JPH0743402A - Method and device for obtaining frequency of time change signal - Google Patents

Method and device for obtaining frequency of time change signal

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JPH0743402A
JPH0743402A JP5246095A JP24609593A JPH0743402A JP H0743402 A JPH0743402 A JP H0743402A JP 5246095 A JP5246095 A JP 5246095A JP 24609593 A JP24609593 A JP 24609593A JP H0743402 A JPH0743402 A JP H0743402A
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JP
Japan
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frequency
signal
signals
input signal
time
Prior art date
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Application number
JP5246095A
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Japanese (ja)
Inventor
William D Bachalo
ウィリアム・ディ・バカロ
Kahlid Ibrahim
カーリッド・イーブラヒム
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Aerometrics Inc
Original Assignee
Aerometrics Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis

Abstract

PURPOSE: To enable accurate frequency measurement by dividing an input signal, converting the signals obtained into sampled and coded signals, and using discrete Fourier transform(DFT) technique on them. CONSTITUTION: An input signal is first divided by a divider into a plurality of synchronous signals, which are added to L sampler/decoder devices 200. The sampler/decoder devices 200 sample the synchronous signals at different frequencies, and perform analog-to-digital conversion to convert the plurality of synchronous signals into coded signals. Next, a processing element 210 performs DFT on the individual coded signals, and accesses a decoding or memory storage device in which, in respective storage positions, the values of DFT corresponding to the binary expression of the addresses of the storage positions are stored. Then a logic circuit 220 combines the results of DFT on the individual signals to measure the frequency of the input signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル信号処理装置
に関するものであり、とりわけ、離散フーリエ変換を利
用して、実時間で連続信号またはバースト信号の周波数
及び位相を求めるための方法及び装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital signal processing apparatus, and more particularly to a method and apparatus for obtaining the frequency and phase of a continuous signal or a burst signal in real time by utilizing a discrete Fourier transform. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】時間変化電子信号の周波数及び位相を測
定するためのその信号の信頼に足る検出及び処理は多数
の実際的な用途がある。特殊な場合、信号は、信号が識
別される所用時間にわたって比較的一定のままの周波数
を備えている。しかし、一般に、信号の周波数は時間と
ともに変化する。こうした場合、信号の周波数と、信号
周波数の変化率の両方をモニターすることが望ましい。
従って、一般的な場合、瞬時周波数測定が所望される。
BACKGROUND OF THE INVENTION Reliable detection and processing of time-varying electronic signals to measure their frequency and phase has numerous practical applications. In the special case, the signal has a frequency that remains relatively constant over the time the signal is identified. However, in general, the frequency of a signal changes over time. In such cases, it is desirable to monitor both the frequency of the signal and the rate of change of the signal frequency.
Therefore, in the general case, an instantaneous frequency measurement is desired.

【0003】処理すべき信号は、連続したものもあれ
ば、あるいは、短いバースト信号として検出器に達する
ものもある。例えば、レーダの場合、連続信号とパルス
化信号の両方が用いられる。干渉計を利用した光学振動
計の場合、信号は連続したものが多いが、振動素子の速
度の変化に比例して周波数が変化する。周知のレーザ・
ドップラ振動計(LDV)で作業する場合、信号は各信
号が単一の周波数を有する短いバーストとして生じる。
The signal to be processed may be continuous or may reach the detector as a short burst signal. For example, in the case of radar, both continuous and pulsed signals are used. In the case of an optical vibrometer using an interferometer, the signal is often continuous, but the frequency changes in proportion to the change in the speed of the vibrating element. Well-known laser
When working with a Doppler vibrometer (LDV), the signals occur as short bursts with each signal having a single frequency.

【0004】多くの用途では、極めて高い速度で信号を
処理しなければならない。実時間に近い速度で信号を処
理することの可能な信号処理手段が有利である。さら
に、信号は比較的高いレベルの暗騒音に埋もれてしまう
可能性がある。結果として、S/N比(SNR)は低く
なる(0dB以下)。信号処理手段は、従って、これら
困難な条件下で信号を検出し、測定することができなけ
ればならない。
In many applications, signals must be processed at extremely high speeds. A signal processing means capable of processing signals at a speed close to real time is advantageous. Moreover, the signal can be buried in a relatively high level of background noise. As a result, the S / N ratio (SNR) is low (0 dB or less). The signal processing means must therefore be able to detect and measure the signal under these difficult conditions.

【0005】周波数測定のために数多くの技法が開発さ
れてきた。これらの技法の中には、ほぼ瞬時に周波数測
定を行うものもあり、処理時間は、分析される信号の持
続時間、及び、記憶装置に情報が転送されるごく短い時
間によって制限されるだけである。こうした技法は、主
として、周波数・電圧変換のためのアナログ積分器、ま
たは、周波数復調のための位相ロック式ループ(PL
L)を利用したアナログ技法である。他の技法は、ある
所定の時間期間内における信号のゼロ・クロッシング数
のカウントに基づくものである。
Many techniques have been developed for frequency measurement. Some of these techniques make frequency measurements almost instantaneously and the processing time is only limited by the duration of the signal being analyzed and the very short time it takes for the information to be transferred to storage. is there. These techniques are mainly used for analog integrators for frequency / voltage conversion or phase-locked loops (PL) for frequency demodulation.
L) is an analog technique. Another technique is based on counting the number of zero crossings in a signal within a given time period.

【0006】先行技術のアナログ方法によって、周波数
測定に関する単純な方法が得られるが、これらの方法に
は重大な欠陥がある。SN比が20dB未満まで低下す
るとこうした技法の性能は急速に劣化する。これは、ノ
イズによって生じる余分なゼロ・クロッシングによって
引き起こされる。さらに、これらの方法では、測定周波
数の妥当性を検査するための手段が得られない。
Although prior art analog methods provide simple methods for frequency measurement, they suffer from serious deficiencies. The performance of these techniques degrades rapidly as the signal-to-noise ratio drops below 20 dB. This is caused by the extra zero crossings caused by noise. Moreover, these methods do not provide a means for checking the validity of the measured frequency.

【0007】SNRが0dBほどか、あるいは、それよ
り低いこともある瞬時周波数測定を必要とする用途の場
合、一般に、デジタル信号処理技法が用いられる。いく
つかの異なるデジタル信号処理アルゴリズムがスペクト
ル分析及び周波数測定のために開発された。これらの方
法のほとんどは、古典的なフーリエ解析のバリエーショ
ンによるものである。フーリエ解析を利用した先行技術
によるデジタル信号処理の方法に関する一般的な背景の
解説が、1984年に、ニューヨークのMcGraw−
Hill社から発行された、A.Papoulisによ
る「Probability,Randm Varia
bles,and Stochastic Prose
sses」、及び、1981年11月に、Proc.I
EEE,Vol.69,No.11,pp1388−1
419に発表された、S.M.Key及びS.J.R.
Marpleによる「Spectral Analys
is,A Modern Perspective」に
見られる。
For applications requiring instantaneous frequency measurements with SNR as low as 0 dB or lower, digital signal processing techniques are commonly used. Several different digital signal processing algorithms have been developed for spectral analysis and frequency measurement. Most of these methods rely on variations of classical Fourier analysis. A general background description of prior art methods of digital signal processing using Fourier analysis was given in 1984 by McGraw-New York.
Published by Hill, Inc. "Probability, Random Varia" by Papoulis
bles, and Stochastic Prose
“Ssses” and November 1981, Proc. I
EEE, Vol. 69, No. 11, pp1388-1
419, published by S. M. Key and S.C. J. R.
Marple's "Spectral Analysis"
is, A Modern Perspective ”.

【0008】フーリエ解析によって、信号検出と周波数
測定の両方にとって最適な性能が得られるが、古典的な
フーリエ変換技法には、いくつかの重大な欠陥がある。
第1に、(アナログ式の方法に比べると、優れてはいる
が)これらの技法のうち、低SNRで信頼に足る周波数
測定が可能なものはほんのわずかしかない。第2に、こ
れらの技法は、高い分解能が必要とされる場合には計算
上不十分であり、結果として、この方法の特定の先行技
術による実施例のほとんどはかなり複雑となり低速であ
る。これらの技法は、最新技術のテクノロジを利用する
場合であっても実時間の信号処理には不適切である。一
方、高速処理を可能にする方法の場合、変換において利
用するデータ・ポイントの数が限られるので、分解能と
精度を犠牲にして、高速処理が行われることになる。
Although Fourier analysis provides optimal performance for both signal detection and frequency measurement, the classical Fourier transform technique suffers from some serious drawbacks.
First, only a few (although better than analog methods) of these techniques are capable of reliable frequency measurements with low SNR. Second, these techniques are computationally inadequate when high resolution is required, and as a result, most of the particular prior art implementations of this method are fairly complex and slow. These techniques are unsuitable for real-time signal processing, even when using state-of-the-art technology. On the other hand, in the case of a method that enables high speed processing, the number of data points used in the conversion is limited, so that high speed processing is performed at the expense of resolution and accuracy.

