SU492881A1 - Device for calculating the spectrum of the time series - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СПЕКТРА ВРЕМЕННОГО(54) DEVICE FOR CALCULATION OF THE TEMPORAL TIME SPECTRUM

РЯДА 7-1О, вычитатель 11, сумматор 12, по сто нное запоминающее устройство 13, квадраторы 14 и 15, накапливающий сум матор 16, ии| ро-4налоговый преобразова тель 17, блок извлечени  квадратного корн  18, видеоиндикатор 19 и блок регистрации 2 О, Устройство дл  вычислени , спектра : временного р да работает следующим об разом. Блоки умножени  7 и 8, 9 и 1О, вычитатель 11 и сумматор 12 образуют ; арифметическое устройство цифровой част устройства дл  вычислени  спектра време кого р да. Арифметическое устройство имеет четьфе входа и два выхода. На пер вый вход (вход блоков умножени  7 и 9) подаютс  числа с первого выхода вхо/tного сумматора 5, на второй вход (вход блоков умножени  8 и 1О)- числа с первого выхода входного сумматора 6, на v третий вход (вход блоков умножени  7 и 8)-числа с выхода посто нного запоминающего устройства 13 выборок {ОЭ и на четвертый вход (вход блоков умноже ни  9 и 1О)-числа с выхода посто нного запоминающего устройства 13.выборок inG С первого выхода (выход вычитател  11) числа, представл ющие собой накапливаемые выборки вещественной части результата перемножени , поступают на первый вход входного сумматора 5 вещественного канала, а со второго выхода (выход сумматора 12) числа, представл ющие собой накапливаемые выборки мнимой части результата перемножени , поступают напервый вход входного сук матора 6 мнимого канала, В  чейках посто нного запоминающего + 1 чиустройства 13 записано сел, соответствующих выборкам либо COS б либо Sin 0 , где 0 беретс  в диапазоне от О до -Л- с шагом . Выборки л COS0 и Sifl6 в полном диапазоне изменени  0 от О до 2Л -т , т. е. N выборок COS в и N выборок silt 0 , получаютс  из выборок, например, только COS 0 при f о путем инвертировани  на- О о правлени  считьшани  и знака выборок. При последовательном цифровом рецир (кул ционном спектральном анализе р да из М пар вьгборок, поступающего с выходов буферного запоминающего устройства 4 на вто- рые входы входных сумматоров 5 и 6, выборки COS 0 и Sifl Q остаютс  посто нными в течение всего времени, не- обходимого на И циркул ции внутри каждого цикла накоплени . Смена величины Q происходит при переходе к новому) циклу накоплени . Врем  К-го цикла накоплени  Т . определ етс  суммой интервалов обработки каждой пары выборок с выхода буферного запоминающего устройства 4, т. е. N - - .K.i , где Т ., ; - интервал обработки -ой оор, к, |. пары выборок в К -м цикле, а K2l,..,,N .-. пары выборок в К -1 цикле 0. (K-l)f Переход от одного значени  к соседнему значению Q 9 + происходит после окончани  к М-й циркул ции очередного К-го цикла анализа. В Л1обом К-м цикле из  чеек буферного запоминающего устройства 4 считьщаютс  и поступают на вторые входы входных сумматоров 5 и 6 одни и те же пары выборок и в той же последовательности , в которой происходила их запись с выходов аналого-иифровых преобразоватьлей 2 и 3. Такое считьшание М пар вььборок происходит столько раз, сколько имеетс  градаций по 0 , т. е. N раз. С помощью блоков умножени  7-10 и посто нного запоминающего устройства 13 производ тс  следующие операции: а)на выходе блока умножени  7 имеем 5Чи,,Г , б)на выходе блока умножени  8 имеем (U,3) ) в); на выходе блока умножени  9 имеем Ug-UjxCUfa) i г)на выходе блока умножени  10 имеем и,.з) - и„, и о 1 Q ЧИСЛО на выхо131о де устройству соответствующего номеру индекса. Вычитатель 11 производит опои ,, и,рацию вычитани  U U-,- U а сумматор 12 операцию сложени  12 8 Пусть на вход формировател  1 квадратурных сигналов с момента времени t - О. поступает гармоническое колебание с частотой(г15г« сОд (м)51 (1 0,1,2,3,. 