Аналізатор спектра фур’є та хартлі

Аналізатор спектра Фур'є та Хартлі, що містить аналого-цифровий перетворювач, з першого по третій блоки пам'яті, блок формування вагових коефіцієнтів, з першого по другий помножувачі, з першого по третій суматори, вхід аналого-цифрового перетворювача є інформаційним 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, перший та другий виходи блока формування C2 2 81129 1 3 першого по третій суматори, вхід аналогоцифрового перетворювача є інформаційним 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, перший та другий виходи блока формування вагових коефіцієнтів з'єднані з першими входами відповідно першого та другого помножувачів, виходи яких з'єднані з першими входами відповідно другого та третього суматорів, виходи яких з'єднані з входами другого та третього блоків пам'яті та є першим та другим виходами пристрою відповідно. Недоліком даного пристрою є низька швидкодія, оскільки визначення спектра Фур'є виконується за N11 циклів (N - розмір перетворення), та низькі функціональні можливості, обмежені визначенням лише спектра Фур'є. В основу винаходу поставлено задачу створення аналізатора спектра Фур'є та Хартлі, що реалізує рекурентні методи обчислення перетворень Фур'є та Хартлі на ковзних інтервалах, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків досягається визначення спектрів Фур'є або Хартлі за (N/4 +1) циклів, внаслідок чого підвищується швидкодія та розширюються функціональні можливості аналізатора. Поставлена задача досягається за рахунок того, що в аналізатор спектра Фур'є та Хартлі, що містить аналого-цифровий перетворювач, з першого по третій блоки пам'яті, блок формування вагових коефіцієнтів, з першого по другий помножувачі, з першого по третій суматори, вхід аналого-цифрового перетворювача є інформаційним 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, перший та другий виходи блока формування вагових коефіцієнтів з'єднані з першими входами відповідно першого та другого помножувачів, виходи яких з'єднані з першими входами відповідно другого та третього суматорів, виходи яких з'єднані з входами другого та третього блоків пам'яті та є першим та другим виходами пристрою відповідно, введені четвертий та п'ятий блоки пам'яті, перший та другий суматори-віднімачі, елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО, вихід першого суматора з'єднаний з другими входами першого та другого помножувачів, виходи яких з'єднані з першими входами відповідно першого та другого суматорів-віднімачів, виходи яких з'єднані з входами четвертого та п'ятого блоків пам'яті та є третім та четвертим виходами пристрою відповідно, виходи другого, третього, четвертого та п'ятого блоків пам'яті з'єднані з другими входами другого й третього суматорів та першого й другого суматорів-віднімачів відповідно, перший керуючий вхід пристрою з'єднаний з керуючим входом блока формування вагових коефіцієнтів та першим входом елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО, другий керуючий вхід пристрою з'єднаний з керуючим входом першого суматора-віднімача та другим входом елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО, вихід 81129 4 якого з'єднаний з керуючим входом другого суматора-віднімача. Введення в аналізатор четвертого та п'ятого блоків пам'яті, першого та другого суматоріввіднімачів, елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО разом з новими зв'язками дозволило реалізувати рекурентні методи обчислення перетворень Фур'є та Хартлі на ковзних інтервалах за (N/4+1) циклів, внаслідок чого вдвічі скоротився час визначення спектрів та стало можливим визначення динамічних спектрів Фур'є або Хартлі, що підвищило швидкодію та розширило функціональні