【0009】1992年2月に提出された米国特許出願
第07/833,338号には、フーリエ解析を利用し
た、コヒーレント時間変化信号の検出に有効な代替方法
及び装置に関する解説がある。この方法の実施例では、
まず高速アナログ・デジタル変換器(ADC)または他
の手段を利用して、入力信号の標本化が行われる。次
に、1ビットのサンプル値データが、直列入力並列出力
シフト・レジスタまたは他の適合する手段に送られる。
次に、シフト・レジスタの並列出力が復号手段に送られ
る。この復号回路要素は、標本化を施した信号のNビッ
トからMビットへのマッピングとしての働きをする。
(ROM、RAM、または、EPROMといったメモリ
媒体は、この目的に利用することが可能である。)すな
わち、標本化を施した信号からの直列をなす1及び0
は、特定の記憶位置にアドレスために利用される。各記
憶位置内において、DFTが計算され、最大べきを備え
たDFTビンが記憶される。このDFTビンは、標本化
周波数fs (Nf/fの整数部分、ここで、Nは、DF
Tビンの数)に関して無次元数となる信号の周波数の整
数部分に対応する。各記憶位置に記憶されている第2の
数は、最大べきを備えていたDFTのべきである(他の
妥当性検査手段を記憶することも可能である)。べき信
号に関する情報を信号の妥当性検査に利用して、期待周
波数範囲内においてコヒーレントな信号に対応するか否
かを判定することができる。
US patent application Ser. No. 07 / 833,338, filed February 2,1992, describes an alternative method and apparatus useful for detecting coherent time-varying signals using Fourier analysis. In an example of this method,
First, a high speed analog-to-digital converter (ADC) or other means is used to sample the input signal. The 1-bit sample value data is then sent to a serial input parallel output shift register or other suitable means.
The parallel output of the shift register is then sent to the decoding means. The decoding circuitry acts as an N-bit to M-bit mapping of the sampled signal.
(A memory medium such as ROM, RAM, or EPROM can be used for this purpose.) That is, a series of 1's and 0's from the sampled signal.
Is used to address a particular storage location. Within each storage location, the DFT is calculated and the DFT bin with maximum power is stored. This DFT bin is the sampling frequency f s (an integer part of Nf / f, where N is DF
It corresponds to the integer part of the frequency of the signal which is dimensionless in terms of the number of T bins. The second number stored in each storage location should be that of the DFT with the largest power (other validation means could be stored). Information about the power signal can be used to validate the signal to determine if it corresponds to a coherent signal within the expected frequency range.

【0010】上述のアプローチは、信号における制限さ
れた数の標本には極めて有効に働くが、この方法には、
N個の離散的ポイントの標本化に限定されるという欠点
がある。結果として、入力信号の周波数は、標本化周波
数の1/Nのよりも高い精度内の測定はできない。例え
ば、16の標本によって、16ポイントのDFTに対応
する周波数推定が可能になり、信号の周波数が、標本化
周波数の1/16まで分解することができる。(これに
は、216の記憶サイズ、すなわち、64Kの記憶装置が
必要になる。標本化ポイントの数が増えると、さらに大
形の記憶装置が必要になるが、現時点では簡単にこれを
利用することはできない。)多くの場合これでは不十分
である。標本化ポイントの数が制限されることによっ
て、その方法は、多くの現実的な用途に利用できなくな
る。従って、任意の精度で信号の周波数を測定すること
が可能な方法及び装置を有することが望ましい。
While the above approach works quite well for a limited number of samples in the signal, this method
It has the drawback of being limited to sampling N discrete points. As a result, the frequency of the input signal cannot be measured within a precision higher than 1 / N of the sampling frequency. For example, 16 samples allow frequency estimation corresponding to a 16-point DFT, and the frequency of the signal can be decomposed to 1/16 of the sampling frequency. (This requires 2 16 storage sizes, or 64K of storage. Larger number of sampling points will require larger storage, which is easy to use at the moment. In many cases this is not enough. The limited number of sampling points renders the method unusable for many practical applications. Therefore, it is desirable to have a method and apparatus that can measure the frequency of a signal with arbitrary accuracy.

【0011】周波数分解能はやはり標本化周波数によっ
て決まる。標本化周波数が低下すると、周波数測定の分
解能が比例して向上する。あいにく、標本化周波数が信
号の帯域幅の2倍を超えて低下すると、エイリアシング
のために不確定性が生じる。エイリアシングは、周波数
の1つの帯域からもう1つの帯域への情報のフォールデ
ィングである。これは、ナイキスト率(入力信号の最高
周波数の2倍)未満で信号の標本化を行う結果として発
生する。この明らかな不確定性のため、先行技術ではエ
イリアシングが厳しく防止されてきた。一方、信号を識
別する所要時間にわたる信号の帯域幅は、測定すべき最
高の周波数よりはるかに低い。従って、信号は、そのス
ペクトルに関連した情報を損なうことなく、最高周波数
の2倍よりはるかに低い率で標本化することが可能であ
る。これによって、さらに、かなり高いスペクトル信号
解析が可能になる。(スペクトル解析の分解能は、標本
化周波数に反比例する。)
The frequency resolution also depends on the sampling frequency. As the sampling frequency decreases, the frequency measurement resolution increases proportionally. Unfortunately, when the sampling frequency drops by more than twice the signal bandwidth, uncertainty arises due to aliasing. Aliasing is the folding of information from one band of frequency to another. This occurs as a result of sampling the signal below the Nyquist rate (twice the highest frequency of the input signal). Due to this apparent uncertainty, aliasing has been severely prevented in the prior art. On the other hand, the bandwidth of the signal over the time required to identify the signal is much lower than the highest frequency to be measured. Thus, the signal can be sampled at a rate well below twice the highest frequency without compromising the information associated with its spectrum. This also allows a much higher spectral signal analysis. (The resolution of spectral analysis is inversely proportional to the sampling frequency.)

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、信号
周波数の測定における不確定性に関連した問題を克服す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the problems associated with uncertainty in measuring signal frequency.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明による、時間変化
信号の周波数及び位相を正確に測定するための方法及び
装置を提供することによって、先行技術の限界が克服さ
れる。本発明によれば、信号の周波数は任意の精度で測
定することができ、測定精度は、指数関数的に高くな
り、一方、装置のコンポーネント数(従って、その複雑
さ及びコスト)は線形にしか増加しない。
By providing a method and apparatus for accurately measuring the frequency and phase of a time varying signal according to the present invention, the limitations of the prior art are overcome. According to the invention, the frequency of the signal can be measured with arbitrary accuracy, the measurement accuracy is exponentially high, while the number of components of the device (and thus its complexity and cost) is only linear. Does not increase.

【0014】時間変化電子信号の周波数を測定するため
の方法は、(a)未知の時間変化電子信号を入力信号と
して供給するステップと、(b)入力信号を複数の同時
信号に分割するステップと、(c)同時信号のそれぞれ
について、異なる周波数で標本化を行い、アナログ・デ
ジタル変換を実施することによって、複数の同時信号の
それぞれを符号化信号に変換するステップと、(d)符
号化信号を利用して、前記符号化信号のそれぞれについ
て離散フーリエ変換を施し、個々の記憶位置に、記憶位
置のアドレスの2進表現に対応するDFTの値が記憶さ
れた、復号化またはメモリ記憶装置にアクセスするステ
ップと、(e)ある方法で個々の離散フーリエ変換の結
果を組み合わせて、入力信号の周波数が測定されるよう
にするステップから構成される。
A method for measuring the frequency of a time-varying electronic signal comprises: (a) supplying an unknown time-varying electronic signal as an input signal, and (b) dividing the input signal into a plurality of simultaneous signals. , (C) converting each of the simultaneous signals into a coded signal by sampling each of the simultaneous signals at a different frequency and performing analog-to-digital conversion, and (d) the coded signal. To a decoding or memory storage device in which a discrete Fourier transform is performed on each of the encoded signals, and the DFT value corresponding to the binary representation of the address of the storage position is stored in each storage position. Or (e) combining the results of the individual discrete Fourier transforms in some way so that the frequency of the input signal is measured. Constructed.