5г,гае Т - период вз ти  пары выборок из входного сигнала аналого-цифровыми преобразовател ми 2 и 31 начальной фазой f и 5 : акшлитудой А, т. е. . j.gg Это напр жение с первого вьссода формировател  1 квадратурных сигналов уже с начальной фазой о. где Д - сдвиг фазы при прохождении формировател  квадратурных сигналов с входа на первый выход , поступает на вход аналого-ци4рового преобразовател  2, т. е. и„ АС08(Шо1+Ч,.. Ti , и со сдвигом фазы + со второго выхода на вход аналого-цифрового преобразовател  3, т. е. ;у д. sin(00ot--f Q) . Из пары квадратурных сигналов U и и с помощью аналого-цифровых преобразователей 2 и 3 в начале каждого пери- . ода повторени  длительностью Т берутс  выборки, амплитуда которых преобразуетс  в двоичный код, С выхода аналого-цифровых преобразователей 2 и 3 пара выборок и„ в двоичном коде по- сигналов о даетс  соответственно на первый и второй вход буферного запоминающего устройства 4. В буферном запоминающем устройстве кажда  пара выборок запоминаетс  в своей паре  чеек. Сразу после запоминани  предыдущей пары выборок с помощью аналрго цифровых преобразователей 2 и 3 беретс  следующа  пара выборок, т. е. минимальна  длительность периода пбвторени  выборок Tjjj) определ етс  суммой максимального времени преобразовани  в аналого-цифровых преобразовател х - Тлцп max и времени записи в буферное запоминающее устройство 4 ТБЗУ : itt rtunniax const После вз ти  М пар выборок, т. е. через врем  (М-1) Т, их запись в буферное |jt;c} времм 1, их запись в оуферное запоминающее устройство 4 заканчиваетс  и начинаетс  первый цикл накоплени , При этом перва  из записанных пар считываетс  и поступает на вторые входы входных сумматоров 5 и 6: ( u.slr -cosfon fll -А e/tiV 1 перва  пара выборок ,б1- 3 т1То J С первых выходов входных сумматоров , , ( л подаютс  на первый и второй вход арифметического устройства, соответственно ( 1 вход блоков умножео 1, 1 ни  7 и 9, а ( и,,) 1 на вход блоков yN b 1,1 ножени  8 и 10, Согласно описанному принципу действи  арифметического устройства в течение первой циркул ции 1-го цикла накоплени  при 49 81 6 t (M-l)(OrTo5p.,,,) Ь крице eej на выходе аычитател  11 получаетс  число . COS .... ,.. .Sift (( },,(U,l,(),,l((i,,(0,, (Ue),/ Си,У / . - A-COS4oCOSQi-ASiafoXSinQpA-COS(,),; 0 -. компенсирующий фазовый сдвиг при первом цикле накоплени .i Одновременно на выходе сумматора 12 получаетс  число д j CU,a),,,(U8),,/(U9),,,4U6),,iX(U,3), 4U5),,), -Asimi xcosQ.-AcosifoXSinQi ASitllVQ -ei). Число ( U) с выхода вычитатеJ- Jл  11 поступает на первый вход сумматора 5 и складьюаетс  по следующей считанной из буферного запоминающего устройства выборной ( и g)ACOS(o +o) в результате чего на первом выходе входного сумматора 5 получаетс  число ( Ц г Си„Х/Сич,5)()АсозЦТ Ур), которое подаетс  на первый вход арифметического устройства, Число ( и. ) с выхода сумматора 12 поступает на второй вход входного сумматора 6 и складываетс  со следу1О« щей считанной из буферного устройства выборкой { и. д)„ ASin(), в р& зультате чего на первом выходе входного сумматора 6 получаетс  число ( ,ЧМ2 АsinfyQ, А sin () которое подаетс  на второй вход арифме- тического устройства. По аналогии с рассмотре шьтм выше в конце второй циркул ции, т, е. в конце / W Г( интервалаI(M-1)T4Tg5p,,--1Т о5р.,/io5|).uJ на выходе вычитател  11, т. е, на первом входе входного сумматора 5, получаетс  число ( U,,VAcos{fo-20,Acos( j Аналогично.на выходе сумматора 12, т, е. на первом входе сумматора 6, имеем CU,j),,i ASin{V (tOpT Фо Q) После сложени  с новой выборкой, считанной из буферного запоминающего устройства представл емой числом ( с о г T-j w О ACOSlScOpT+fo) на первом выходе входного сумматора 5 в начале третьей циркул ции первого цикла накоплени  получаетс  число tU5),,3 (и,0,2+ 1и,5)з A-cos(,)f t-A-cos(a)oT Co+-Q,V ACos( +, а на первом выходе входного сумматора после сложени  чисел ( 4б)з (г() имеем число ( иб),, (и,Лг-(и,«г)(20,) (-Л5Ш ,) Л Sm (2 СО Д - 0 } В общем случае в начале циркул  ции первого цикла накоплени , т. е. в на чале интервала 4-(М-1)ТЧ|Тй„,.5р,д), на вторые выходы входных сумматоров 5 и 6 поступ т числа ((и„)„., ()м A-.SCos(M-l))C9,- oTl+4o и ( Ufi),.M (U,г),„.-(U,6), А- -|:,Sini:(M-1)(Mj(8rST)Vo Так как в любом К-м цикле накоплени с вьпсода буферного запоминающего устройства 4 считываетс  один и тот же pa состо щий из М пар выборок, то по анало гии с вышеполученными, можно записать два Следующих выражени  дл  чисел на . вторых выходах входных сумматоров 5 и 6 в начале М-и циркул ции К-го цикла накоплени , т. е. вначале интервала (и-1),,.(|т;.|т;.,,). - (б))к,н-, (4,5)н AZco5(M-i)oo,T-t-(i-o()oT)fJ (иб)к,м 1г).,м-,и,,б)„ A-S: sw(M-i)a)oT a-iK6 -uioT)- V(,. (.i . Числа ( и)к, М к (J ) к, М можно i5о ...представить в следующем виде: /. .Аj.