можливості аналізатора. На кресленні представлена блок-схема пристрою аналізатора спектра Фур'є та Хартлі. Пристрій містить інформаційний вхід 1, керуючі входи 2-3, аналого-цифровий перетворювач 4, блоки 5-9 пам'яті, блок 10 формування вагових коефіцієнтів, помножувачі 1112, суматори 13-15, суматори-віднімачі 16-17, елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО 18, виходи 19-22. Вхід аналого-цифрового перетворювача 4 є інформаційним входом 1 пристрою, а вихід з'єднаний з першим входом першого суматора 13 та входом першого блока 5 пам'яті, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора 13. Перший та другий виходи блока 10 формування вагових коефіцієнтів з'єднані з першими входами відповідно першого 11 та другого 12 помножувачів, другі входи яких з'єднані з виходом першого суматора 13. Вихід першого помножувача 11 з'єднаний з першими входами другого суматора 14 та першого суматора-віднімача 16, а вихід другого помножувача 12 з'єднаний з першими входами третього суматора 15 та другого суматоравіднімача 17. Другі входи другого 14 та третього 15 суматорів, першого 16 та другого 17 суматоріввіднімачів з'єднані з виходами другого б, третього 7, четвертого 8 та п'ятого 9 блоків пам'яті відповідно, а виходи є першим 19, другим 20, третім 21 та четвертим 22 виходами пристрою відповідно і з'єднані з входами другого 6, третього 7, четвертого 8 та п'ятого 9 блоків пам'яті відповідно. Перший керуючий вхід 2 пристрою з'єднаний з керуючим входом блока 10 формування вагових коефіцієнтів та першим входом елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО 18. Другий керуючий вхід 3 пристрою з'єднаний з керуючим входом першого суматора-віднімача 16 та другим входом елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО 18, вихід якого з'єднаний з керуючим входом другого суматоравіднімача 17. Пристрій працює наступним чином. Рекурентні методи обчислення перетворень Фур'є та Хартлі дійсних послідовностей на ковзних інтервалах, коли значення перетворень оновлюються з надходженням кожного нового значення відліку вхідної послідовності, базуються на основі математичних виразів (1) та (2) відповідно: Fi +1(k )= Fi (k ) + Dx × e j2 pkj N , (1) 5 81129 2pkj , (2) N де Fi+ 1(k ) , Fi (k ) - комплексні дискретні значення перетворення Фур'є вхідної послідовності розміром N на (i+1)-му та і-му Hi+1(k ) = Hi (k ) + Dx × cas інтервалах відповідно ( k = 0, N / 2 - номер значення перетворення; і = 0,1,2,...); Hi+1(k ) , Hi (k ) - дійсні дискретні значення перетворення Хартлі вхідної послідовності розміром N на (i+1)-му та i-му інтервалах відповідно ( k = 0, N / 1 - номер значення перетворення; і = 0,1,2,...); Dх = x(N + і) - x(i), де x(N + і) та х{і) - значення відліків вхідної послідовності; j2pki N 2pki 2pki - j × sin ( j = - 1) ; N N 2pki 2pki 2pki . cas = cos + sin N N N Для парних N обчислення виразу (1) в пристрої виконується шляхом e = cos обчислення виразів (3)-(6) для k = 0, N / 4 : ReFi+1(k) = ReFi(k) + T1i(k), (3) ImFi+1(k) = Im Fi(k) + T2i(k), (4) ReFi+1(N/2 - k) = ReFi(N/2 - k) + T3i(k), (5) ImFi+1(N/2 - k) = ImFi(N/2 - k) + T4i(k), (6) де Re та Im - дійсні та уявні частини значень перетворення Фур'є; 2 pki ; T1i (k ) = Dx × cos N 2pki T2i (k ) = Dx × ( - sin ); N ì T1i (k ), i - парне ; T3i (k ) = í î- T1i (k ), і - непарне ì-T2i (k ), i - парне . T4i (k ) = í î T2i (k ), і - непарне Для парних N обчислення виразу (2) в пристрої виконується шляхом обчислення виразів (7)-(10) для k = 0, N / 4 : Hi+1(k) = Hi(k) + T1i(k), (7) Hi+1(N - k) = Hi (N - k) + T2i(k), (8) Hi+1(N/2 + k) = Hi(N/2 + k) + T3i(k), (9) Hi+1(N/2 - k) = Hi(N/2 - k) + T4i(k), 2 pki де T1i (k ) = Dx × cos ; N 2p(N - k )i T2i (k ) = Dx × cas