Аналізатор спектра фур’є та хартлі

Аналізатор спектра Фур'є та Хартлі, що містить аналого-цифровий перетворювач, три блоки пам'яті, блок формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів, чотири помножувачі, чотири суматори, вхід аналого-цифрового перетворювача є входом пристрою, а вихід з'єднаний з першим входом першого суматора та входом першого блока пам'яті, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора, вихід якого з'єднаний з першим входом другого суматора, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого блока пам'яті, перший вихід блока формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів з'єднаний з першими входами першого та другого помножувачів, а другий вихід з'єднаний з першими входами третього та четвертого помножувачів, другі входи першого та третього помножувачів з'єднані з виходом другого суматора, а другі входи другого та четвертого помножувачів з'єднані з виходом третього блока пам'яті, виходи другого та третього, першого та четвертого помножувачів з'єднані з першими та другими входами відповідно третього та четвертого суматорів, виходи яких з'єднані з входами другого та третього блоків пам'яті та є першим та другим виходами пристрою відповідно, який відрізняється тим, що в нього введені п'ятий та шостий суматори, перші та другі входи яких з'єднані з виходами третього та четвертого суматорів відповідно, а виходи є третім та четвертим виходами пристрою відповідно. Корисна модель належить до галузі цифрової обчислювальної техніки і може бути застосована у пристроях динамічного спектрального аналізу в реальному масштабі часу. Відомий аналізатор спектра Фур'є для динамічного спектрального аналізу, що реалізує рекурентний метод обчислення перетворення Фур'є на ковзних інтервалах [Патент США №3778606, кл. 235-156, 1973], котрий містить аналого-цифровий перетворювач, три блоки пам'яті, блок формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів, чотири помножувачі та чотири суматори. Недоліком даного пристрою є залежність обчислюваного перетворення від положення вибірки відліків вхідної послідовності відносно початку відліку та обмеження функціональних можливостей визначенням лише спектра Фур'є. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є аналізатор спектра Фур'є для динамічного спектрального аналізу, що реалізує рекурентний метод обчислення перетворення Фур'є на ковзних інтервалах [А. с. СССР, №560232, кл. G06F15/34, 1977], який містить аналогоцифровий перетворювач, з першого по третій блоки пам'яті, блок формування синусних та косинус них вагових коефіцієнтів, з першого по четвертий помножувачі, з першого по четвертий суматори, вхід аналого-цифрового перетворювача є входом пристрою, а вихід з'єднаний з першим входом першого суматора та входом першого блока пам'яті, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора, вихід якого з'єднаний з першим входом другого суматора, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого блока пам'яті, перший вихід блока формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів з'єднаний з першими входами першого та другого помножувачів, а другий вихід з'єднаний з першими входами третього та четвертого помножувачів, другі входи першого та третього помножувачів з'єднані з виходом другого суматора, а другі входи другого та четвертого помножувачів з'єднані з виходом третього блока пам'яті, виходи другого та третього, першого та четвертого помножувачів з'єднані з першими та другими входами відповідно третього та четвертого суматорів, виходи яких з'єднані з входами другого та третього блоків пам'яті та є першим та другим виходами пристрою відповідно. со 5 6166 Недоліком даного пристрою є обмеження функціональних можливостей визначенням лише спектра Фур'є. В основу корисної моделі поставлено задачу створення аналізатора спектра Фур'є та Хартлі, що реалізує обчислення перетворення Хартлі на основі обчисленого за рекурентним методом на ковзних інтервалах перетворення Фур'є, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків досягається одночасне визначення динамічних спектрів Фур'є та Хартлі, внаслідок чого розширюються функціональні можливості аналізатора. Поставлена задача досягається за рахунок того, що в аналізатор спектра Фур'є та Хартлі, що містить аналого-цифровий перетворювач, три блоки пам'яті, блок формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів, чотири помножувачі, чотири суматори, вхід аналого-цифрового перетворювача є входом пристрою, а вихід з'єднаний з першим входом першого суматора та входом першого блока пам'яті, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора, вихід якого з'єднаний з першим входом другого суматора, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого блока пам'яті, перший вихід блока формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів з'єднаний з першими входами першого та другого помножувачів, а другий вихід з'єднаний з першими входами третього та четвертого помножувачів, другі входи першого та третього помножувачів з'єднані з виходом другого суматора, а другі входи другого та четвертого помножувачів з'єднані з виходом третього блока пам'яті, виходи другого та третього, першого та четвертого помножувачів з'єднані з першими та другими входами відповідно третього та четвертого суматорів, виходи яких з'єднані з входами другого та