М- / g;. ) g ,. „ Ё&чт; Sin -2-1 {L/J), -со (( где при преобразовании бьши использованы начальные услови  со , 05tOx Я из которых следует,что СОдТ /-25Г -ШхТ . 0« .со,. Числа ( и)к, м и ( и )к, м, получе Оо ные в начале М-й циркул ции К -го ци ла накоплени , в отличие от предыдущих (М-1) чисел данного же цикла,подаваемых на первые выходы входных сумматоров 5 и 6 в начале каждой циркул ции, не поступают на входы арифметического устройства, а подаютс  со вторых выходов входных сумматоров 5 и 6 соответственно на входы квадратора 14 и квадратора 15. При этом с первых выходов входных сумматоров 5 и 6 на входы арифметического устройства поступает ноль, чем подготавливаетс  переход к следующему (К+1)-му циклу накоплени . Квадраторы 14 и 15 одинаковы по схемному построению и представл ют собой блок умножени , на оба входа которого подаетс  одно и то же число. С выходов квадратора 14 и 15 возведенные в квадрат числа ( U)K, м и ( {J ) к, м, 5о |4)(,К(4)к,„ |5)к.М(иб)к,М. поступают соответственно на первый и второй вход накапливающего сумматора 16. При измен ющейс  длительности цикла накоплени  (р общем случае по случайному закону), а также дл  усреднени  (с целью получени  спектральной плотности) накапливающий сумматор 16 состоит из N запоминающих  чеек, В эти  чейки записываетс  результат суммировани  квадратов I накопленных выборок вещественной и мнимой части спектра в Конце каждого цикла накоплени . Число  чеек N определ етс  числом градаций по 0 , а оно в свою очередь требуемыми разрешающей способностью и шириной диапазона однозначного частотного анализа. Усреднение осуществл етс  суммированием квадратов выборок вещественной и мнимой части спектра, полученных в конце каждого цикла накоплени , т, е. до значени м 9 , от одного периода анализа к другому. Один полный период анализа занимает интервал времени,, состо щий из времени вз ти  М пар выборок исследуемой квадратурной пары сигналов и времени всех N (по всем значени м 9 ) циклов накоплени . Число суммируемых периодов определ етс  требуемой щириной доверительного интервала буемой щириной доверительного интер) определени  спектральной плоскости. При одинаковой длительности всех циклов накоплени  и необходимости получени  неусредненных данных о спектральном составе входного сигнала результат суммировани  квадратов выборок запоминать не требуетс . В этом случае результат суммировани  поступает с .выхода накапливающего сумматора 16 либо на цифро-аналогоI вый.преобразователь 17, либо на блок иав лечени  квадратного корн  18. При этом схема построени  накапливающего суммато ра 16 существенно .ч упрощаетс  - дл  его реализации требуетс  всего лишь одна  че ка. С целью у снени  принципа действи  устройства дл  вычислени  спектра времёв ного р да рассмотрим его работу без усреднени  на выходе. В этом случаепосле суммировани  чисел (U)K, м и ( Uie)K, м на выходе накапливающего Хо сумматора 16 получаем число. и к( Эк-оолТ К,и 4 - U )к, м поступают либо на Числа ( 16 . цифро-аналоговый преобразователь 17, либо на блок извлечени  квадратного корн  18,а затем тоже на ци4фо-аналоговый преобразователь 17. С выхода цифро-аналогового преобразовател  17 напр жение ( ток), пропорциональаое ( ) к, м или 1 V: : ( U, „/к, м, сглаженное фильтром нижних ; .18. , ,;.., частот поступает либо на видёоиндикатор 19,либо на блок регистрации 20 дл  записи или печати. На выходе блока извлечени  квадратног М(ек-ОйлТ) корн  18 имеем числа М.П вк - СОкТ которые представл ют собой дискретньхй ам|шитудный спектр р да из М пар : выборок , записанное в буферное запоминающее устройство 4. После окончани  К-го цикла накоплени  происходит переход к следующему (К + 1)-.му циклу накоплени  с одювремен ной заменой выборок COS fi( и Sin 0ц на выборки ( Y-1 и Stfi б, sin {бк ) Выборки COS 6.... и -Sift 6, к+ и sin б как и выборки COS0(j и 81Лвц , записываютс  в регистры блоков умножени  : 7, 8, 9 и 10. перед первой цир1кул цией (K-t-l)-ro цикла накоплени  на все врем  его длительности от момента времени T,j до момент врем , , - При переходе конца .RANKS 7-1О, subtractor 11, adder 12, permanently stored memory 13, quadrants 14 and 15, accumulating sum of 16, and | A po-4-tax converter 17, a square root extraction unit 18, a video indicator 19 and a 2 O recording unit, a device for calculating the spectrum: a