【0015】[0015]

【実施例】この明細書においては、時間的に変化する信
号の周波数と位相をほぼ実時間で正確に検出し、測定す
るための装置および方法について説明する。以下の説明
においては、本発明を完全に理解できるようにするため
に、特定の構造、特定の配置、および部品の詳細につい
て述べる。しかし、それらの特定の詳細なしに本発明を
実施できることが当業者には明らかであろう。他の場合
には、本発明を不必要にあいまいにしないようにするた
めに、周知の部品、構造、および電子的処理手段は説明
しなかった。先に述べたように、連続フーリエ解析法に
より周波数測定のための理論的に最適な手段が得られ
る。実際的なデジタル応用においては、高速アナログ−
デジタル変換器(ADC)を用いて未知信号が標本され
るから、連続法の代わりに離散フーリエ変換(DFT)
が用いられる。離散フーリエ変換(DFT)は連続フー
リエ変換法の数学的近似である。DFTの数学的表現は
当業者には周知であって、参考のために
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT This specification describes an apparatus and method for accurately detecting and measuring the frequency and phase of a time-varying signal in near real time. In the following description, specific structures, specific arrangements, and details of components are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without those specific details. In other instances, well-known components, structures, and electronic processing means have not been described in order not to unnecessarily obscure the present invention. As mentioned above, the continuous Fourier analysis method provides a theoretically optimal means for frequency measurement. In practical digital applications, high speed analog
Since the unknown signal is sampled using a digital converter (ADC), the discrete Fourier transform (DFT) is used instead of the continuous method.
Is used. The discrete Fourier transform (DFT) is a mathematical approximation of the continuous Fourier transform method. The mathematical representation of DFT is well known to those skilled in the art and is for reference only.

【0016】[0016]

【数1】 [Equation 1]

【0017】として与えられる。ここに、F(n)は周
波数(n/N)fs におけるフーリエ変換の値、Nは信
号上で得られる離散標本の数x(k)である。(一般的
な場合にはF(n)は複素数であることに注意された
い。)Nが無限大まで増大するにつれてDFTの確度は
連続フーリエ変換のそれに接近する。
Is given as Here, F (n) is the value of the Fourier transform at the frequency (n / N) f s , and N is the number of discrete samples x (k) obtained on the signal. (Note that in the general case F (n) is complex.) As N increases to infinity, the accuracy of the DFT approaches that of the continuous Fourier transform.

【0018】DFT法においては、未知入力信号が、−
s/2からfs/2までの離散周波数を有するN個の正
弦波と比較される。ここにfs は標本化周波数である。
標本化された信号周波数と正弦波周波数が非常に近い
と、積の和F(n)が大きくて、密な一致を示す。そう
するとその正弦波周波数が信号周波数としてとられる。
ノイズは、それが存在する時は、広い範囲の周波数にお
いて電力の積に寄与するが、ノイズがコヒーレントでな
ければ単一の強力なピークを示さない(すなわち、優勢
な周波数を持つ)。信号対雑音比が低すぎなければ、周
波数ビン中の電力はノイズ周波数より十分大きいから、
信号周波数は容易に識別できる。図3はN=16点の離
散フーリエ変換に対する電力スペクトラムのグラフであ
る。このグラフの各ビンは1/Nに分解された周波数の
整数値を表す。未知入力信号の位相は次式を用いて計算
できる。
In the DFT method, the unknown input signal is
It is compared with N sine waves with discrete frequencies from f s / 2 to f s / 2. Where f s is the sampling frequency.
When the sampled signal frequency and the sinusoidal frequency are very close, the product sum F (n) is large, indicating a close match. Then, the sine wave frequency is taken as the signal frequency.
Noise contributes to the power product over a wide range of frequencies when it is present, but does not show a single strong peak (ie, has a dominant frequency) unless the noise is coherent. If the signal-to-noise ratio is not too low, then the power in the frequency bin is well above the noise frequency,
The signal frequency can be easily identified. FIG. 3 is a graph of the power spectrum for the discrete Fourier transform of N = 16 points. Each bin in this graph represents an integer value of the frequency decomposed into 1 / N. The phase of the unknown input signal can be calculated using the following equation.

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】DFTは連続フーリエ変換の良い近似を与
えるが、この過程は本質的には正確ではない。離散標本
を使用することにより小さいが、測定可能な誤差が生ず
ることになる。DFTの性能は広範囲に解析されてい
る。N個の離散標本を考えると、周波数分散Var
(f)が次式により与えられる。
Although the DFT gives a good approximation of the continuous Fourier transform, this process is not accurate by nature. Although smaller than using discrete samples, there will be a measurable error. The performance of DFT has been extensively analyzed. Considering N discrete samples, the frequency variance Var
(F) is given by the following equation.

【0021】[0021]

【数3】 [Equation 3]

【0022】ここにfs は標本化周波数である。式3か
らわかるように周波数測定誤差はfsの二乗に正比例す
る。したがって、より低い標本抽出率で標本抽出するこ
とによるだけで周波数分解能を大幅に向上できる。他
方、帯域幅がwである帯域が制限された信号に対して、
エイリアシング問題を避けるために、ナイキスト・レー
ト(すなわち、2w)より高い率で信号を標本化せねば
ならない。
Where f s is the sampling frequency. As can be seen from equation 3, the frequency measurement error is directly proportional to the square of f s . Therefore, the frequency resolution can be significantly improved only by sampling at a lower sampling rate. On the other hand, for band-limited signals whose bandwidth is w,
The signal must be sampled at a rate higher than the Nyquist rate (ie 2w) to avoid aliasing problems.

【0023】次に本発明で使用する方法について説明す
る。まず、時間的に変化する信号の周波数と位相を検出
するために用いられる方法で用いられる過程の好適な実
施例の簡単にしたブロック図が示されている図1を参照
する。最初に、測定すべき入力信号が供給される。過程
10においては、入力信号は複数の同時信号15に分割
される。それらの同時信号はS1、S2、...SL と名
づけられている。同時信号の数は変えることができる。
図1はL個の同時信号が存在することを全体的に示す。
Next, the method used in the present invention will be described. Reference is first made to FIG. 1 where a simplified block diagram of a preferred embodiment of the process used in the method used for detecting the frequency and phase of a time varying signal is shown. First, the input signal to be measured is provided. In step 10, the input signal is split into a plurality of simultaneous signals 15. The simultaneous signals are S 1 , S 2 ,. . . It is named S L. The number of simultaneous signals can vary.
FIG. 1 generally shows that there are L simultaneous signals.

【0024】過程20においては、各同時信号15は標
本化され、符号化されたデータの流れ25へ変換され
る。各同時信号15は異なる周波数で標本化されるか
ら、異なる符号化されたデータの流れ25を生ずる。同
時信号はN個の異なる点において標本化される。Nは式
1におけるNの値に対応する。符号化されたデータ信号
は図1にE1、E2、...EL として示されている。
In step 20, each simultaneous signal 15 is sampled and converted into an encoded data stream 25. Each simultaneous signal 15 is sampled at a different frequency, resulting in a different encoded data stream 25. Simultaneous signals are sampled at N different points. N corresponds to the value of N in equation 1. The encoded data signal is represented by E 1 , E 2 ,. . . Shown as E L.

【0025】過程30においては、各符号化されたデー
タの流れ信号はそれの周波数を決定するために処理され
る。好適な実施例は離散フーリエ変換(DFT)を用い
る。しかし、別の周波数測定法も使用できることが当業
者には明らかであろう。過程40においては、個々のD
FTの結果が新規なやり方で組合わされて入力信号の周
波数の非常に正確な測定値を生ずる。
In step 30, each encoded data stream signal is processed to determine its frequency. The preferred embodiment uses the Discrete Fourier Transform (DFT). However, it will be apparent to those skilled in the art that other frequency measurement methods can be used. In step 40, each D
The FT results are combined in a novel way to yield a very accurate measurement of the frequency of the input signal.

