RU2006938C1

RU2006938C1 - Interpolator

Info

Publication number: RU2006938C1
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Лисичкин; Сергей Андреевич Куст
Original assignee: Дмитрий Алексеевич Лисичкин; Сергей Андреевич Куст
Priority date: 1991-08-22
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: computer engineering, digital-analog systems for automatic control. SUBSTANCE: interpolator provides reconstruction of unknown function having limited spectrum w_В. Function enters device input as analog signal and is sampled as f(k, Δt) according well-known sampling theorem

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифроаналоговых системах автоматического управления, работающих в условиях воздействия импульсных помех и предназна- ченных для эксплуатации в составе бортовой аппаратуры. The invention relates to computer technology and can be used in digital-to-analog automatic control systems operating under the influence of impulse noise and designed for operation as part of on-board equipment.

Известно восстановление неизвестной функции по формуле
f(t)=

f(k, Δt)×sin ω(t-k×Δt)/ω(t-k×Δt) по совокупности значений f(k, Δt) от f(o) до f(k, Δt) для любого интервала: (0,1) . . . (k-1, k) [1] .The recovery of an unknown function by the formula is known
f (t) =

f (k, Δt) × sin ω (tk × Δt) / ω (tk × Δt) by the set of values of f (k, Δt) from f (o) to f (k, Δt) for any interval: (0,1 ) . . (k-1, k) [1].

Однако вычисление f(t) для интервалов (1,2); (2,3) и т. д. все более углубляет полученные значения, так как производится суммирование в положительную и отрицательные стороны (по k) членов двух похожих, но отличающихся начальными членами и рядом (из-за разных последовательностей стандартных функций
sin ω(t-k×Δt)/ω(t-k×Δt) .However, the calculation of f (t) for intervals (1,2); (2,3), etc., more and more deepens the obtained values, since the summation is carried out in the positive and negative sides (in k) of two similar but different initial terms and series (due to different sequences of standard functions
sin ω (tk × Δt) / ω (tk × Δt).

Поэтому восстановление точнее, еcли отбрасывать значения f(k, Δt), лежащие левее начального интервала, ряды по +k и -k cтановятся более равными по стандартным функциям. Причем точность повышается в разы. В частности, для примера Дьяконова по пяти значениям точнее, чем по 13 значениям до 20 раз. Therefore, the recovery is more accurate if we discard the values of f (k, Δt) lying to the left of the initial interval, the series in + k and -k become more equal in standard functions. Moreover, the accuracy increases significantly. In particular, for the example of Dyakonov, five values are more accurate than 13 values up to 20 times.

Известно устройство содержащее определенным образом соединенные аналого-цифровой преобразователь, синхрониза- тор, блок вычислений, память заданного спектра, первый и второй делители, входную и выходную шины [2] . A device is known that contains, in a certain way, an analog-to-digital converter, a synchronizer, a computation unit, a memory of a given spectrum, the first and second dividers, input and output buses [2].

Синхронизатор 11 данного устройства эквивалентен блоку синхронизации предложенного устройства совместно с генератором импульсов. The synchronizer 11 of this device is equivalent to the synchronization unit of the proposed device in conjunction with a pulse generator.

Блок 5 вычислений известного устройства эквивалентен блоку вычислений предложенного устройства. Память 12 заданного спектра эквивалентна соответственно блоку 4 цифровой развертки и распределителю импульсов. Данное известное устройство восстанавливает сигнал на выходе при различных заданных спектрах, используя вычисления по алгоритму обратного преобразо- вания Фурье. The computing unit 5 of the known device is equivalent to the computing unit of the proposed device. The memory 12 of the specified spectrum is equivalent, respectively, to the digital scanning unit 4 and the pulse distributor. This known device restores the output signal at various given spectra using calculations using the inverse Fourier transform algorithm.

Однако недостатком такого устройства является не высокая точность восстановления входной функции из-за вычисления f(t) по известному алгоритму ОБПФ, с разными последовательностями функций, рассмотренных выше. However, the disadvantage of such a device is the low accuracy of reconstruction of the input function due to the calculation of f (t) using the well-known IFFT algorithm, with different sequences of functions discussed above.