time series works as follows. Blocks 7 and 8, 9 and 1O, subtractor 11 and adder 12 form; the arithmetic unit is the digital part of the unit for calculating the spectrum of the time series. The arithmetic unit has a chip input and two outputs. The numbers from the first output of the input adder 5, the second input (the input of multipliers 8 and 1O), the numbers from the first output of the input adder 6, are sent to the first input (input of multipliers 7 and 9), and the third input (input of blocks multiplying 7 and 8) -numbers from the output of a permanent storage device of 13 samples {MA and to the fourth input (input of blocks multiply neither 9 and 1O) - numbers from the output of a permanent storage device 13. selection of inG From the first output (output of reader 11) numbers representing accumulative samples of the real part of the multiplication result, by step to the first input of the input adder 5 of the real channel, and from the second output (output of the adder 12) numbers representing accumulated samples of the imaginary part of the multiplication result arrive at the first input of the input sucker 6 of the imaginary channel. In the cells of the permanent storage + 1 device 13 recorded villages corresponding to the samples of either COS b or Sin 0, where 0 is in the range from O to -L- in increments. The samples of COS0 and Sifl6 in the full range of 0 from O to 2L-t, i.e. N COS samples in and N silt 0 samples, are obtained from samples, for example, only COS 0 with f o by inverting Schits and sign samples. With sequential digital rectifier (a population-based spectral analysis of a row from M pairs of blocks coming from the outputs of the buffer storage device 4 to the second inputs of the input adders 5 and 6, the samples COS 0 and Sifl Q remain constant for the entire time, circulating within each cycle of accumulation.The change in the value of Q occurs upon a transition to a new) accumulation cycle. Time of the K-th accumulation cycle T. determined by the sum of the processing intervals of each pair of samples from the output of the buffer storage device 4, i.e. N - - .K.i, where T.,; - processing interval-oor, k, |. pairs of samples in the K th cycle, and K2l, .. ,, N .-. pairs of samples in K -1 cycle 0. (K-l) f The transition from one value to the next value Q 9 + occurs after the end of the next K-cycle of analysis to the M-th circulation. In the Single Km cycle, the cells of the buffer storage device 4 are snapped and sent to the second inputs of the input adders 5 and 6 the same pairs of samples and in the same sequence in which they were recorded from the outputs of the analog-and-digital converts 2 and 3. This pairing of M pairs of samples occurs as many times as there are grades of 0, i.e. N times. Using the multiplication blocks 7-10 and the persistent storage device 13, the following operations are carried out: a) at the output of multiplication unit 7, we have SQ, D, b) at the output of multiplication unit 8, we have (U, 3)) c); at the output of multiplication unit 9, we have Ug-UjxCUfa) i g) at the output of multiplication unit 10, we have and, 3) - and ", and about 1 Q NUMBER at the output of the device corresponding to the index number. Subtracter 11 performs opei ,, and, the subtraction subtractor U U -, - U and the adder 12 addition operation 12 8 Let the harmonic oscillation with a frequency (r15g «arc (m) 51 (1 0,1,2,3,. 5g, hey T is the period of sampling a pair of samples from the input signal by analog-digital converters 2 and 31 with the initial phase f and 5: aqlitude A, i.e. j.gg the voltage from the first output of the former of the quadrature signals already with the initial phase of the island where E is the phase shift during the passage of the former of the quadrature signals with in travel to the first output is fed to the input of the analog-to-digital converter 2, i.e., and AC08 (Sho1 + H, .. Ti, and with a phase shift + from the second output to the input of the analog-digital converter 3, i.e. ; d. sin (00ot - f Q). From a pair of quadrature signals U and, using analog-digital converters 2 and 3, at the beginning of each repetition period of duration T, samples are taken whose amplitude is converted to binary code, C output of