【0026】次に、本発明の方法で用いる各過程につい
て詳しく説明する。図1を再び参照すると、過程10に
おいては、入力信号は複数の同時信号へ分割される。好
適な実施例においては、入力信号は8個の同時信号へ分
割されるからL=8である。好適な実施例が8個の同時
信号を使用する理由は、その数がほとんどの実際的な用
途に十分に正確な最終的な周波数測定値を生ずることが
見出されているからである。しかし、Lのために選択さ
れた値はこれとは異ならせることができること、およ
び、より多くの、またはより少ない同時信号を使用でき
ることも当業者には明らかであろう。
Next, each process used in the method of the present invention will be described in detail. Referring again to FIG. 1, in step 10, the input signal is split into multiple simultaneous signals. In the preferred embodiment, the input signal is divided into eight simultaneous signals, so L = 8. The preferred embodiment uses eight simultaneous signals because that number has been found to yield a final frequency measurement that is accurate enough for most practical applications. However, it will be apparent to one skilled in the art that the value selected for L can be different and that more or less simultaneous signals can be used.

【0027】それから同時信号15は過程20において
種々の周波数で標本化される。第1の段階S1における
信号の標本化周波数はf1で示される。好適な実施例に
おいては、残りの各周波数は前段における標本化周波数
半分である周波数で標本化される。すなわち、S2 はf
s/2で標本化され、S3はfs/4で標本化され、S4
s /8で標本化され、等である。この手法は容易に実
行でき、当業者にとって周知の事である。各同時信号は
同数の点Nで標本化される。しかし、各段階において
は、標本化周波数の低下のために信号は前段の時間の2
倍の時間で標本化される。そのために標本化の分解能が
前段の分解能の2倍になる。これが図4に示されてい
る。
The simultaneous signal 15 is then sampled in step 20 at various frequencies. The sampling frequency of the signal in the first stage S 1 is denoted by f 1 . In the preferred embodiment, each of the remaining frequencies is sampled at a frequency that is half the sampling frequency in the previous stage. That is, S 2 is f
is sampled at s / 2, S 3 is sampled at f s / 4, S 4 are sampled at f s / 8, and so on. This technique is easy to implement and is well known to those skilled in the art. Each simultaneous signal is sampled at the same number of points N. However, at each stage, the signal is reduced to 2 times the time of the previous stage due to the decrease in sampling frequency.
Sampled in double time. Therefore, the sampling resolution is twice the resolution of the previous stage. This is shown in FIG.

【0028】過程20における同時信号の標本化は、好
適な実施例においてはデジタイザにより行われる。デジ
タイザは、信号レベルが0より高い時は論理1の出力を
生じ、信号レベルが0より低い時は論理0の出力を生ず
る。これにより各同時信号に対して1ビットのデータの
符号化された流れが発生される。好適な実施例において
は、16ビットの変換が用いられ、N=16である。各
符号化された信号の16ビット符号化された信号Ei
過程30においてDFTの計算に用いられる。
Sampling of the simultaneous signals in step 20 is done by a digitizer in the preferred embodiment. The digitizer produces a logic one output when the signal level is greater than zero and a logic zero output when the signal level is less than zero. This produces a coded stream of 1-bit data for each simultaneous signal. In the preferred embodiment, a 16-bit transform is used, where N = 16. The 16-bit encoded signal E i of each encoded signal is used in step 30 to compute the DFT.

【0029】同時信号を符号化するために別の標本化法
を使用できる。たとえば、4ビット標本化を用いる別の
実施例を利用する事が可能である。また、零交差位置を
探す代わりに、符号器/標本化器は信号の極大および極
小を探す手法を使用できる。
Another sampling method can be used to encode the simultaneous signals. For example, another embodiment using 4-bit sampling can be used. Also, instead of looking for zero-crossing locations, the encoder / sampler can use techniques to look for signal maxima and minima.

【0030】過程30においては、同時信号からのデー
タを離散フーリエ変換を用いて処理する。本発明におい
ては、DFTを計算するために用いられる方法は、最終
的な周波数測定値を生ずるために必要な数学的計算の量
を最小にする。
In step 30, the data from the simultaneous signals are processed using the discrete Fourier transform. In the present invention, the method used to calculate the DFT minimizes the amount of mathematical calculation required to produce the final frequency measurement.

【0031】符号化されたデータ信号からのNビット・
データ点が記憶され、大容量記憶装置からデータを読出
すためのアドレスとして使用される。記憶装置は2N
所の記憶場所を有し、それのアドレスは0から2N −1
までの数のNビット2進表現により表される。(好適な
実施例においては、N=16であることを思い出された
い。)各記憶場所すなわちセルは、各記憶アドレスを構
成する1と0の特定のパターンに対するDFTの値を含
む。記憶場所は、DFTがコヒーレントな信号に対応す
る事を確認するためにDFTのべき(またはその他の妥
当性検査手段)を含むこともできる。
N bits from the encoded data signal
A data point is stored and used as an address to read the data from the mass storage device. The storage device has 2 N storage locations, the addresses of which are 0 to 2 N -1.
Are represented by an N-bit binary representation of the numbers up to. (Recall that in the preferred embodiment, N = 16.) Each memory location or cell contains the value of the DFT for the particular pattern of 1s and 0s that make up each memory address. The memory location may also include a DFT power (or other validation means) to ensure that the DFT corresponds to a coherent signal.

【0032】したがって、各符号化されたデータに対す
るDFTは、記憶装置を単にアドレッシングするだけで
迅速に計算できる。この方法により正確な周波数決定を
行うことができ、しかも必要な構成要素の数は最少にで
きるから、このシステムの全体のコストは最低にでき、
システムの構成を非常に簡単にできる。
Therefore, the DFT for each encoded data can be calculated quickly by simply addressing the storage device. This method allows for accurate frequency determination, while minimizing the number of components required, thus minimizing the overall cost of the system,
The system configuration can be very simple.

【0033】各符号化されたデータの流れの周波数を計
算するために本発明はDFTを用いるが、他の変換法す
なわち周波数測定法も使用できることが当業者には明ら
かであろう。周波数決定のためにはDFTが最も信頼で
き、かつ最も効率的な方法であることが認められている
から、本発明はDFTのみを使用する。最後に、過程4
0においては、個々のDFTの結果が新規なやり方で組
合わされて未知入力信号の周波数のための値を生ずる。
この方法の好適な別の実施例について以下に説明する。
It will be apparent to those skilled in the art that although the present invention uses a DFT to calculate the frequency of each encoded data stream, other transform or frequency measurement methods can be used. The present invention only uses the DFT because it has been found to be the most reliable and most efficient method for frequency determination. Finally, step 4
At 0, the individual DFT results are combined in a novel way to yield a value for the frequency of the unknown input signal.
Another preferred embodiment of this method is described below.

【0034】次に、本発明の方法を実施する回路の全体
的なブロック図が示されている図2を参照する。この実
施例においては、入力信号は分割器(図2には示されて
いない)によりまず分割され、L個の標本化器/符号化
器装置200へ加えられる。これは前記方法における過
程10に対応する。各標本化器/符号化器装置200の
機能はgi (f)により与えられる周波数の連続データ
・セットまたは標本化されたデータ・セットを発生する
ことである。これは前記方法における過程20に対応す
る。図2において、標本化器/符号化器装置200は、
周波数fの入力信号を標本化するだけで実現できるか
ら、gi (f)は次のように書くことができる。 gi (f)=(f)(modf1) (4)
Reference is now made to FIG. 2 in which a general block diagram of a circuit implementing the method of the present invention is shown. In this embodiment, the input signal is first divided by a divider (not shown in FIG. 2) and added to the L sampler / encoder devices 200. This corresponds to step 10 in the method. The function of each sampler / encoder device 200 is to generate a continuous or sampled data set at the frequency given by g i (f). This corresponds to step 20 in the method. In FIG. 2, the sampler / encoder device 200 is
Since it can be realized simply by sampling the input signal of frequency f, g i (f) can be written as follows. g i (f) = (f) (modf 1 ) (4)

【0035】それから処理素子210を用いてこの信号
の周波数を測定する。その処理素子は各標本化器/符号
化器装置200の出力の周波数を測定する。先に述べた
ように、DFTは算術装置の周波数を測定するための効
率的な方法として用いられるが、別の類似の周波数測定
方法を用いても同様な結果を得ることができる。
The processing element 210 is then used to measure the frequency of this signal. The processing element measures the frequency of the output of each sampler / encoder device 200. As mentioned above, DFT is used as an efficient method for measuring the frequency of arithmetic devices, but another similar frequency measurement method can be used with similar results.

