генератор ермакова-каждана полного спектра ортогональных функций каждана с дискретными сдвигами (варианты)

Формула изобретения

1. Генератор полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами, предназначенный для получения спектра нормированной амплитуды, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N, где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра, выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К, где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора, регистров, второй источник опорного напряжения, инвертор, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й, где i=1...N, j= 1. . . K, канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-ым выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора, второго - к выходу второго источника опорного напряжения, соединенному со входом инвертора, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-ой группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й при j=1...K выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора.

2. Генератор полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами, предназначенный для получения спектра масштабируемой амплитуды, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N, где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра, выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К, где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора, регистров, К источников опорного напряжения, К инверторов, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й, где i=1...N, j=1...K, канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора j-й группы элементов, второго - к выходу источника опорного напряжения j-й группы элементов, соединенному со входом инвертора j-й группы элементов, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-й группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й при j=1...К выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в средствах связи, аудио-, видио- и информационно-измерительной техники для генерации полного спектра кусочно-постоянных ортогональных функций Каждана K(t, n, T), где Т - период повторения (для периодических сигналов) или период рассмотрения (для апериодических, в том числе случайных сигналов); n= 0...N - порядок ортогональной составляющей спектра; - сдвиг ортогональной составляющей спектра при шаге сдвига .

Известно устройство для считывания графической информации [1], содержащее блоки фотоэлектрического преобразования, каждый из которых подключен к выходу соответствующего генератора пилообразного напряжения, блок усиления, блоки фотометров, согласующие элементы, элементы И и ИЛИ, блок задержки, триггеры, переключатели.

Недостатком аналога является низкая точность.

К аналогам предлагаемого технического решения также относится устройство для ввода графической информации [2] , содержащее электронно-оптические блоки, соединенные с фотоэлектрическим преобразователем, генераторы пилообразного напряжения, подключенные к электронно-оптическим блокам, блоки усиления и управляющий блок.

Недостатком этого аналога является сложность.

Аналогом предлагаемого технического решения также является генератор функций Уолша [3], содержащий n-разрядный счетчик, блок из n элементов И, сумматор по модулю два, триггер, пять элементов И, два элемента ИЛИ, n-разрядный регистр, формирователь случайной последовательности импульсов, 2n-разрядный реверсивный счетчик.

Недостатком этого аналога являются узкие функциональные возможности - он предназначен для вероятностного моделирования функций Уолша со случайными номерами и паузами случайной длительности между ними.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор функций Уолша [4] , содержащий генератор прямоугольных импульсов, формирователь последовательности входных импульсов, триггеры, сумматоры по модулю два с инверсным выходом, N компараторов, N выходных зажимов, источник опорного напряжения.

Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности - он предназначен для генерации только функций Уолша заданной амплитуды.

Решаемая изобретениями техническая задача - расширение функциональных возможностей за счет возможности генерации полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами.

Указанная техническая задача (в первом варианте реализации генератора, предназначенном для получения спектра нормированной амплитуды) решается благодаря тому, что в генератор функций Уолша, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра) выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, второй источник опорного напряжения, инвертор, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й (где i= 1. ..N; j=1...K) канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора, второго - к выходу второго источника опорного напряжения, соединенному со входом инвертора, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-й группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й (при j=1...К) выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора.

Указанная техническая задача (во втором варианте реализации генератора, предназначенном для получения спектра масштабируемой амплитуды) решается благодаря тому, что в генератор функций Уолша, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра) выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, К источников опорного напряжения, К инверторов, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й (где i= 1...N;j=1...К) канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора j-й группы элементов, второго - к выходу источника опорного напряжения j-й группы элементов, соединенному со входом инвертора j-й группы элементов, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-й группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й (при j=1.. . K) выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора.

Существенными отличиями предлагаемого генератора в двух вариантах его реализации являются введение дополнительных элементов: 1) второго генератора прямоугольных импульсов, первого и второго счетчика, цифрового блока памяти, первого и второго одновибраторов, триггера, дешифратора, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, второго источника опорного напряжения, инвертор, выходных зажимов и каналов; 2) второго генератора прямоугольных импульсов, первого и второго счетчика, цифрового блока памяти, первого и второго одновибраторов, триггера, дешифратора, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, К источников опорного напряжения, К инверторов, выходных зажимов и каналов. К существенным отличиям предлагаемого генератора также относится новая организация связей между элементами. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширения функциональных возможностей за счет возможности генерации полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами.