analog-digital converters 2 and 3, a pair of samples and "in binary code, signals are given respectively to the first and second inputs ufernogo memory 4. The buffer memory each pair of samples stored in its paired cells. Immediately after storing the previous pair of samples using analog digital converters 2 and 3, the next pair of samples is taken, i.e. the minimum duration of the sampling period Tjjj) is determined by the sum of the maximum conversion time in analog-digital converters - Tlcp max and the write time to the buffer storage device 4 PSTD: itt rtunniax const After taking M pairs of samples, i.e., in time (M-1) T, they are written into the buffer | jt; c} times 1, their recording into the Oufer memory 4 ends and begins first accumulation cycle In this case, the first of the recorded pairs is read and fed to the second inputs of the input adders 5 and 6: (u.slr-cosfon fll -A e / tiV 1 the first pair of samples, b1-3 t1To J From the first outputs of the input adders, ( l is fed to the first and second inputs of the arithmetic unit, respectively (1 input of blocks multiply 1, 1, 7 and 9, and (and ,,) 1 to the input of blocks yN b 1,1 scissors 8 and 10, According to the described principle of operation of the arithmetic unit during the first circulation of the 1st accumulation cycle at 49 81 6 t (Ml) (OrTo5p. ,,,) b, a number is obtained at the output of the reader 11. COS ...., ... .Sift ((} ,, (U, l, () ,, l ((i ,, (0 ,, (Ue), / C, Y /. - A-COS4oCOSQi-ASiafoXSinQpA -COS (,),; 0 -. Compensating the phase shift during the first accumulation cycle .i At the same time, the output of the adder 12 is the number q j CU, a) ,,, (U8) ,, / (U9) ,,, 4U6), , iX (U, 3), 4U5)), -Asimi xcosQ.-AcosifoXSinQi ASitllVQ -ei). The number (U) from the output of the J-Jl 11 is fed to the first input of the adder 5 and added to the next read from the buffer memory elective (and g) ACOS (o + o) as a result of which the first output of the input adder 5 is the number (Cg, C, X, Sich, 5) () ASTCT Ur), which is fed to the first input of the arithmetic About the device, the number (and.) from the output of the adder 12 is fed to the second input of the input adder 6 and is added to the next 1 0? e) ASin (), in p & As a result, the first output of the input adder 6 is the number (, FM2 AsinfyQ, A sin () which is fed to the second input of the arithmetic unit. By analogy with the consideration of the higher output at the end of the second circulation, i.e. (intervalI (M-1) T4Tg5p ,, -1T o5p., / io5 |) .uJ at the output of subtractor 11, i.e., at the first input of the input adder 5, a number is obtained (U ,, VAcos {fo-20, Acos (j Similarly. At the output of adder 12, i.e., at the first input of adder 6, we have CU, j) i i ASin {V (tOpT Fo Q) After adding a new sample read from the buffer memory represented by the numbers m (с о г Tj w О ACOSlScOpT + fo) at the first output of the input adder 5 at the beginning of the third circulation of the first accumulation cycle, the number tU5 is obtained) 3 (and 0.2 + 1 and 5) from A-cos (, ) f tA-cos (a) oT Co + -Q, V ACos (+), and at the first output of the input adder after adding the numbers (4b) s (g (), we have the number (ib) ,, (u, Rh - (and, "D) (20,) (-L5Sh,) L Sm (2 CO D - 0} In the general case, at the beginning of the circulation of the first accumulation cycle, i.e. at the beginning of the interval 4- (M-1) PM | Ty „, .5р, d), numbers ((and„) „., () M A-.SCos (Ml)) C9, - oTl + 4o and (Ufi), are sent to the second outputs of the input adders 5 and 6. M (U, d), „.- (U, 6), A - - |:, Sini: (M-1) (Mj (8rST) Vo Since in any Kth accumulation cycle with psoda buffer memory 4 is read the same pa consisting of M samples pairs, then by analogy with the above-obtained, we can write the following expression for the two numbers on. the second outputs of the input adders 5 and 6 at the beginning of the M-circuit and the K-th accumulation cycle, i.e., at the beginning of the interval (I-1) ,,. (| t;. | t;. ,,). - (b)) k, n-, (4,5) n AZco5 (Mi) oo, Tt- (io () oT) fJ (ib) k, m 1g), m-, and, b) „ AS: sw (Mi) a) oT a-iK6 -uioT) - V (,. (.I. The numbers (i) k, M k (J) k, M can be i5o ... presented as follows: /. .A.M- / g ;.) g,. „Ё &th; Sin -2-1 {L / J), -co ((where the