Анализатор спектра фурье

Анализатор спектра фурье

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ т ц 560232

Союз Советских

Социалистических

Рвслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.06.75 (21) 2147593/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.77. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 27.06,77 (51) М. Клв G 06F 15/34

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325(088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Чайковский, В. Ф. Коваль, В. Я. Краковский и В. С. Пикулин

Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ФУРЬЕ

Изобретение относится к области вычислительной техники, предназначено для обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задачах выделения полезных сигналов на фоне помех, .в спектральном анализе, в задачах классификации сигналов и т. п.

Известно устройство для выполнения прямого преобразования Фурье и осуществляющее вычисление спектра между вводом отдельных дискретных значений преобразуемого сигнала (1). Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, два блока памяти, предназначенных для накопления и хранения синусной и косинусной компонент спектра, генератор тактовых импуьсов, делитель частоты, два умножителя и два сумматора.

Вычисление коэффициентов Фурье с помощью устройства начинается непосредственно после поступления первого отсчета исследуемой реализации, и процедура вычислений равномерно распределена по времени в течение всей длп ельпос:и реалпзацпи, прп этом запоминани.. обрабатываемых отсчетов не осуществляется.

Такое устроь.гво:- е обеспечивал получения спектральных характерпстпк на скользящем отрезке времени (со c«îëüçÿùèì временным окном анализа).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является анализатор, который после каждой новой выборки дискретного значения преобразуемого сигнала обновляет коэффициенты Фурье. Это устройство содержит аналого-цифровой преобоазователь, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и с входом первого блока памяти, выход которого соединен "вторым входом первого сумматора, второй блок памяти, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, третий блок памяти п олок формирования синусных п коспнусных весовых коэффициентов, первый выход которого подключен

15 к первым входам первого и второгоумножителей, а второй выход подключен к первым входам третьего и четвертого умножителей. Вторые входы первого и третьего, а также второго и четвертого умножителей соединены между

20 собой, а выходы второго и третьего, первого и чегвертого умножителей соединены с первыми и вторыми входамн третьего п четвертого сумматоров соответственно. Для такого анализатора характерна зависимость вычисляемого

25 спектра ог положения временного интервала, па котором берется исходный сигнал, от начала отсчета.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей анализатора спектра, 30 позволяющего,вычислять коэффициенты

660232

Фурье на скользящем отрезке |времени с компенсацией от смещения интервала анализа относительно начала отсчета.

Это достигается тем, что в пердлагаемом анализаторе выход первого сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подсоединен к второму входу первого умножителя, выход третьего блока памяти подсоединен к второму входу второго умножителя, а выходы третьего и четвертого сумматоров соединены с входами второго и третьего блоков памяти соответственно.

На чертеже показан анализатор спектра

Фурье.

Лнализатор содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блоки памяти 2, 3, 4, сумматоры 5, 6, 7, 8, умножители 9, 10, 11, 12, блок 13 формирования синусных и косинусных коэффициентов.

Анализатор скользящего спектра работает следующим образом.

При поступлении первых N отсчетов вычисление коэффициентов Фурье производится по следующей формуле:

2;.

F = fje (1)

u=o где N — число отсчетов;

fI, — цифровые значения отсчетов; р — порядковый номер гармоники, 2 е = соя (, kp) — j sin (kp) (2)

Значения коэффициентов Фурье в соответствии с выражением (1) при поступлении (N — 1)-го отсчета и до поступления Л -ro отсчета формируются и записываются в соответствующие яечйки второго и третьего блоков памяти 3 и 4.

Одновременно с вычислением коэффициентов Фурье в первом блоке памяти 2 производится последовательная запись обрабатываемых отсчетов fp — / » — 0.

При поступлении отсчета с номером N исключается влияние нулевого отсчета fp и учитывается дополнение отсчетом f»i — ÎP -i — " М

Р =Р— f å +flVe

=Р, + (Ь вЂ” 1,). (3

Для получения спектра последовательности на интервале анализа необходимо исследуемый участок реализации сместить в начало координат, сдвинув его на величину интерва2 ла дискретизации = (что соответствует

4r сдвигу на один отсчет).

Указанная процедура производится на основании теоремы сдвига, в результате чего можно записать

2-,.

1 — IP

Рр=(Рр+(Ь-fo)le " (4)

Процедура получения текущего спектра рекуррентна и аналогична для следующего иптервала анализа. Выражение (4), записанное в комплексном виде, имеет следующий вид:

ReF, = (АР + (ч — f,) J ños " р—

5 — (ImF Jsin p

1тР = (ReFp + ((», — f )) sin 2" р +

+ (ImF J cos p, N

Для получения вещественной и мнимой

15 ReF „è ImF „(êîñèíóñíîé и синуоной) составляющих текущего спектра при поступлении очередного отсчета формируется разность (f» — fp) с помощью первого сумматора, после чего полученная разность суммируется на вто20 ром сумматоре b с выдаваемой вторым блоком памяти 3 действительной составляющей спектра КеГ„и подается на первые входы первого и четвертого умножителей 9 и 12, где происходит их умножение на значение весовых коэффициентов (синуса и косинуса), выдаваемых блоком 13.

Одновременно с этим каждый отсчет ImFP мнимой составляющей спектра, выдаваемый третьим блоком памяти 4 согласно выражениям (5) и (6) умножается на такие же весовые коэффициенты вторым и третьим умножителями 10 и 11.

Полученные на выходе 1второго и четвертого умножителей произведения алгебраически суммируются четвертым сумматором 8, в результате чего на его выходе формируется отсчет текущего спектра ReF„, который поступает на первый выход анализатора и одновременно с этим записывается во втором блоке

40 памяти. Лналогично происходит формирование и зались, отсчета ImF „, который выдается третьим сумматором 7 на второй выход и вход третьего блока памяти 4.

Предлагаемый анализатор спектра позволя45 ет расширить класс задач, решаемых спектральными методами, а также увеличить оперативность определения анализа по сравнению с быстрым преобразованием Фурье в режиме скользящего спектра.

Формула изобретения

Лнализатор спектра Фурье, содержащий аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и с входом первого блока памяти, выход которого соединен с вторым входом пер60 вого сумматора, второй блок памяти, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, третий блок памяти и блок формирования синусных и косинуоных весовых коэф1фициентов, первый выход которого под65 ключен к первым входам первого и второго умножителей, а второй подключен к первым

560232

Составитель И. Грибков

Техред Е. Хмелева Корректор Л Денискина

Редактор Т. Рыбалова

Заказ 1379/12 Изд. № 501 Тираж 815 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 входам третьего и четвертого умножителей, вторые входы первого и третьего умножителей, а также второго и четвертого соединены между собой, а выходы второго и третьего, первого и четвертого умножителей соединены с первыми и tBTOpbIMH входами третьего и четвертого сумматоров соответственно, о т л и ч аю 1ци йо я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в нем выход первого сумматора соединен с вторым, входом второго сумматора, выход которого подсоединен к второму входу первого умножителя, выход третьего блока памяти подсоединен к второму входу второго умножителя, а выходы третьего и четвертого сумматоров соединены с входа5 ми второго и третьего блоков памяти соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1. Авт. св. № 446063, кл. G 06F 15/34, 1974.

10 2. Патенг СШЛ № 3778606, кл. 235 — 156, 1973.