【0036】それから、処理素子210の出力215が
新規なやり方で組合わされて、入力信号の周波数の最後
の値fを供給する。ここに、fはGのある関数g1
(f)、g2(f)、...gL(f)と書くことができ
る。これは前記方法の過程40に対応する。すなわち、 f= G[g1(f)、g2(f)、...gL(f)] (5) である。
The output 215 of the processing element 210 is then combined in a novel way to provide the final value f of the frequency of the input signal. Where f is a function g with G 1
(F), g 2 (f) ,. . . It can be written as g L (f). This corresponds to step 40 of the method. That is, f = G [g 1 (f), g 2 (f) ,. . . g L (f)] (5).

【0037】本発明の要旨は、式5で与えられる関係を
満たす関数のセットg1(f)、g2(f)、...gL
(f) および関数Gを求めることである。それらの関
数の2種類の群について以下に説明する。本発明におい
ては、実数の基数r表現の計算のために用いられる技術
に類似する技術を用いることにより高分解能の周波数測
定が行われる。基数r表現法は当業者に知られている
が、本発明で取り扱う分野においてはこれまでは用いら
れていなかった。ここで背景説明のために基数r表現の
全体的な概念について説明する。基数r表現において
は、Aは値0≦A≦rM を有する実数である。数Aは基
数r表現を用いて次式のように表現できる。
The gist of the present invention is that the set of functions g 1 (f), g 2 (f) ,. . . g L
(F) and finding the function G. Two types of groups of those functions are described below. In the present invention, high resolution frequency measurements are made by using techniques similar to those used for calculating real radix r representations. Although the radix r representation is known to those skilled in the art, it has not previously been used in the field addressed by the present invention. Here, the general concept of the radix r expression will be described for background purposes. In the radix r representation, A is a real number with the value 0 ≦ A ≦ r M. The number A can be expressed as the following equation using the radix r expression.

【0038】[0038]

【数4】 [Equation 4]

【0039】計数(ai)を計算するために、数AをrM
でまず除す。ここに、Mは表現すべき最大数により決定
される。AをrMで除すことによりこの数は正規化され
てA0を得る。ここに0≦A0 <1である。項(J+
M)の値は、それにより数Aが表現されるような分解能
を決定する整数であって、M<J<∞である。更に、r
J+ M は数の表現における分解能ステップの数である。
To calculate the count (a i ) the number A is r M
First remove. Here, M is determined by the maximum number to be represented. This number is normalized by dividing A by r M to obtain A 0 . Here, 0 ≦ A 0 <1. Term (J +
The value of M) is an integer that determines the resolution by which the number A is represented, where M <J <∞. Furthermore, r
J + M is the number of resolution steps in the number representation.

【0040】第1の段階においては、積rA0の整数部
を取ることにより計数a0が計算される。a0を計算した
後で、積rA0からa0を引く(すなわち、数rA0の分
数部を取る)ことにより数R0が計算される。第2の繰
り返しのために、積rR0の整数部を取ることにより係
数a1が計算される。a1の計算の後で、 数A1の分数部
を取ることにより数R1が計算される。以下同様であ
る。A0が無理数か、形がx/y(xとyは整数で、y
は形rz (zは整数である)でない)である有理数であ
るならば、この手順は無限に続く。
In the first stage, the count a 0 is calculated by taking the integer part of the product rA 0 . After calculating the a 0, subtract a 0 from the product rA 0 (i.e., take the fractional part of the number rA 0) number R 0 is calculated by. For the second iteration, the coefficient a 1 is calculated by taking the integer part of the product rR 0 . After the calculation of a 1, the number R 1 is calculated by taking the fractional part of the number A 1 . The same applies hereinafter. A 0 is an irrational number, or the form is x / y (x and y are integers, y
If is a rational number of the form r z (z is not an integer) then this procedure continues indefinitely.

【0041】従来のアルゴリズムを示すために、以下に
数A0= 0.8の基数2(2進)表現の計算を例として
示す。 A0 =0.8 rA0 =1.6 a0=1 R0=0.6 A1 =rR0 =1.2 a1=1 R1=0.2 A2 =rR1 =0.4 a2=0 R2=0.4 A3 =rR2 =0.8 a3=0 R3=0.8 A4 =rR3 =1.6 a4=1 R4=0.6 A5 =rR4 =1.2 a5=1 R5=0.2 A6 =rR5 =0.4 a6=0 R6=0.8 したがって、0.1100110...は数8の2進
(基数2)表現を表す。
In order to show the conventional algorithm, the calculation of the radix-2 (binary) representation of the number A 0 = 0.8 is shown below as an example. A 0 = 0.8 rA 0 = 1.6 a 0 = 1 R 0 = 0.6 A 1 = rR 0 = 1.2 a 1 = 1 R 1 = 0.2 A 2 = rR 1 = 0.4 a 2 = 0 R 2 = 0.4 A 3 = rR 2 = 0.8 a 3 = 0 R 3 = 0.8 A 4 = rR 3 = 1.6 a 4 = 1 R 4 = 0.6 A 5 = RR 4 = 1.2 a 5 = 1 R 5 = 0.2 A 6 = rR 5 = 0.4 a 6 = 0 R 6 = 0.8 Therefore, 0.1100110. . . Represents the binary (base 2) representation of the number 8.

【0042】この例から、実数の基数r表現の計算は、
各繰り返しの剰余に整数rを乗ずるための手段と、この
積の整数部を計算する手段とを含む。更に、各繰り返し
により、数Aの表現における精度は率rだけ高くされ
る。本発明においては、個々のDFTを基にして周波数
測定は、基数r表現の計算のために用いられる技術に類
似する技術を用いて行われる。この応用を示すために、
周波数範囲−fs/2〜fs/2にわたる周波数fを測定
したい場合について考える。なお、標本化周波数はfs
である。正規化された周波数(この標本化周波数に関す
る信号周波数f)はf/fs と定められる。DFTの離
散周波数ビンはfs/Nとして与えられる分解能を表
す。DFTビンはNf/fsの整数部である。
From this example, the calculation of the real radix r representation is
It includes means for multiplying the remainder of each iteration by an integer r and means for calculating the integer part of this product. Furthermore, with each iteration, the precision in the representation of the number A is increased by the rate r. In the present invention, frequency measurements based on individual DFTs are made using techniques similar to those used for calculating the radix r representation. To demonstrate this application,
Think about if you want to measure the frequency range -f s / 2~f s / 2 over the frequency f. The sampling frequency is f s
Is. The normalized frequency (signal frequency f with respect to this sampling frequency) is defined as f / f s . The discrete frequency bins of the DFT represent the resolution given as f s / N. DFT bins is an integral part of Nf / f s.

【0043】DFTを用いて、信号周波数fを表す数の
整数部を、最大べきを有するDFTビンを決定すること
により計算できる。標本化された信号を用いる他の周波
数測定手法も類似のパターンに従う。パラメータNf/
s したがって周波数を測定する精度を高くするため
に、先に述べた繰り返しアルゴリズムを使用できる。こ
の繰り返しアルゴリズムは次のようにして適用できる。
繰り返しiの標本化周波数をfsiとする。この標本化周
波数に対して、正規化された周波数がfi =f/fsi
より与えられる。DFTのためにN個の標本が用いられ
るとすると、Nfi の整数部は最大べきのDFTビンを
表す。繰り返し(i+1)に対しては、信号をfsi/r
の率で標本化することによりNfi へ因数r(rは基数
r表現からである)を乗ずることができる。その標本化
周波数に対しては正規化された周波数はrfi である。
更に、各繰り返しiに対して、この繰り返しのための積
rNfi の整数部は、最大べきのDFTビンを決定する
ことにより計算される。
Using the DFT, the integer part of the number representing the signal frequency f can be calculated by determining the DFT bin with the largest power. Other frequency measurement techniques that use sampled signals follow a similar pattern. Parameter Nf /
The iterative algorithm described above can be used to increase the accuracy of measuring f s and thus the frequency. This iterative algorithm can be applied as follows.
Let f si be the sampling frequency of iteration i. For this sampling frequency, the normalized frequency is given by f i = f / f si . When N samples for DFT is used, the integer part of Nf i is the maximum should be in the DFT bins. For iteration (i + 1), the signal is f si / r
(The r in is from radix r representation) factor r to Nf i by sampling at a rate of can be multiplied by. The normalized frequency for that sampling frequency is rf i .
Furthermore, for each iteration i, the integer part of the product rNf i for this iteration is calculated by determining the DFT bin of the largest power.