Схемы первого и второго вариантов реализации генератора представлены, соответственно, на фиг.1 и 2, на фиг.3 - 8 изображены получаемые на выходах генератора функции Каждана с различными сдвигами, соответственно, нормированной и масштабируемой амплитуды.

Схема первого варианта реализации генератора (фиг.1) содержит (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра; К=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) выходных зажимов 1-5, первый 6 и второй 7 источники опорного напряжения (ИОН), инвертор 8, К первых регистров 9-10, К вторых регистров 11-12, первый генератор 13 прямоугольных импульсов (ГПИ), выход которого соединен с инверсным входом первого одновибратора 14, объединенными входами записи вторых регистров 11-12 всех групп элементов и с тактовым входом первого счетчика 15, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока 16 памяти (ЦБП), группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика 17, соединенному с управляющим входом дешифратора 18, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора 19, а каждый j-й (при j=1...K), например, первый, выход соединен со входом записи первого регистра 9 j-й группы элементов, информационные входы первых регистров 9-10 всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу ЦБП 18, а выходы первых регистров 9-10 всех групп элементов соединены соответственно с информационными входами вторых регистров 11-12 всех групп элементов, выходной зажим 1 подключен к выходу первого ИОН 6, второй ГПИ 20, выход которого соединен со входом второго одновибратора 19 и тактовым входом второго счетчика 17, вход установки нуля которого подключен к инверсному выходу триггера 21, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора 18, а вход установки единицы к инверсному выходу первого одновибратора 14, каналов 22-25, причем каждый ij-й (где i=1...N; j=1...К), например, канал 22 содержит элемент НЕ 26 ij-го канала 22 и первый 27 и второй 28 коммутаторы ij-го канала 22, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом 2, информационные входы коммутаторов ij-го канала 22 подключены, соответственно, первого 27 - к выходу инвертора 8, второго 28 - к выходу второго ИОН 7, соединенному со входом инвертора 8, управляющий вход первого коммутатора 27 ij-го канала 22 подключен к выходу элемента НЕ 26 ij-го канала 22, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора 28 ij-го канала 22 и подключен к ij-му разряду выхода второго регистра 11 j-й группы элементов.

Схема второго варианта реализации генератора (фиг.2) содержит (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра; K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) выходных зажимов 1-5, К+1 источников 6-8 опорного напряжения (ИОН), К инверторов 9-10, К первых регистров 11-12, К вторых регистров 13-14, первый генератор 15 прямоугольных импульсов (ГПИ), выход которого соединен с инверсным входом первого одновибратора 16 и с тактовым входом первого счетчика 17, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока 18 памяти (ЦБП), группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика 19, соединенному с управляющим входом дешифратора 20, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора 21, вход которого подключен к выходу второго ГПИ 22, соединенному с тактовым входом второго счетчика 19, вход установки нуля которого подключен к инверсному выходу триггера 23, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора 20, а вход установки единицы - к инверсному выходу первого одновибратора 16, каждый j-й (при j=1...К), например, первый, выход дешифратора 20 соединен со входом записи первого регистра 11 j-й группы элементов, информационные входы первых регистров 11-12 всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу ЦБП 21, а выходы первых регистров 9-10 всех групп элементов соединены соответственно с информационными входами вторых регистров 11-12 всех групп элементов, выходной зажим 1 подключен к выходу первого ИОН 6, каналов 24-27, причем каждый ij-й (где i=1...N; j=1...К), например, канал 24 содержит элемент НЕ 28 ij-го канала 24 и первый 29 и второй 30 коммутаторы ij-го канала 24, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом 2, информационные входы коммутаторов ij-го 24 канала подключены, соответственно, первого 29 - к выходу инвертора 9 j-й группы элементов, второго 30 - к выходу ИОН 7 j-й группы элементов, соединенному со входом инвертора 9 j-й группы элементов, управляющий вход первого коммутатора 29 ij-го канала 24 подключен к выходу элемента НЕ 28 ij-го канала 24, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора 30 ij-го канала 24 и подключен к ij-му разряду выхода второго регистра 13 j-й группы элементов.