initial conditions were used during the conversion, with 05tOx I from which it follows that SODT / -25Г -ШХТ. 0 ". Со ,. Numbers (and) k, m and (and) k, m, obtained by the UNs at the beginning of the M-th circulation of the K-cycle of accumulation, unlike the previous ones (M -1) the numbers of the same cycle, fed to the first outputs of the input adders 5 and 6 at the beginning of each circulation, are not fed to the inputs of the arithmetic system and are fed from the second outputs of the input adders 5 and 6, respectively, to the inputs of the quad 14 and quad. 15. At the same time, from the first outputs of the input adders 5 and 6, the inputs to the arithmetic unit receive a zero, thus preparing the transition to the next (K + 1) -th the accumulation cycle. Quadratures 14 and 15 are the same in terms of circuit construction and represent a multiplication unit, the two inputs of which are fed the same number. From the outputs of the quadrant 14 and 15 squared the numbers (U) K, m and ({J) k, m, 5o | 4) (, K (4) k, „| 5) k.M (ib) k, M . receive, respectively, the first and second inputs of accumulating adder 16. With a varying accumulation cycle duration (generally, randomly), as well as for averaging (to obtain spectral density), accumulating adder 16 consists of N memory cells, these cells are recorded the result of the summation of the squares I of the accumulated samples of the real and imaginary parts of the spectrum at the end of each accumulation cycle. The number of cells N is determined by the number of gradations of 0, and it, in turn, is required by the resolution and width of the range of a single-valued frequency analysis. Averaging is carried out by summing the squares of the samples of the real and imaginary parts of the spectrum obtained at the end of each accumulation cycle, i.e., up to values of 9, from one analysis period to another. One complete analysis period takes an interval of time consisting of the time taken to take M pairs of samples of the quadrature signal pair under study and the time of all N (for all values of 9) accumulation cycles. The number of summable periods is determined by the required width of the confidence interval, which is determined by the width of the confidence interval inter) definition of the spectral plane. With the same duration of all accumulation cycles and the need to obtain non-average data on the spectral composition of the input signal, the result of the sum of the squares of the samples is not required to be remembered. In this case, the result of the summing goes from the output of accumulating adder 16 either to the digital-analogue output of the transducer 17, or to the block and the square root treatment 18. At the same time, the construction scheme of the accumulating adder 16 is much. one check In order to clarify the principle of operation of the device for calculating the spectrum of the time series, we consider its operation without averaging at the output. In this case, after the summation of the numbers (U) K, m and (Uie) K, m at the output of the accumulator Xo adder 16, we obtain a number. and k (Ek-oolT K, and 4 - U) k, m are received either on Numbers (16. D / A converter 17, or on a square root extraction unit 18, and then also on a digital-analog converter 17. From the output -analogue converter 17 voltage (current) proportional to () k, m or 1 V:: (U, „/ k, m, smoothed by the lower filter; .18.,,; .., frequencies are fed either to the video indicator 19, or to the recording unit 20 for recording or printing. At the output of the square M (Ek-OilT) root extraction unit 18, we have the M.P.V - CSCT numbers, which are discrete US | The spectrum of a series of M pairs: samples recorded in the buffer storage device 4. After the K-th accumulation cycle is over, the next (K + 1) - th accumulation cycle goes on with one-time replacement of the COS fi samples (and Sin 0c by samples (Y-1 and Stfi b, sin (bk) COS 6 .... samples and -Sift 6, K + and sin b as well as COS0 samples (j and 81 LHz, are recorded in the registers of multiplications units: 7, 8, 9 and 10. before the first circulation (Ktl) -ro of the accumulation cycle for the entire duration of its duration from time T, j to time,, - At the transition end.