【0044】いいかえると、各繰り返しi+1に対し
て、正規化された周波数fi+1 は、繰り返しiに対する
正規化された周波数にrを乗じたもの(すなわち、f
i+1 =rfi) に等しい。そうすると、最大べきのDF
Tビンを決定することにより、Nfi の整数部を計算で
きる。以上の説明からわかるように、それらの機能(種
々の周波数を標本化することにより得られる)を用い
て、高い分解能の周波数測定を行うために簡単なアルゴ
リズムを開発できる。
In other words, for each iteration i + 1, the normalized frequency f i + 1 is the normalized frequency for iteration i multiplied by r (ie, f
i + 1 = rf i ). Then, the maximum DF
By determining the T bottle, you can calculate the integer part of the Nf i. As can be seen from the above description, these functions (obtained by sampling various frequencies) can be used to develop simple algorithms for making high resolution frequency measurements.

【0045】ある例がこの手順を解明するために役立
つ。図5は、実際の周波数比がNf/fs =5.123
で、N=16であるDFTが計算される。本発明の好適
な実施例では、2進の数学がこの分野において周知であ
り、容易に実行されるから、基数2が用いられる。図5
の例においては、周波数は未知剰余が0.123である
DFTビン5として表される。次の繰り返しにおいて
は、標本化周波数は2で除され、DFTが計算される。
2で除すことは正規化された周波数に2を乗ずる事に等
しい。周波数は未知剰余が0.245であるDFTビン
として表される。次の繰り返しにおいては標本化周波数
は再び2で除される。その結果、20.492でなけれ
ばならないDFTにより計算される周波数となる。しか
し、16以上の周波数比はエイリアシングされる。した
がって、エイリアシングされ周波数は4.492(2
0.492−16)として表されるから、それは未知剰
余が0.492であるビン4に入る。エイリアシングが
生じたという事実は、現在の周波数比値を以前の結果と
比較することにより決定できる。これにより、各段階に
おいてエイリアシングが生ずる点を識別するために十分
な情報が与えられる。
An example serves to elucidate this procedure. In FIG. 5, the actual frequency ratio is Nf / f s = 5.123.
At, the DFT with N = 16 is calculated. In the preferred embodiment of the present invention, radix-2 is used because binary math is well known in the art and is easily implemented. Figure 5
In the example, the frequency is represented as DFT bin 5 with an unknown remainder of 0.123. In the next iteration, the sampling frequency is divided by 2 and the DFT is calculated.
Dividing by two is equivalent to multiplying the normalized frequency by two. The frequencies are represented as DFT bins with an unknown remainder of 0.245. In the next iteration, the sampling frequency is again divided by 2. The result is a frequency calculated by the DFT that must be 20.492. However, frequency ratios above 16 are aliased. Therefore, the aliased frequency is 4.492 (2
Represented as 0.492-16), it enters bin 4 with an unknown remainder of 0.492. The fact that aliasing has occurred can be determined by comparing the current frequency ratio value with previous results. This gives enough information to identify the points where aliasing occurs at each stage.

【0046】それらのアルゴリズムは、各繰り返しの後
の剰余が2倍に増大させられるが、1を超えるまでは不
定のままであることを示す。そうするとこの整数値は、
第1回の繰り返しにおける剰余が約1/2i であること
が知られる事を示すDFTビン数に寄与する。繰り返し
の数はこの点までに知られているから、最初の繰り返し
における剰余についての情報はより良く定められる。こ
れは、各繰り返しの後で分解能が2倍にされることを認
める事に等しい。これを説明する別の方法は、第1の繰
り返しにおいて、周波数はDFT周波数ビンの±0.5
以内である事が知られ、第2の繰り返しにおいて、周波
数はDFT周波数ビンの±0.25(最初の帯域幅を基
準にして)以内である事が知られる、等である。図6
は、本発明が各繰り返しにおける周波数測定の精度をど
のようにして高くするかを示すものである。
The algorithms show that the residue after each iteration is increased by a factor of 2, but remains indeterminate until more than one. Then this integer value is
It contributes to the number of DFT bins, which indicates that the remainder in the first iteration is known to be about 1/2 i . Since the number of iterations is known up to this point, the information about the remainder in the first iteration is better defined. This is equivalent to admitting that the resolution is doubled after each iteration. Another way to explain this is that in the first iteration, the frequency is ± 0.5 of the DFT frequency bin.
Is known to be within, and in the second iteration, the frequency is known to be within ± 0.25 (relative to the initial bandwidth) of the DFT frequency bin, and so on. Figure 6
Shows how the present invention increases the accuracy of frequency measurements at each iteration.

【0047】実際には、べきが最大であるDFTビンを
計算する時(比Nf/fi )の整数部を計算するために
は、DFTビンの数に±1の不確定が存在することがあ
る。たとえば、実際の比Nf/fi が1.5に等しいと
すると、べきが最大であるDFTビンを1または2とす
ることができる。また、実際の比が0.5に等しいとす
ると、べきが最大であるDFTビンを0または1とする
ことができる。この不明確さは標本化周波数が低くなる
につれて測定全体にわたって伝わる。本発明は、基本基
数r式を僅かに修正することによりその不明確さを克服
する。したがって、好適な実施例は、数Aを表すのに下
記のように修正された基数r数表現を使用する。
In practice, in order to calculate the integer part of the DFT bin (ratio Nf / f i ) when the power is maximum, there is an uncertainty of ± 1 in the number of DFT bins. is there. For example, when the actual ratio Nf / f i is equal to 1.5, should it be a the DFT bin 1 or 2 which is the maximum. Also, if the actual ratio is equal to 0.5, the DFT bin with the largest power can be 0 or 1. This ambiguity propagates throughout the measurement as the sampling frequency decreases. The present invention overcomes the ambiguity by slightly modifying the base radix r equation. Therefore, the preferred embodiment uses a radix r number representation modified as follows to represent the number A:

【0048】[0048]

【数5】 [Equation 5]

【0049】ここに、bi は−1≦bi <rであるよう
な整数である。この表現により、数Aは計数bi の種々
のセットで表される(数Aとそれの基数2表現の間に1
対1の対応が存在する場合である、先に述べた場合とは
異なる、すなわち、係数ai 、とは異なる)ことに注目
されたい。たとえば、修正された基数2表現では、数A
=0.4を下記の2つの表現で表すことができる。
Here, b i is an integer such that −1 ≦ b i <r. By this representation, the number A is represented by different sets of counts b i (one between the number A and its radix-2 representation).
Note that there is a one-to-one correspondence, which is different from the case described above, ie different from the coefficients a i ). For example, in the modified radix-2 representation, the number A
= 0.4 can be expressed by the following two expressions.