N ì T1i (k ), i - парне ; T3i (k ) = í î- T1i (k ), і - непарне (10) 6 ì-T2i (k ), i - парне . T4i (k ) = í î T2i (k ), і - непарне В режимі визначення спектра Фур'є на керуючому вході 2 пристрою встановлюється постійне одиничне значення, що визначає формування на першому та другому виходах блока 10 формування вагових коефіцієнтів 2pki 2pki значень cas та - sin відповідно, а на N N виході елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО 18 інвертованих значень, що поступають на керуючий вхід 3 пристрою та є ознакою парного (нульове значення) чи непарного (одиничне значення) інтервалу і. Таким чином, перший суматорвіднімач 16 працює в режимі суматора для парних значень і та в режимі віднімача для непарних значень і, а другий суматор-віднімач 17 - навпаки . В режимі визначення спектра Хартлі на керуючому вході 2 пристрою встановлюється постійне нульове значення, що визначає формування на першому та другому виходах блока 10 формування вагових коефіцієнтів 2pki 2p(N - k )i значень cas та cas , а на виході N N елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО 18 - значень, що поступають на керуючий вхід 3 пристрою та є ознакою парного (нульове значення) чи непарного (одиничне значення) інтервалу і. Таким чином, перший 16 та другий 17 суматори-віднімачі працюють в режимі суматорів для парних значень і та в режимі віднімачів для непарних значень і. Пристрій працює циклічно. Початок кожного циклу визначається подачею на керуючий вхід 3 пристрою значення, що є ознакою парного чи непарного значення інтервалу і, та надходженням на вхід блока 5 пам'яті нового дискретного значення послідовності відліків, котра формується за допомогою аналого-цифрового перетворювача 4, на вхід якого з інформаційного входу 1 пристрою подається досліджуваний аналоговий сигнал. На початку кожного циклу в блоці 5 пам'яті зберігаються N значень відліків і-го інтервалу вхідної послідовності, а в блоках 6-9 пам'яті відповідно значення ReFі(A), lmFі(k), ReFі(N/2 - k), ImFі{N/2 - k) перетворення Фур'є при визначенні спектра Фур'є або значення Hі(k), Hі(N-k), Hі(N/2 + k), Hі(N/2 - k) перетворення Хартлі при визначенні спектра Хартлі для k = 0, N / 4 на г-му інтервалі. В початковомустані (/ = 0) комірки всіх блоків 5-9 пам'яті, обнулені. На початку циклу значення нового відліку вхідної послідовності зберігається в блоці 5 пам'яті та надходить на перший вхід суматора 13, на другий вхід якого з блоку 5 пам'яті надходить значення відліку вхідної послідовності, що передувало новому відліку на N відліків, в результаті чого на виході суматора 13 формується значення Dх, котре міститься на ньому на протязі визначення значень перетворення Фур'є або Хартлі на (і + 1)-му інтервалі. Кожен цикл складається з (N/4 + 1) підциклів визначення значень 7 перетворення Фур'є або Хартлі за формулами (3)-(6) або (7)-(10) відповідно. На початку кожного підциклу на виходах блоків 6-9 пам'яті з'являються значення Re Fi(k), ImFi(k), ReFi(N/2 - k), ImFi(N/l - k) перетворення Фур'є при визначенні спектра Фур'є або значення Hіk), Hі(N - k), Hі(N/2 + k), Hі(N/2 - k) перетворення Хартлі при визначенні спектра Хартлі відповідно, а на першому та другому виходах блока 10 формування вагових 2pki 2p(N - k )i та cas коефіцієнтів - значення cos N N при визначенні спектра Фур є або значення 2pki 2p(N - k )i та cas при визначенні спектра cas N N Хартлі відповідно (k = 0, N / 4) . Таким чином, на виходах помножувачів 11 та 12 формуються значення T1i(k) та T2i(k) відповідно, а значення виразів (3)-(6) або (7)-(10) формуються на виходах суматорів 14-15 та суматоріввіднімачів 16-17 відповідно, зберігаються в блоках 6-9 пам'яті й поступають на виходи 19-22 пристрою відповідно. 81129 8