к (К + 1)-му циклу .накоплени  .HcsPflaL буферного запоминающего устройства 4 считьюаетс  тот же р д из М пар выборок, 60The (K + 1) th cycle of accumulation .HcsPflaL of buffer memory 4 counts the same series of M pairs of samples, 60

;на экране электронно-лучевой трубки видео- . индикатора 19 получим р д пиков, огибающа  котор№с измен етс  либо по закону. что и в К-ом цикле, tk в. тойу: же последовательности . Полное число циклов накоплени  равно N-числу градаций по 6 . После окончани  N иикгта накоп-у ленн  происходит переход к следующему периоду анализа, 1н торый также как и предыдущий начинаетс  с записи нового р да з М пар выборок входных квадратурных ; сигналов в буферное запоминающее устройство 4. При этом с выходов посто нного I запоминающего устройства 13 оп ть счить ваютс  выборки первого цикла накоплени  ; COS V .. и SlH G и вс  последовательность операций обработки вновь повтор етс  Числа ( U,)j м и ( м приle -18 нимают максимальное значение при W,JH (tijjT , при этом . тгл 2 kji lu«V «Чн Учитыва , что внутри каждого периода анализа при переходе от цикла к циклу GK; возраста  равномерно-ступенчато с шагом 2jr. проходит весь диапазон изменени  N компенсирующего фазового сдвига от О до то при к,- e;js.jL. iLz-i-. .-. .. .. напр жение (ток) на выходе цифро-аналогового преобразовател  17 достигает максимального значени . По номеру цикла накоплени  KX можно судить,о частотах , - гармонических составл ющих исследуемого сигнала, а по максимальным значени м напр жени  (тока) пикоВ - об относительном распределении квадратов амплитуд или амплитуд этих гармоник .Подава  же на вход формировател  1 квадратурных сигналов эталонный гармонический сигнал с калиброванной частотой и амплитудой, можно произвести измерение и абсолютного значени  амплитуд гармоник. Максимальное значение ;частоты входного сигнала, ° определ ющее верхнюю гранйпу частотного диапазона однозначного анализа, определ етс  равенством Ку N или , т. е. 2ТТ О Запустив развертку в момент начала первого цикла анализа (К 1) и пыбрав при одинаковой длительности циклов накоплени  длительность развертки равной N М Т; on the screen of the cathode ray video tube. indicator 19, we obtain a series of peaks, the envelope of which n is changed either by law. as in the Kth cycle, tk c. toyu: same sequence. The total number of accumulation cycles is equal to the N-number of gradations of 6 each. After the termination of N iikgta accumulation, Lenn proceeds to the next analysis period, the first as well as the previous one begins with recording a new row of M pairs of input quadrature samples; signals to the buffer memory 4. In this case, from the outputs of the permanent I memory 13, the samples of the first accumulation cycle are again considered; COS V .. and SlH G and the entire sequence of processing operations are repeated again. Numbers (U,) j m and (m take -18 take the maximum value at W, JH (tijjT, with. Tgl 2 kji lu "V" that within each period of analysis, going from a cycle to a cycle GK; the age evenly-stepwise with a step of 2jr passes the whole range of N compensating phase shift from 0 to then at k, e; js.jL. iLz-i-. -. .. .. the voltage (current) at the output of the digital-to-analog converter 17 reaches the maximum value. According to the number of the accumulation cycle KX, it is possible to judge the frequencies, - Gar monic components of the signal under study, and on the maximum values of voltage (current) picoV - about the relative distribution of squares of amplitudes or amplitudes of these harmonics. A standard harmonic signal with a calibrated frequency and amplitude can be measured at the input of a 1% quadrature signal with a calibrated frequency and amplitude values of the amplitudes of the harmonics. The maximum value; the frequency of the input signal, which determines the upper bound of the frequency range of the unambiguous analysis, is determined by the equality Ku N or, t. . 2n On running the scan at the beginning of the first test cycle (K 1) and for the same duration pybrav accumulation cycles sweep length equal to N M T

