоры по модулю два (не показаны), четыре группы.элементов 4-7 И, стохастические блоки 8 и 9 умножения, блоки 10 и 11 накопления, генератор 12 гармонических функций содержит два реверсивных счетчика 13 и 14, два коммутатора 15 и 16, два элемента 17 и 18 ИЛИ, два элемента 19 и 20 равнозначности, элемент 21 НЕ.

- В качестве регистров 2 й 3 сдвига в анализаторе используются идентичные η-разрядные сдвиговые регистры, охваченные обратной связью через сумматоры по модулю два.

Регистр 2 сдвига с выходами, подключенными к группам элементов 4 И, выходы которых присоединены к первым входам коммутатора 15, на вторые входа. которого подключены выхода разрядов реверсивного счетчика 13, составляют преобразователь двоичного числа счетчика 13 в псевдослучайную последовательность. С аналогичными связями регистр 3 сдвига, группа элементов 6 И, коммутатор 16, реверсивный счетчик 14 составляют прёобразователь двоичного числа счетчика 14 в псевдослучайную последовательность.

Регистр' 2 сдвига с выходами, подключенными ко входам группы элементов 5 И, выходы которых, присоединены ко входам элемента 17 ИЛИ, составляют формирователь константы Р<_л , представленной псевдослучайной последовательностью. С аналогичными связями регистр 3 сдвига/ группа элементов 7 И, элемент 18 ИЛИ составляют формирователь константы Рц2

Реверсивные счетчики 13 и 14, элемент 19 равнозначности^выход которого подключен ко входу реверсивного счетчика 14, элемент 20 равнозначное-. Тй, выход которого через элемент 21 НЕ подключён ко входу реверсивного счетчика 13, первые входа которых соединены с выходами коммутаторов 15 и 16, а вторые входы — с выходами элементов 17 и 18 ИЛИ,составляют модель для решения уравнения

у" (ι) + ω к\(г) = о (1)

с начальными условиями

У’(0) = 1, у(0) = Ό (2)

Решением уравнения (1) являются выражения:

γ(ί) = 5 ί η , у¹ (ι) = εο5ω_κί₀(3)

При моделировании уравнения (1) реверсивные счетчики выполняют роль интеграторов, а элементы равнозначности — роль блоков умножения.

Для обеспечения модуля коэффициента взаимной корреляции порядка 2’™

65

759971

последовательностей на входах элемента 19 равнозначности входа фд -го элемента 4 И (р = 1, 2.........η) присоединены к N “МУ прямому и ()и-£)-ым инверсным выходам разрядов регистра 2 сдвига (Г - 1, 2,... |л-1), а входы -го элемента 5 И присоединены к (п— р + 1)-му прямому и (η — μ + 1 +

+ ?)-ым инверсным выходам разрядов регистра 2 сдвига, т.е. в обратной последовательности. Аналогичные связи р -го элемента 6 И и -го элемента 7 И с выходами разрядов регистра 3 сдвига для обеспечения модуля коэффициента взаимной корреляции порядка 2~ъ последовательностей на входах элемента 20 равнозначности.

Выход коммутатора 15 соединен с первым входом блока 9 умножения, выход которого подключен к блоку 11 накопления. Выход коммутатора 16 соединен с первым входом блока 8 умножения, выход которого подключен к блоку 10 накопления.

Вторые входы блоков 8 и 9 умножения соединены с выходом преобразователя 1 входного сигнала, подключенного к выходам разрядов регистра 3 сдвига и к источнику входного сигнат ла.

Для обеспечения модуля коэффициента взаимной корреляции порядка 2'^ппоследовательностей на входах блока умножения 8 выходы разрядов регистра 3 сдвига присоединены ко входам преобразователя входного сигнала в обратной последовательности, % ко входам элементов 6 И — в прямой. Для обеспечения модуля коэффициента взаимной корреляций порядка 2‘^п последовательностей на входах блока 9 ко входам преобразователя входного сигнала присоединены выходы разрядов регистра 3 сдвига, а ко входам элементов 4 И — выхода разрядов регистра 2 сдвига.

Анализатор работает следующим образом.

На выходах каждого из разрядов рекуррентных регистров 2 и 3 сдвига генерируются псевдослучайные последовательности, которые имеют максимальный период, равный 2^+м— 1 тактов, математические ожидания, пропорциональные ΐ·, и коэффициент взаимной корреляции 2^г&1+'²-⁾ Зтй последовательности поступают на входы элементов И соответственно групп 4 и 5, 6 и 7, на выходах которых образуются последовательности, которые имеют период 2^ — 1 тактов, и математические ожидания, пропорциональные 2'^. Последовательности с выходов элементов 4 и 6 И поступают на первые входы коммутаторов 15 и 16, на вторые входы которых подключены выходы старших п разрядов реверсивных счетчиков 13 и 14 соответственно.

