5.3.4. Фурье-процессоры

Акустоэлектронные Фурье процессоры (АЭФП) представляют собой аналоговые преобразователи, использующие акустоэлектронные процессоры для вычисления преобразования Фурье дискретного

,

Где k=0, 1,….., N-1,

И непрерывного (интегрального) типов

,

Где П(t/T₀) – прямоугольная функция окна шириной T₀ c центром t=0.

Различают параллельные и интерференционные процессоры, а также процессоры на алгоритмах ЛЧМZ-преобразований.

Резонансные (фильтровые) ФП характеризуются высоким быстродействием и позволяют обеспечить вероятность обнаружения сигналов в реальном масштабе времени. Схемное и конструктивное решение этого вида ФП основывается на акустоэлектронных устройствах частотной селекции, в частности на фильтрах ПАВ с линейной фазовой характеристикой. Набор ПАВ-фильтров с собственными частотами ω_i позволяет произвести анализ спектральной плотности исследуемого сигнала в дискретной форме.

Интерференционный ФП представляет собой одноканальное рециркуляционное устройство и предназначен для формирования и измерения комплексного спектра сигналов в реальном масштабе времени с полосой анализа до десяти килогерц. Структурно этот тип ФП состоит из акустоэлектронной линии задержки и технологически совместимых усилителей, смесителя, генератора, полосового фильтра, выполненных в микроэлектронном исполнении, При воздействии на вход интерференционного ФП гармонического сигнала задержанный в рециркуляторе сигнал сдвигается по частоте на . Происходит синфазное накопление сигнала в момент времени

,

Соответствующий неизвестной частоте

,

Где F – частоты, q – число циркуляции, - время запаздывания, .

Условие симфазности выполняется для всех частот . Отклик интерференционного ФП после q циркуляций в интервале имеет вид радиоимпульса , огибающая и фаза отклика которого при больших q соответствует амплитудно- и фазочастотным спектрам входного сигнала .

Фурье преобразователи на основе ЛЧМZ-преобразований представляют особый интерес в силу относительной простоты реализации, технологичности, малых габаритов, высокого быстродействия и широких функциональных возможностей.

Этот тип Фурье-преобразователей имеет алгоритм ЛЧМZ- и ЛЧМ-преобразования позволяющий вычислить дискретное преобразование Фурье(ДПФ) и интегральное преобразование (ИФП) путем использования модифицированных уравнений в виде:

,

,

Где .

В этом случае вычисление спектра сводится к следующим операциям:

1. Перемножение выборок сигнала S_n или непрерывного сигнала во временной области с ограниченным во времени сигналом c линейно-частотной модуляцией.

2. Свертка полученного результата в фильтре, отклик которого .

3. Перемножение входного сигнала фильтра с ЛЧМ-сигналом в частотной области.

Для алгоритма ДПФ величина , а для алгоритма ИПФ .

Алгоритм может быть записан в виде:

,

И носит название перемножение – свертка – перемножение (П – С - П). Знаками “+” и “-” обозначены положительный и отрицательный наклоны характеристик группового времени запаздывания устройства.

Преобразование Фурье можно получить по схеме С – П – С с иной последовательностью выполнения операций:

.

Аналоговые АЭФП могут использоваться и для получения обратного преобразования Фурье (ОПФ) и применением схем П – С – П и С – П – С. Величины и представляют собой импульсные отклики ЛЧМ, соответственно генератора и фильтра. АЭФП формируются на уже рассмотренных процессорах: дисперсионных линиях задержки, конвольверах, генераторах ЛЧМ-сигналов и т.п.

На примере АЭФП можно проследить преимущества устройств функциональной электроники для обработки информации.

Многие задачи обработки сигналов решаются цифровыми процессами, позволяющими осуществлять быстрое преобразование Фурье (БПФ). Это сложные и энергопотребляющее устройства. Разработаны и комплексы БИС, позволяющее осуществлять БПФ. Они уникальны и дороги. В любом случае цифровые процессоры имеют характеристики, определяемые точностью и динамическим диапазоном входящих в них аналогово-цифровых преобразователей. Использование в вычислительном модуле акустоэлектронных устройств позволяет упростить устройство, повысить его быстродействие и надежность.

Сравнительные характеристики показывают, что на базе АЭФП можно создаться электронно-вычислительны модуль (ВМ) с 2048 точками преобразования, цифровой аналог (ЦА) – 2048; скорость обработки информации в ВМ – 250 МГц, в ЦА – 250 Мбайт/c; выходная точность ВМ составляет , а в ЦА – 7 разрядов.

Заметим, что АЭФП выполняют операции, которые моно отнести к функциям высшего порядка. Перечислим основные из них:

• Синтез частот в диапазоне 500 МГц с малым временем переключения при смене частот;

• Демодуляция частот-манипулированных сигналов

• Спектральная обработка сигналов с большой фазой;

• Программируемая согласованная фильтрация;

• Преобразование временного масштаба;

• Центральная обработка сигналов- нелинейная обработка для детального исследования сигналов;

• Интегральные преобразования Фурье, Гильберта, Френеля, Лапласа, Меллина.

Все это свидетельствует о перспективности разработки и использования акустоэлектронных Фурье преобразователей.

Анализ показал, что акустоэлектронные процессоры являются ярким примеров интеграции функций в приборах и устройствах обработки информации.