Цель изобретения - повышение точности восстановления функции (или уменьшение числа используемых дискретных значений, или уменьшение времени восстановления). The purpose of the invention is to increase the accuracy of the restoration of the function (or reducing the number of discrete values used, or reducing the recovery time).

Восстановление проводится только в первом интервале между дискретными значениями, условно принятыми за нулевой и первый (следующий за нулевым). Recovery is carried out only in the first interval between discrete values, conditionally accepted as zero and the first (next to zero).

При восстановлении неизвестной функции на произвольном интервале между двумя известными значениями функции за нулевой отсчет функции берется отсчет левой границы интервала, за первый - отсчет для правой границы. When restoring an unknown function on an arbitrary interval between two known values of the function, the zero count of the function is taken as the count of the left boundary of the interval, and the first as the count for the right boundary.

В восстановлении используются необходимое число k известных отсчетов вpпаво (по направлению возрастания аргумента), известные отсчеты левее, принятого за нулевой отбрасываются. In the restoration, the required number of k known samples is used right (in the direction of increasing the argument), the known samples to the left of the accepted as zero are discarded.

Введение буферного регистра 5 обеспечивает прием и запоминание значений ω_ви k, определяющих верхнюю частоту спектра входной функции и необходимое число отсчетов.The introduction of the buffer register 5 provides the reception and storage of the values of ω _in and k, which determine the upper frequency of the spectrum of the input function and the required number of samples.

Введение первого блока регистров обеспечивает запоминание значений выборок входной функции, которые затем используются для восстановления функции по теореме отсчетов. The introduction of the first block of registers provides the memorization of sample values of the input function, which are then used to restore the function according to the sampling theorem.

Введение первого блока задержек обеспечивает подключение соответствующего регистра блока регистров к третьему входу блока вычислений после приема соответствующей выборки в ячейку с соответствующим номером первого блока регистров. The introduction of the first block of delays ensures that the corresponding register of the block of registers is connected to the third input of the block of calculations after receiving the corresponding sample in the cell with the corresponding number of the first block of registers.

Введение второго блока задержки обеспечивает прием во второй блок регистров блока вычислений результата перемножения соответствующей выборки со значением весовой функции sinX/X после подключения выборки ко входу блока вычислений и окончания операции умножения. The introduction of the second delay block ensures that the result of the multiplication of the corresponding sample with the value of the weight function sinX / X is received in the second block of registers of the calculation block after connecting the sample to the input of the calculation block and the end of the multiplication operation.

Введение I-го элемента задержки обеспечивает стробирование результата вычисления на выходную шину и последующее приведение 2-го блока регистров в исходное нулевое состояние. The introduction of the I-th delay element provides the gating of the calculation result on the output bus and the subsequent bringing of the 2nd block of registers to the initial zero state.

Благодаря указанной совокупности существенных признаков обеспечено повышение точности восстановления функции (или уменьшение числа используемых дискретных значений, или уменьшение времени восстановления). Thanks to this combination of essential features, the accuracy of the restoration of the function is improved (either a decrease in the number of discrete values used or a reduction in the recovery time).

На фиг. 1 представлена функциональная схема интерполятора; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая работу интерполятора; на фиг. 3 - функциональная схема блока вычислений функции. In FIG. 1 shows a functional diagram of an interpolator; in FIG. 2 is a timing chart explaining the operation of the interpolator; in FIG. 3 is a functional diagram of a function computing unit.