10

15

25

30

35

40

45

50

55

60

65

В исходном состоянии в реверсивном счетчике 13 содержится код 0,111-..1, в счетчике 14 — код 0,100...0, что соответствует начальным условиям (2). Реверсивные счетчики 13 и 14 выполняют операцию интегрирования переменных, представленных псевдослучайными последовательностями, при этом в каждом такте работы содержимое старших η разрядов реверсивных счетчиков 13 и 14 соответствует п-разрядному двоичному коду значений у' (ι) 'и у(г) соответственно. С помощью преобразователей двоичного числа в последовательность п-разрядные коды реверсивных счетчиков преобразуются в каждом такте в псевдослучайные последовательности, при этом математическое Ожидание этих ' последовательностей, образованных на выходах коммутаторов 15 и 16, пропор•ционально значениям созЦЛ и 5 ί πω^ί соответственно (К — номер канала}.

Элементы .19 и 20 равнозначности выполняют операцию умножения последовательностей, поступающих на их входы с выходов коммутаторов 15 и 16 соответственно и с выходов элементов 17 и 18 ИЛИ соответственно формирователей констант Р_К1 и Р_кг .

Последовательность'с выхода элемента 19 равнозначности,математическое ожидание котброй пропорционально значению со5ц)_кгР_кч , поступает на вход реверсивного счетчика 14, а последовательность с выхода элемента 20 рав-. нозначности, математическое ожидание ¹которой пропорционально значению 5 ΐπ(θ_κί · Рк<2 > поступает через элемент 21' НЕ, выполняющий операцию умножения этой последовательности на -1, на вход реверсивного счетчика 13.

Устойчивость решения уравнения (1) Обеспечена взаимной некоррелированностью последовательностей на входах реверсивных счетчиков 13 и 14, для этого исходные состояния рекуррентных регистров 2 и 3 сдвига соответствуют сдвигу на число тактов, где автокорреляционная функция последовательностей не превышает по модулю значения 2"".

Частота гармонических колебаний в К-ом канале генератора гармонических функций определяется выражением

где г — число разрядов реверсивных счетчиков 13 и 14,

— длительность такта.

Входной сигнал ί(ΐ) преобразуется в псевдослучайную последовательность с помощью преобразователя 1 входного сигнала. Эта последовательность поступает на вторые входы блоков 8 и 9 умножения, реализованных на элементах равнозначности, на первые входа, которых поступают последовательности

V, -я

759971

с выходов коммутаторов 16 и 15 соответственно.

' Двоичный код коэффициентов Фурье: -т

α. =~^£'(Φ)δ1ηω ίάΐ,

_Ф к. т

:5)

Ь = ψ- 5 £ (ί) со’&ю ί сИ ,

'к. Т

где Т — время, анализа сигнала, формируется, блоками 10 и 11 накопления,

.которые, представляют собой счетчики, подключенные к выходам блоков 8 и 9 умножения соответственно.

''' Введение рекуррентных регистров

'"Сдвига для преобразования в псевдослучайную последовательность входного сигнала и применение их с группами элементов И,- реализация каналов генератора для каждой гармонической функции в соответствии с изобретением для. генерирования псевдослучайных

: последовательностей, математические Ожидания которых пропорциональны значениям гармонических функций, позво- ’

' ляет исключить из анализатора спектра запоминающее устройство, что его

/существенно упрощает.' Преобразование Фурье осуществляется в реальном масштабе времени, точность преобразования 2'^п определяется разрядностью п-рекуррекТных регистров сдвига.'

.......

Claims

Формула изобретения

1. Анализатор спектра, содержащий

^преобразователь входного сигнала в случайную последовательность импульсов , вход которого является входом

......анализатора, генератор гармонических

функций, первый и второй выходы которого подключены к первым входам соот^: "зётственно первого и второго стохастических блоков умножения, вторые входы которых соединены с выходом преобразователя входного сигнала' в случайную последовательность импульсов", выход каждого стохастического блока умножения подключен ко входу соответствующего блока накопления, о т ли чающийся тем, что, с целью упрощения анализатора,'в него введены два регистра сдвига, охва15

20

25

30

35

40

45

'ченные обратными связями через соответствующие сумматоры по модулю два, четыре группы элементов И, каждый ί-ый выход первого регистра сдвига соединен с ϊ-ым входом элементов И первой группы и с (η — ϊ + 1) входом элементов И второй группы, выходы второго'регистра сдвига подключены к .соответствующим входам преобразователя входного сигнала в случайную последовательность импульсов, каждый ΐ-тый выход второго регистра сдвига подключен к ΐ-ому входу элементов И тсетьей группы и (η - ΐ +1) входу элементов И четвертой группы, выходы элементов И первой и третьей групп подключены к первому и второму входам генератора гармонических функций, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами элементов И второй и четвертой групп.

.2. Анализатор по π. 1, отличающий с я тем, что генератор гармонических функций содержит два коммутатора, два элемента ИЛИ, первые входы коммутаторов и входы элементов ИЛИ являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами генератора гармонических функций , вторые входы коммутаторов соединены с выходами соответствующих реверсивных счетчиков, вход первого из которых подключен к выходу элемента НЕ, вход которого соединен с выходом первого элемента равнозначности, вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу второго элемента' равнозначности , первые входы элементов равнозначности соединены с выходами соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы — подключены к выходам соответственно первого и второго ком-г мутаТоров и являются соответственно первым и вторым выходами генератора гармонических функций.