Первый вариант генератора (фиг.1) работает следующим образом.

При подготовке генератора к работе в ЦБП 16 закладывается информация (см. таблицу), позволяющая генерировать на выходах 1-5 полный спектр ортогональных кусочно-постоянных функций Каждана с дискретными сдигами.

Первый ГПИ 13 имеет низкую частоту, соответствующую частоте генерируемого на выходах 1-5 спектра. Частота второго ГПИ 20 на 3-6 порядков превышает частоту первого ГПИ 13.

В исходный момент времени счетчики 15 и 17 находятся в нулевом состоянии, при котором на их выходах, приложенных к адресному входу ЦБП 16, присутствует код 00000.

При каждом отрицательном перепаде импульса на выходе ГПИ 13 (от единичного уровня к нулевому) одновибратор 14 переводит триггер 21 в единичное состояние. При этом со входа установки нуля второго счетчика 17 снимается единичное напряжение с инверсного выхода триггера 21, счетчик 17 переходит в динамический режим счета.

При появлении в момент времени t=0 на фиг.1 очередного импульса с выхода ГПИ 20 по его переднему фронту срабатывает одновибратор 19, его выходной отрицательный импульс стробирует дешифратор 18. Поскольку к управляющему входу дешифратора 18 с выхода счетчика 17 приложен код 01, то на первом выходе дешифратора 18 появляется импульс, записывающий в регистр 9 информацию, которая хранится в ячейке ЦБП 16 с адресом 01000 (см. таблицу) - код 10000111.

При следующем срабатывании счетчика 17 из ячейки ЦБП 16 с адресом 10000 в соответствующий первый регистр записывается код 1001 и т.д.

После окончания операции переноса информации из ЦБП 16 в первые регистры 9-10 импульсом с последнего выхода дешифратора 18 триггер 21 переводится в его основное нулевое состояние покоя, при котором появляющееся на инверсном выходе триггера 21 единичное напряжение удерживает счетчик 17 также в нулевом состоянии покоя.

По переднему фронту очередного импульса с выхода ГПИ 13 информация из первых регистров 9-10 переносится во вторые регистры 11-12.

Рассмотрим более подробно работу канала 22, обеспечивающего генерацию первой ортогональной составляющей спектра с нулевым сдвигом.

Значение старшего разряда (СР) с выхода второго регистра 11, приложенного к управляющему входу канала 22, равно "1". При этом первый коммутатор 27 закрыт, а второй коммутатор 28 - открыт (см.фиг.1). В этом случае к выходу 2 генератора приложено положительное единичное напряжение с выхода второго ИОН 7 (см. напряжение U₂ - на фиг.3).

В четвертом такте работы ГПИ 13 значение СР становится равным "0". При этом первый коммутатор 27 открывается, а второй 28 - закрывается. В этом случае к выходу 2 генератора прикладывается отрицательное единичное напряжение с выхода инвертора 8 (см. напряжение U₂ на фиг.3) и т. д.

Аналогичным образом другими каналами 23-25 генерируются различные составляющие спектра функций Каждана с различными дискретными сдвигами с единичной амплитудой (см. фиг.3-5).

На выходе 1 непрерывно присутствует выходное напряжение первого ИОН 6.

Второй вариант генератора (фиг.2) работает аналогично первому варианту за исключением того, что амплитуда ортогональных составляющих спектра на выходах 1-5 (фиг.6-8) масштабируется с помощью пар элементов 7-9, 8-10, и т. д. путем изменения выходного напряжения ИОН 6-8.

Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с известными является расширение функциональных возможностей за счет возможности генерации полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами нормированной или масштабируемой амплитуды. Генератор реализуется на широко распространенных микросхемах среднего уровня интеграции.

Источники информации

1. Патент США N 2159743, кл. 235-198, 1964.

2. Патент Японии N 48-14129, кл. 97(7) В 62, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР N 2115951, кл. G 06 F 1/02, 1998.

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1986 (прототип).