Устройство свертки сигнала

Устройство свертки сигнала

Реферат

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к линейным разностным цепям с постоянными параметрами, и может быть использовано, например, при построении электронных аналоговых фильтров с желаемой, в том числе близкой к идеальной, амплитудно- и фазочастотной характеристикой.

Известны устройства свертки сигнала, содержащие аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь, в которых операция свертки осуществляется цифровыми методами (см., например, Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. М.: Радио и связь, 1985, стр.6, 7, 13, 21-32).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство свертки сигнала, содержащие аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь, в котором операция свертки осуществляется в соответствии с алгоритм входной стороны (см. Steven W. Smith The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. San Diego, California Technical Publishing, 1999, стр.112-115).

Недостатком данного устройства является ограниченное быстродействие, связанное с программным исполнением операции свертки и апертурным временем аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве свертки сигналов, содержащем элементарные фазовые контуры, пропорциональные звенья и сумматоры, элементарные фазовые контуры объединены в три одинаковые по количеству элементарных фазовых контуров группы. Элементарные фазовые контуры первой группы, с выхода которой снимается задержанная копия входного сигнала, соединены последовательно. Между элементарными фазовыми контурами двух других, соединенных последовательно друг с другом групп, включены двухвходовые сумматоры. Одна из указанных групп начинается с сумматора и заканчивается элементарным фазовым контуром, а другая начинается с элементарного фазового контура и заканчивается сумматором. Выход каждого из сумматоров этих групп, кроме последнего, соединен с входом последующего элементарного фазового контура, а один из входов сумматора, кроме первого, на вход которого подан нулевой потенциал, соединен с выходом предыдущего элементарного фазового контура. Другим своим входом каждый из сумматоров подключен к выходу соответствующего пропорционального звена. Входы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется перевернутой слева направо импульсной характеристикой синтезируемой разностной цепи, объединены вместе и соединены с входом первой группы элементарных фазовых контуров, образуя шину входного сигнала. Выходной сигнал снимается с выхода последнего сумматора.

На чертеже показана схема устройства свертки сигнала.

Устройство свертки сигнала содержит элементарные фазовые контуры 1, сумматоры 2 и пропорциональные звенья 3.

Устройство свертки сигнала работает следующим образом.

Входной сигнал, свертку которого с желаемой импульсной характеристикой следует получить, поступает на шину in и распространяется далее по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров 1 первой группы. В каждом фазовом контуре происходит сдвиг фаз гармонических составляющих сигнала на определенный свой для каждой гармоники угол, при этом амплитуды гармоник остаются неизменными. Таким образом, сигнал, полученный на шине delay in, является полной задержанной на некоторое время копией исходного сигнала. Одновременно с шины in входной сигнал поступает на входы всех пропорциональные звеньев 3. Коэффициенты передачи пропорциональных звеньев установлены в соответствии со значениями перевернутой слева направо импульсной характеристики синтезируемой цепи. Учитывая, что в каждый конкретный момент времени можно рассматривать входной сигнал как смасштабированную и сдвинутую дельта-функцию (см., например, Сато Ю. Обработка сигналов. Первое знакомство. Пер. с яп. М.: Издательский дом "Додэка-XXI", 2002, с.154-157), вырабатываемый на выходах пропорциональных звеньев сигнал можно рассматривать как импульсный отклик синтезируемой цепи на значение входного сигнала в конкретный момент времени. Полученный таким образом импульсный отклик синтезируемой цепи, пройдя через соответствующие входы сумматоров, распространяется далее по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров 1, второй и третьей групп. Аналогичным образом получаются импульсные отклики значений входного сигнала в следующие моменты времени. Каждый новый полученный импульсный отклик складывается в сумматорах с суммой сдвинутых, из-за распространения по цепочке последовательно соединенных элементарных фазовых контуров второй и третьей групп, импульсных откликов синтезируемой цепи, полученных в предыдущие моменты времени. Таким образом, выходной сигнал образуется как сумма смасштабированных и сдвинутых импульсных откликов. Аппроксимирующая функция, отвечающая требованиям к амплитудно- и фазочастотной избирательности всего устройства, в общем случае находится как для любой разностной цепи в виде отношения выходного сигнала к задержанной копии исходного сигнала.

При сравнении с более традиционными устройствами свертки сигнала предлагаемое устройство имеет преимущество, заключающееся в высоком быстродействии и возможности реализовать операцию свертки в реальном режиме времени.

Устройство свертки сигнала, содержащее элементарные фазовые контуры, пропорциональные звенья и сумматоры, отличающееся тем, что элементарные фазовые контуры объединены в три одинаковых по количеству элементарных фазовых контуров группы, при этом элементарные фазовые контуры первой группы, с выхода которой снимается задержанная копия входного сигнала, используемая для нахождения аппроксимирующей функции реализуемого разностного устройства, соединены последовательно, а между элементарными фазовыми контурами двух иных, соединенных последовательно друг с другом групп, включены двухвходовые сумматоры, причем, одна из указанных групп начинается с сумматора и заканчивается элементарным фазовым контуром, а другая начинается с элементарного фазового контура и заканчивается сумматором, выход каждого из сумматоров обоих групп, кроме последнего, соединен с входом последующего элементарного фазового контура, а один из входов сумматора, кроме первого, на вход которого подан нулевой потенциал, соединен с выходом предыдущего элементарного фазового контура, другим своим входом каждый из сумматоров подключен к выходу соответствующего пропорционального звена, причем входы всех пропорциональных звеньев, коэффициент передачи которых определяется перевернутой слева направо импульсной характеристикой реализуемого разностного устройства, объединены вместе и соединены с входом первой группы элементарных фазовых контуров, образуя шину входного сигнала, выходной сигнал снимается с выхода последнего сумматора.