【0050】 A0 =0.4 rA0 =0.8 b0= 1 R0=−0.2 A1 =rR0 =−0.4 b1= 0 R1=−0.4 A2 =rR1 =−0.8 b2=−1 R2= 0.2 A3 =rR2 = 0.4 b3= 0 R3= 0.4 A4 =rR3 = 0.8 b4= 1 R4=−0.2 およびA 0 = 0.4 rA 0 = 0.8 b 0 = 1 R 0 = -0.2 A 1 = rR 0 = -0.4 b 1 = 0 R 1 = -0.4 A 2 = rR 1 = -0.8 b 2 = -1 R 2 = 0.2 A 3 = rR 2 = 0.4 b 3 = 0 R 3 = 0.4 A 4 = rR 3 = 0.8 b 4 = 1 R 4 = −0.2 and

【0051】 A0 =0.4 rA0 =0.8 b0=0 R0=0.8 A1 =rR0 =1.6 b1=1 R1=0.6 A2 =rR1 =1.2 b2=1 R2=0.2 A3 =rR2 =0.4 b3=0 R3=0.4 A4 =rR3 =0.8 b4=0 R4=0.8 A5 =rR4 =1.6 b5=1 R5=0.6A 0 = 0.4 rA 0 = 0.8 b 0 = 0 R 0 = 0.8 A 1 = rR 0 = 1.6 b 1 = 1 R 1 = 0.6 A 2 = rR 1 = 1.2 b 2 = 1 R 2 = 0.2 A 3 = rR 2 = 0.4 b 3 = 0 R 3 = 0.4 A 4 = rR 3 = 0.8 b 4 = 0 R 4 = 0. 8 A 5 = rR 4 = 1.6 b 5 = 1 R 5 = 0.6

【0052】したがって、数Aを(1、0、−1、0、
1、0...)または(0、1、1、0、0、
1...)として表すことができる。両方の表現は同じ
数Aに一致することを容易に実証できる。更に、同じ数
Aに対して他の多くの表現を提供できる。それらの別の
表現は、べきが最大であるDFTビンの計算において遭
遇する不確定性を解決するために使用できる。任意の段
階における±1のDFTビンの不確定性はその数の表現
を変更するが、十分な数の段階の後の最終結果が数の定
義において同じ分解能を供給する。
Therefore, the number A is changed to (1, 0, -1, 0,
1, 0. . . ) Or (0, 1, 1, 0, 0,
1. . . ). It can easily be demonstrated that both expressions correspond to the same number A. Furthermore, many other representations can be provided for the same number A. These alternative representations can be used to resolve the uncertainties encountered in computing the DFT bin where the power is maximum. The uncertainty of ± 1 DFT bin at any stage modifies the representation of that number, but the final result after a sufficient number of stages provides the same resolution in the definition of the number.

【0053】図1を再び参照するお、好適な実施例にお
いては、過程40における最後の周波数測定が前記式7
を用いて行われる。式7における係数bi は個々のDF
Tの単なる結果である。個々のDFTは加え合わされ、
最後の和が未知入力信号の周波数として取られる。
Referring again to FIG. 1, in the preferred embodiment, the last frequency measurement in step 40 is expressed in Equation 7 above.
Is performed using. The coefficient b i in equation 7 is the individual DF
It is simply the result of T. The individual DFTs are added together,
The final sum is taken as the frequency of the unknown input signal.

【0054】基数rアルゴリズムを用いて周波数を計算
する時は、DFTのために用いられる点の数は好適な実
施例において用いられる16に必ずしも限定されない。
実際に、DFTの計算のためには限度内のより多くの点
が好ましい。たとえば、より多くの点を用いるとノイズ
に対して一層強くなる。変換において効果的に使用でき
る点の数Nには実際的な制限がある。たとえば、標本点
の数が増加すると構成がより複雑になるから、システム
全体のコストが増大する。また、標本点の数があるパラ
メータを越えて増大しても周波数測定結果の精度がかな
り高くなることはない。
When calculating frequencies using the radix-r algorithm, the number of points used for the DFT is not necessarily limited to the 16 used in the preferred embodiment.
In fact, more points within the limits are preferred for DFT calculation. For example, the more points that are used, the more robust it is to noise. There is a practical limit to the number N of points that can be effectively used in the transformation. For example, as the number of sampling points increases, the configuration becomes more complicated, which increases the cost of the entire system. Further, even if the number of sampling points increases beyond a certain parameter, the accuracy of the frequency measurement result does not significantly increase.

【0055】DFTのためにN個の標本点を用いると、
次の式を用いて係数bi を使用できる。 bi =(di+1 − rdi)modN ここに、−N/2<αmodN≦N/2、α=di+1
rdiである。項diはi番目の過程におけるべきが最大
のDFT周波数ビンを表す。たとえば、±1のビン不確
定性がDFTビンを繰り返しiにおける+1にする、す
なわち、9にすべきであったにもかかわらず、di =1
0にした場合について考える。i+1の繰り返しにおい
ては、DFTビンは18である。これはビン2、(d
i+1 =2)へエイリアシング・バックする。それらの値
を式8に代入すると、 bi =(2−20)modN=−2 が得られる。これは、以前の繰り返しにおけるDFTビ
ンが測定の不確実さのために+1だけ桁送りされたこと
を示す。
Using N sample points for the DFT,
The coefficients b i can be used using the following equation: b i = (d i + 1 −rd i ) modN where −N / 2 <αmodN ≦ N / 2, α = d i + 1
rd i . The term d i represents the maximum power DFT frequency bin in the i th process. For example, a bin uncertainty of ± 1 should have caused the DFT bin to be +1 at iteration i, i.e. 9 even though d i = 1
Consider the case where it is set to 0. For i + 1 iterations, the DFT bin is 18. This is bin 2, (d
alias back to i + 1 = 2). When these values into equation 8, b i = (2-20) modN = -2 are obtained. This indicates that the DFT bin in the previous iteration was shifted by +1 due to measurement uncertainty.

【0056】次に、入力信号の周波数を検出するために
本発明を採用する回路の簡単にしたブロック図が示され
ている図7を参照する。入力信号は入力線を介して供給
される。そこから、入力信号はL種類の同時成分へ分割
される。各同時成分は異なる段階(段階1、段階2等と
して記されている)へ送られる。好適な実施例において
は、上記のように、全部で8つの段階がある。8つの段
階で、実在の応用の多数のために十分正確である最終的
な周波数測定値を生ずることが見出されている。しか
し、特定の用途に対して望ましい実際の分解能に応じ
て、段階の数を変える事ができる。
Reference is now made to FIG. 7, where a simplified block diagram of a circuit employing the present invention for detecting the frequency of an input signal is shown. The input signal is supplied via the input line. From there, the input signal is split into L simultaneous components. Each co-ingredient is sent to a different stage (designated as stage 1, stage 2, etc.). In the preferred embodiment, there are a total of eight stages, as described above. Eight steps have been found to yield final frequency measurements that are accurate enough for many real-world applications. However, the number of steps can vary depending on the actual resolution desired for a particular application.

【0057】各同時信号はデコーダ102へ供給され
る。このデコーダ102は、上記のように、標本化され
た1ビットの信号を生ずるデジタイザである。各同時信
号は異なる周波数で標本化される。
Each simultaneous signal is supplied to the decoder 102. The decoder 102 is a digitizer that produces a sampled 1-bit signal, as described above. Each simultaneous signal is sampled at a different frequency.

【0058】第1の段階のための標本化周波数は番号1
04が付けられ、fs1で示されている。それ以後の段階
における各信号は前段階の一定の除数rで標本化され
る。除数rは、図7における修正された基数r数表現に
おいて用いられるrの値と同じ値である。好適な実施例
においては、rの値は2であり、各段階は前段階におけ
る周波数の半分で標本化される。先に述べたように、各
段階の加算で、周波数分解能も2倍だけ高くなる。そう
すると周波数分解能は1/(N2L) により与えられ
る。このように、各段階における加算により周波数分解
能は指数関数的に高くなり、しかもハードウェア実現は
直線的に増大するだけである。この方法により、従来の
方法と比較してはるかに簡単なハードウェアを用いて高
分解能の周波数測定を行うことができるから、これは明
らかな利点である。この方法は、フーリエ解析法を用い
て、高分解能の周波数測定を安くかつ確実に実行できる
という大きな利点を有する。
The sampling frequency for the first stage is number 1.
04, labeled f s1 . Each signal in the subsequent stages is sampled by the constant divisor r in the previous stage. The divisor r is the same value as r used in the modified radix r number representation in FIG. In the preferred embodiment, the value of r is 2, and each stage is sampled at half the frequency of the previous stage. As described above, the frequency resolution is increased by a factor of 2 with each addition. The frequency resolution is then given by 1 / (N2 L ). Thus, the addition at each stage increases the frequency resolution exponentially and only linearly increases the hardware realization. This is a clear advantage as it allows high resolution frequency measurements to be made with much simpler hardware compared to conventional methods. This method has a great advantage that a high-resolution frequency measurement can be performed inexpensively and reliably using the Fourier analysis method.