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения: генератор 1 тактовых импульсов; аналого-цифровой преобразователь 2; блок 3 синхронизации; блок 4 цифровой развертки; буферный регистр 5; распределитель 6 импульсов; блок 7 вычислений функции; блок 8 регистров; генератор 9 весовой функции; I-й и 2-й блоки 10,11 элементов задержки; 1 элемент 12 задержки; вход 13 значения входной функции интерполятора; вход 14 управления интерполятора; выход 15 интерполятора; f_вх(t) - сигнал на входе 13; f_такт - импульсы на тактовом выходе блока 3 синхронизации; f_цикл - импульсы на выходе циклов блока 3 синхронизации; КЦП - код цифровой пилы на выходе блока 4 цифровой развертки; sinX/X- значения весовой функции на выходе генератора 9 стандартной функции; PИ-0, РИ-1. . . РИ-4 - импульсы на выходах 0,1. . . . 4 распределителя 6 импульсов τ₁-0, τ₂-0 - импульсы на выходах первого 10 и второго 11 блоков задержки; τ₃ - импульсы на выходе элемента 12 задержки; f_вых(t) - восстановленные импульсные значения входной функции для первого 01 такта нулевого I, первого I и второго 2 циклов; элемент 16 задержки, блок 17 умножения, блок 18 регистров, сумматор 19, блок 20 элементов задержки.In the drawings and in the text, the following notation is adopted: generator 1 clock pulses; analog-to-digital converter 2; block 3 synchronization; digital scan unit 4; buffer register 5; 6 pulse distributor; block 7 computing function; block of 8 registers; generator 9 weight functions; 1st and 2nd blocks of 10.11 delay elements; 1 element 12 delay; input 13 values of the input function of the interpolator; interpolator control input 14; interpolator 15 output; f _I (t) is the signal at input 13; f _clock - pulses at the clock output of block 3 synchronization; f _cycle - pulses at the output of the cycles of block 3 synchronization; КЦП - digital saw code at the output of digital scan unit 4; sinX / X- values of the weight function at the output of the generator 9 of the standard function; RI-0, RI-1. . . RI-4 - pulses at the outputs of 0.1. . . . 4 distributors of 6 pulses τ ₁ -0, τ ₂ -0 - pulses at the outputs of the first 10 and second 11 delay blocks; τ ₃ - pulses at the output of the delay element 12; f _o (t) - restored impulse values of the input function for the first 01 clock cycle of zero I, first I and second 2 cycles; delay element 16, multiplication block 17, register block 18, adder 19, delay element block 20.

Интерполятор работает следующим образом. The interpolator operates as follows.

Перед началом работы в буферный регистр 5 по входу 14 управления заносят коды значений граничной частоты спектра ω_в(интервал дискретизации Δt= Π/ω_в и число k необходимых отчетов (выборок) входной функции f_вх(t) и приводится в исходное нулевое состояние блок 3 синхронизации.Before starting work, in the buffer register 5, at the input 14 of the control, codes of the values of the boundary frequency of the spectrum ω _in (sampling interval Δt = Π / ω _in and the number k of necessary reports (samples) of the input function f _in (t) are entered and the block is returned to the initial zero state 3 sync.

Затем блок 3 синхронизации в соответствии со значениями принятых управляющих кодов выдает на первом выходе импульсы тактовой частотой f_такт= ω_в/2Π, а на втором выходе - импульсы частотой циклов f_цикл= f_такт/k.Then, the synchronization unit 3, in accordance with the values of the received control codes, generates pulses with a clock frequency f _clock = ω _in / 2 ω at the first output, and pulses with a cycle frequency f _cycle = f _clock / k at the second output.

Аналого-цифровой преобразователь 2 по каждому тактовому импульсу на третьем входе осуществляет аналого-цифровое преобразование входной функции f_вх(t).An analog-to-digital converter 2 for each clock pulse at the third input performs analog-to-digital conversion of the input function f _in (t).

При этом каждый код цифровой выборки с выхода АЦП 2 заносится в первый блок 8 регистров в ячейку памяти с номером, соответствующим номеру отсчета. Moreover, each digital sampling code from the output of the ADC 2 is entered in the first block of 8 registers in the memory cell with a number corresponding to the reference number.

Одновременно блок 4 цифровой развертки обнуляется по импульсу, поступающему на его второй вход, и начинает заполняться импульсами, поступающими от генератора 1 импульсов по первому входу. At the same time, the digital scan unit 4 is reset to zero by the pulse received at its second input, and begins to fill up with pulses from the pulse generator 1 at the first input.