третього блоків пам'яті та є першим та другим виходами пристрою відповідно, введені п'ятий та шостий суматори, перші та другі входи яких з'єднані з виходами третього та четвертого суматорів відповідно, а виходи є третім та четвертим виходами пристрою відповідно. Введення в аналізатор п'ятого та шостого суматора разом з їх зв'язками дозволило реалізувати обчислення перетворення Хартлі на основі обчисленого за рекурентним методом на ковзних інтервалах перетворення Фур'є, внаслідок чого стало можливим одночасне визначення динамічних спектрів Фур'є та Хартлі, що розширило функціональні можливості аналізатора. На кресленні представлена блок-схема пристрою аналізатора спектра Фур'є та Хартлі. Пристрій містить вхід 1, аналого-цифровий перетворювач 2, блоки 3-5 пам'яті, блок 6 формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів, помножувачі 7-10, суматори 11-16, виходи 17-20. Вхід аналого-цифрового перетворювача 2 є входом 1 пристрою, а вихід з'єднаний з першим входом першого суматора 11 та входом першого блока 3 пам'яті, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора 11, вихід якого з'єднаний з першим входом другого суматора 12 , другий вхід якого з'єднаний з виходом другого блока 4 пам'яті. Синусний вихід блока 6 формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів з'єднаний з першими входами першого 7 та другого 8 помножувачів, а косинусний вихід з'єднаний з першими входами третього 9 та четвертого 10 помножувачів. Другі входи першого 7 та третього 9 помножувачів з'єднані з виходом другого суматора 12, а другі входи другого 8 та четвертого 10 помножувачів з'єднані з виходом третього блока 5 пам'яті. Виходи другого 8 та третього 9, першого 7 та четвертого 10 помножувачів з'єднані з першими та другими входами відповідно третього 13 та четвертого 14 суматорів, виходи яких з'єднані з входами другого 4 та третього 5 блоків пам'яті, першими та другими входами п'ятого 15 та шостого 16 суматорів та є першим 17 та другим 18 виходами пристрою відповідно. Виходи п'ятого 15 та шостого 16 суматорів є третім 19 та четвертим 20 виходами пристрою відповідно. Пристрій працює наступним чином. Рекурентний метод обчислення перетворення Фур'є дійсних послідовностей на ковзних інтервалах, коли значення перетворення оновлюються з надходженням кожного нового значення відліку вхідної послідовності, базується на основі математичного виразу (1) де Fj+-|(k), Fj(k) - комплексні дискретні значення перетворення Фур'є вхідної послідовності розміром N на (і + 1)-му та і і-му інтервалах відповідно (k = 0,N/2-1 - номер значення перетворення; і = 0,1,2...) ; x(N + i) та х(і) - значення відліків вхідної послідовності. Обчислення виразу (1) в пристрої виконується шляхом обчислення виразів (2) 2тск r , . .і mF,(k)Jcos—— .(3) де Re та Im - дійсні та уявні частини значень перетворення Фур'є. Перетворення Хартлі визначається на основі обчисленого перетворення Фур'є за допомогою виразів H i + 1 (k) = Ren, + 1 (k)-lmF l + 1 (k) (4) H i + 1 ( N - k ) = ReFi +1 (k) + lmFj + 1 (k) (5) де H j + i ( k ) , Hj + -j(N-k) - дійсні дискретні значення перетворення Хартлі вхідної послідовності розміром N на (і + 1)-му інтервалі. Пристрій працює циклічно. Початок кожного циклу визначається надходженням на вхід блока З пам'яті нового дискретного значення послідовності відліків, котра формується за допомогою аналогоцифрового перетворювача 2, на вхід якого з входу 1 пристрою подається досліджуваний аналоговий сигнал. На початку кожного циклу в блоці 3 пам'яті зберігаються N значень відліків і-го інтервалу 6166 вхідної ПОСЛІДОВНОСТІ, а в блоках 4-5 пам'яті - ВІД дійсної та уявної частини комплексного значення Fj(k) перетворення Фур'є ВІДПОВІДНО, а на виходах блока 6 формування синусних та косинусних вагових коефіцієнтів - значення sm-2тск та cosN N ПОВІДНО ДІЙСНІ та уявні частини комплексних зна чень Fj(k) перетворення Фур'є на і-му інтервалі В початковому стані (і = 0) комірки всіх блоків 3-5 пам'яті обнулені На початку циклу значення нового відліку вхідно» послідовності зберігається в блоці 3 пам'яті та надходить на перший вхід суматора 11, на другий вхід якого з блоку 3 пам'яті надходить значення відліку вхідної ПОСЛІДОВНОСТІ, що передувало новому відліку на N ВІДЛІКІВ, в результаті чого на виході суматора 11 формується значення [x(N +1) + х(і)], котре надходить на перший вхід суматора 12 і міститься на ньому на протязі визначення значень перетворення Фур'є та Хартлі на (і + 1)-му інтервалі ВІДПОВІДНО На виході суматора 12 формується значення [Re Fj(k) + [x(N +1) - x(i)J На виходах помножувачів 9 та 7 формуються значення перших добутків, а на виходах помножувачів 8 та 10 - значення других добутків виразів (2) та (3) ВІДПОВІДНО Кінцеві значення виразів (2) та (3) формуються ВІДПОВІДНО на виходах суматорів 13 та 14, зберігаються в блоках 4 та 5 пам'яті й поступають на виходи 17 та 18 пристрою ВІДПОВІДНО На виходах суматорів 15 та 16 формуються значення виразів (4) та (5), котрі поступають на Кожен цикл складається з N/2 підциклів визначення значень перетворення Фур'є та Хартлі виходи 19 та 20 пристрою ВІДПОВІДНО (k = 0,N/2-1) На початку кожного підциклу на виходах блоків 4-5 пам'яті з'являються значення 11 12 15 13 14 10 Комп'ютерна верстка Л Литвиненко Підписне 16 Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м К и ї в - 4 2 , 01601