11eleven

Sin лSin l

близкому к функции --r-f, дл  чиселclose to the function - r-f, for numbers

( и )к, м, либо к | iU2L|. дл  чисел 1о(i) k, m, or k | iU2L |. for numbers 1o

( и:. де X М ( (and: de X M (

22

и м 1.and m 1.

Положение максимумов этих пиков на развертке видеоиндикатора 19 определ етс  частотами гармоник исследуемого сигнала , а юс амплитуда пр мо пропорциональ .на квадратам амплитуд или амплитудам этих же гармоник.The position of the maxima of these peaks on the sweep of the video indicator 19 is determined by the harmonic frequencies of the signal under study, and here the amplitude is directly proportional to the squares of amplitudes or amplitudes of the same harmonics.

Результат анализа временного р да из М пар выборок исследуемой квадратурно пары сигналов представл ет собой либо квадрат модул , либо модуль комплексных спектральных коэффициентов дискретного преобразовани  Фурье этого р да. Соответственно числа ( и )к, м представл ют собой дискретный энергетическийThe result of analyzing a time series of M pairs of samples of a quadrature signal pair under study is either the square of the module or the module of the complex spectral coefficients of the discrete Fourier transform of this series. Accordingly, the numbers (s) k, m are discrete energy

спектр р да, а числа ( U о)к, м - дискХоthe spectrum of the series is yes, and the numbers (U o) k, m - disk Xo

ретный амплитудный спектр этого же р да в диапазоне частот входного сигнала отthe same amplitude spectrum in the frequency range of the input signal from

t t

-, где 1 -целое число. --- до-- where 1 is an integer. --- before-

т тt t

Uljipiiiia пиков по первым пул м огибающей на оси частот развертки индикатора 19 определ етс  из услови  X +( наприме), при Qj О, ТогдаUljipiiiia peaks in the first pool of the envelope on the frequency axis of the indicator 19 sweep are determined from the condition X + (for example), for Qj O, Then

НсОлрТ ,аТТ -FrFНСОлрТ, аТТ -FrF

илиor

/ - L, 2/ - L, 2

о г мт х- Mf about g mt x- Mf

Ширине пиков по нул м их огибающей соответствует число циклов накоплени  J , равное числу выборок огибающей пика в пределах его главного лепестка. Это число П легко получить из выражени  дл  К при условии при :The width of the peaks in the zeros of their envelope corresponds to the number of accumulation cycles J, equal to the number of samples of the envelope of the peak within its main lobe. This number P is easily obtained from the expression for K, provided that:

2ек,ло .о гТГ2N2sec, lo .o gtg2n

,или .   ,or .

1212

На точность измерени  амплитуды и частоты спектральных составл ющих исследуемого игнала по дискретному преобразованию Фурье от последовательности его выборок существенное вли ние оказывает эффект частокола . Дл  уменьшени  вли ни  этого эффекта требуетс  выбирать N 2М . При этом /77 4.The accuracy of measurement of the amplitude and frequency of the spectral components of the studied ignal by the discrete Fourier transform of the sequence of its samples is significantly affected by the paling. To reduce the effect of this effect, N 2M must be selected. With this / 77 4.

Предмет изобретени Subject invention

Устройство дл  вычислени  спектра временного р да, содержащее формирователь квадратурных сигналов, выходы которого подк;йочены ко входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, по два блока умножени  в каждом из квадратурныхA device for calculating a spectrum of a time series containing a quadrature signal shaper, the outputs of which are scored; yocheny to the inputs of the first and second analog-to-digital converters, two multiplication blocks in each of the quadrature

каналов, первые входы которых соединены между собой, вторые входы подключены к выходам посто нного запоминающего устройства , а выходы подсоедине)ы соответственно ко входам вычитатол  и сумматора, и первый и второй входные сумматоры, первые входы которых соеди)1ены соответственно с выходами вычитатсл  и сумматора , а выходы через соответствующие квадраторы соединены со входами накапливающего сумматора, соединенного выходом со входами блока извлечени  квадратного корн  и цифро-а)шлогового преобразовател ,channels, the first inputs of which are interconnected, the second inputs are connected to the outputs of the permanent storage device, and the outputs are connected to the inputs of the subtractor and the adder, and the first and second input adders, the first inputs of which are connected, respectively, with the outputs of the subtractor and adder , and the outputs through the corresponding quadrants are connected to the inputs of the accumulating adder connected by the output to the inputs of the square root and digital-a unit of the syllabic converter,

, второй вход которого подключен к вьсходу блока извлечени  квадратного корн , а выход соединен со входами видеоипдикатора и блока регистрации, отличающеес  тем, что, с нелью расщирени  ча стотного диапазона работы устройства, оно содержит буферное запоминающее устройст . во, входы и выходы которого подсоединеныThe second input of which is connected to the front of the square root extraction unit, and the output is connected to the inputs of the video indicator and the registration unit, characterized in that it contains a buffer storage device in order to expand the frequency range of the device. in, whose inputs and outputs are connected

I соответственно к выходам первого и второго аналого-цифровьгх. преобразователей и ко вторым входам первого и второго входных сумматоров, подключе нных выходамиI respectively to the outputs of the first and second analog-digital. converters and to the second inputs of the first and second input adders, the connected outputs

, к первым входам блоков умножени  соответству ощих квадратурных каналов., to the first inputs of multipliers of the corresponding quadrature channels.