Таким образом, на выходе блока 4 цифровой развертки формируются пилообразно изменяющиеся значения цифровых кодов, которые воздействуя совместно с кодами управления на первые и вторые входы генератора 9 стандартной функции sinX/X, формируют весовую функцию, показанную на оси sinX/X (см. фиг. 2). Thus, at the output of digital scanning unit 4, sawtooth-changing values of digital codes are formed, which, acting together with control codes on the first and second inputs of the generator 9 of the standard sinX / X function, form the weight function shown on the sinX / X axis (see Fig. 2).

При этом импульсы на выходе распределителя 6 импульсов с задержкой, реализованной в первом блоке 10 задержки, поочередно выводят из третьего состояния ячейки 8₀, 8₁. . . 8_N первого блока. Восемь регистров подают значения выборок на третий вход блока 7 вычислений.In this case, the pulses at the output of the pulse distributor 6 with a delay implemented in the first delay unit 10 are alternately taken out of the third state of the cell 8 ₀ , 8 ₁ . . . 8 _{N of the} first block. Eight registers feed sample values to the third input of block 7 calculations.

Блок 7 вычислений осуществляет перемножение значений выборок функции f_вх(t) c cоответствующими значениями весовой функции sinX/X с последующим суммированием этих произведений на интервале каждого цикла.Block 7 of the calculation performs the multiplication of sample values of the function f _I (t) with the corresponding values of the weight function sinX / X with the subsequent summation of these products on the interval of each cycle.

По импульсу f_цикл cо второго выхода блока 3 синхронизации, задержанному на первом элементе 12 задержки, стробируется результат вычислений в блоке 7 вычислений и восстановленное импульсное значение f_вых(t) поступает на выходную шину 15.According to the pulse f, the _cycle co of the second output of the synchronization unit 3, delayed by the first delay element 12, the result of the calculations in the calculation unit 7 is gated and the restored pulse value f _o (t) is supplied to the output bus 15.

По этому же импульсу f_цикл блок 7 вычислений приводится в исходное состояние для вычислений в следующем цикле работы интерполятора.For the same impulse f _{cycle, the} block 7 of calculations is brought to the initial state for calculations in the next cycle of the interpolator.

В следующих циклах интерполятор работает аналогично работе в первом цикле. (56) В. П. Дьяконов. Справочник по расчетам на микрокалькуляторах. Программа 5.109 вычисления по ряду Котельникова. М. : Наука, 1988. In the following cycles, the interpolator works similarly to the work in the first cycle. (56) V.P. Dyakonov. Handbook of calculations on microcalculators. Program 5.109 calculations for the Kotelnikov series. M.: Science, 1988.

Авторское свидетельство СССР N 1151986, кл. G 06 F 15/332, 1982. USSR copyright certificate N 1151986, cl. G 06 F 15/332, 1982.

Claims

An INTERPOLATOR comprising an analog-to-digital converter, a clock generator, a synchronization unit, a function calculation unit, a weight function generator, a digital scan unit, a pulse distributor, characterized in that a buffer register, a block of registers, the first and second blocks of delay elements are inserted into it, delay element, inputs of the cutoff frequency of the spectrum and the number of samples of the interpolator are information inputs of the buffer register, the input of the values of the input function of the interpolator is the first input of analog-digital a converter, the second input of which is connected to the output of the clock pulse generator and the sync inputs of the synchronization and digital scan units, and the third input is connected to the input of the pulse distributor and to the first output of the synchronization unit, the second output of which is connected to the reset input of the digital scan unit and through the first delay element with the installation input of the function calculation unit, the sync input of which through the second block of delay elements is connected to the outputs of the first block of delay elements and to the control inputs of the block registers, the outputs of which are connected to the first information input of the function calculation unit, the output of which is the output of the device, and the second information input is connected to the outputs of the weight function generator, the first input of which is connected to the output of the digital scan unit, and the second input is connected to the output of the buffer register and the input the control unit of the synchronization unit, the output of the analog-to-digital converter is connected to the information inputs of the register block, the synchronizing inputs of which are connected to the corresponding and the outputs of the pulse distributor and with the inputs of the first block of delay elements.