【0059】好適な実施例においては、入力信号の16
個の標本が用いられる。これは16点DFTに等しい、
すなわち、式1においてはN=16である。それから各
デコーダ102の出力は直列入力−並列出力シフトレジ
スタ105へ供給される。シフトレジスタの出力は復号
手段110へ供給される。復号回路はNビットからMビ
ットへのマッピングとして作動する。上記のように、R
OM、RAMおよびEPROMのような記憶媒体をこの
タスクのために使用できる。この場合には、シフトレジ
スタ出力をM2N ビット・メモリに対するアドレスとし
て使用できる。各メモリ・セルには2つの数が記憶され
る。最初の1つの数はべきが最大であるDFTビンを与
える(これは不確定性が±1である比Nf/fi の整数
部に対応する)。この数はべきが最大であるDFTビン
に対応する。メモリ・セルに記憶されている第2の数
は、最大のべきを有するDFTビンのべきを与える(標
本化された信号の妥当性を検査する他の手段もi番目の
段階のために使用できる)。
In the preferred embodiment, 16 of the input signal
Samples are used. This is equivalent to a 16-point DFT,
That is, N = 16 in Expression 1. The output of each decoder 102 is then provided to a serial input-parallel output shift register 105. The output of the shift register is supplied to the decoding means 110. The decoding circuit operates as an N-bit to M-bit mapping. As above, R
Storage media such as OM, RAM and EPROM can be used for this task. In this case, the shift register output can be used as an address for the M2 N bit memory. Two numbers are stored in each memory cell. The first one gives the DFT bin where the power is largest (which corresponds to the integer part of the ratio Nf / f i with an uncertainty of ± 1). This number corresponds to the DFT bin whose power is the largest. The second number stored in the memory cell gives the power of the DFT bin with the largest power (other means of checking the validity of the sampled signal can also be used for the i th stage. ).

【0060】信号べきについての情報を用いて、信号の
存在の指示および周波数測定の妥当性検査のために、そ
の信号の妥当性検査を行うことができる。それから種々
の段階のための2つの数が復号回路115へ加えられ
る。各段階における復号回路110のために異なるメモ
リを持つ必要はない。その理由は、入力信号の標本化周
波数とは無関係に復号回路は同一のデータを記憶するか
らである。いいかえると、復号回路の出力はシフトレジ
スタ105の出力のみに依存する。したがって、装置中
の段階の数とは無関係に、各シフトレジスタ105を単
一のメモリ回路をアドレスするために使用できる。この
手法により部品の総数は大幅に減少し、したがってシス
テムのコストも大幅に低減される。
The information about the signal power can be used to validate the signal for indication of the presence of the signal and validation of the frequency measurement. The two numbers for the various stages are then added to the decoding circuit 115. It is not necessary to have a different memory for the decoding circuit 110 at each stage. The reason is that the decoding circuit stores the same data regardless of the sampling frequency of the input signal. In other words, the output of the decoding circuit depends only on the output of the shift register 105. Thus, each shift register 105 can be used to address a single memory circuit, regardless of the number of stages in the device. This approach significantly reduces the total number of components and therefore the cost of the system.

【0061】論理復号回路115はシフトレジスタ10
5から出力を受け、個々のDFTの各結果を、式7に関
して先に示したやり方に従って組合わせる。個々のbi
係数を加え合わせて入力信号の周波数の最終値を生ず
る。
The logic decoding circuit 115 includes the shift register 10
5. Receive the output from 5 and combine the results of the individual DFTs according to the manner shown above with respect to Equation 7. Individual b i
The coefficients are added to produce the final value of the frequency of the input signal.

【0062】以上の説明からわかるように、好適な実施
例におけるプロセッサは1秒間当たりf3/8の測定値
を供給できる。標本化周波数がf3=80MHzの場合
には、プロセッサはフーリエ解析法を用いて、本発明の
変換において用いられる16個の実数、または8個の副
素数に対しても、1秒間当たり1000万の周波数測定
値を供給する。これは、32個、64個、128個、2
56個またはそれ以上の標本点での変換へも容易に拡張
できる。これは現在の技術を用いる現在の方法の性能を
はるかに超えるものである。
[0062] As understood from the above description, the processor in the preferred embodiment can provide a measurement of f 3/8 per second. When the sampling frequency is f 3 = 80 MHz, the processor uses Fourier analysis to obtain 10 million per second for 16 real numbers or 8 subprime numbers used in the transform of the present invention. Supply the frequency measurement of. This is 32, 64, 128, 2
It can easily be extended to transforms with 56 or more sample points. This far exceeds the performance of current methods using current technology.

【0063】以上説明した方法は固定基数r表現を用い
る。この方法のためには、第1の段階において最高入力
周波数の2倍以上高いレートで信号を標本化することが
望ましい。このやり方により入力周波数の最大範囲にわ
たって適正な周波数測定を行うことができる。以下に、
最終的な周波数測定値を生ずるために、個々のDFTに
対して出力を組合わせる方法の別の実施例について説明
する。この別の実施例においては、最高入力周波数の2
倍よりはるかに低いレートで全ての段階を標本化でき
る。
The method described above uses a fixed radix r representation. For this method, it is desirable to sample the signal at a rate that is more than twice the highest input frequency in the first stage. This approach allows proper frequency measurements to be taken over the maximum range of input frequencies. less than,
Another embodiment of the method of combining the outputs for the individual DFTs to produce the final frequency measurements is described. In this alternative embodiment, the highest input frequency of 2
All stages can be sampled at a much lower than doubled rate.

【0064】この別の実施例においては、最終的な信号
周波数は固定基数表現法を用いて測定される。この方法
においては、数表現の係数はモジュラ算法を用いて計算
される。それの混合された基数表現からの数の計算は中
国剰余定理または混合基数式を用いて行うことができ
る。
In this alternative embodiment, the final signal frequency is measured using fixed radix representation. In this method, the numerical representation coefficients are calculated using modular arithmetic. The calculation of numbers from its mixed radix representation can be done using the Chinese Remainder Theorem or mixed radix formulas.

【0065】高分解能周波数測定にこの別の方法を適用
するために、信号周波数fは種々の標本化周波数fs1
s2...fsnで標本化される。標本化周波数は次のよ
うにして選択される。すなわち、Ni (0<i<n)が
最大べきが生ずる過程iに対してDFT周波数ビンの数
を表すものとする。過程iに対する標本化周波数はfsi
に等しいから、iに対する分解過程はSi =fsi/Ni
により与えられる。比Si/Sj(0<i、j<Nに対
して) が形Xi/Xj の有理数であるように、標本化周
波数fsi、...fsnが選択される。ここに、Xi、Xj
は共に素数(0<i、j<Nに対して)である。
In order to apply this alternative method to high resolution frequency measurements, the signal frequency f is set at various sampling frequencies f s1 ,
f s2 . . . It is sampled with f sn . The sampling frequency is selected as follows. That is, let N i (0 <i <n) represent the number of DFT frequency bins for the process i where the maximum power occurs. The sampling frequency for process i is f si
And the decomposition process for i is S i = f si / N i
Given by. The sampling frequencies f si , .., such that the ratio S i / S j (for 0 <i, j <N) is a rational number of the form X i / X j . . . f sn is selected. Where X i , X j
Are both prime numbers (for 0 <i, j <N).

【0066】たとえば、N1=N2=16で、fs1=16
/13MHzおよびfs2=16/15MHzにすると、
1=13、S2=15で、比S1/S2=13/15はX
1 =13、X2 =15に一致する。ここに13と15は
共に素数である。周波数がfである信号では、過程iの
DFT出力は次の式により与えられる。 di =int[f/Si ]modNi =int[Nif/f3i]modNi ここに、di はべきが最大であるDFT周波数ビンであ
る(過程iに対して)。
For example, N 1 = N 2 = 16 and f s1 = 16
/ 13MHz and f s2 = 16 / 15MHz,
S 1 = 13, S 2 = 15, and the ratio S 1 / S 2 = 13/15 is X
This corresponds to 1 = 13 and X 2 = 15. Here, 13 and 15 are both prime numbers. For a signal whose frequency is f, the DFT output of process i is given by: d i = int [f / S i ] modN i = int [N i f / f 3i ] modN i where d i is the DFT frequency bin with the largest power (for process i).

【0067】たとえば、f=3.4MHzであれば、N
1 =N2 =16で、fS1=16/13MHzおよびfS2
=16/15MHzでは、 d1 =int[(3.4/16)(13)(16)]m
od13=5 d2 =int[(3.4/16)(15)(16)]m
od15=6 である。di の値から周波数fを再生するために、各d
i へ比Xi/Niをまず乗ずる。それから中国剰余定理ま
たは混合基数式を用いて周波数を計算する。
For example, if f = 3.4 MHz, N
1 = N 2 = 16, f S1 = 16/13 MHz and f S2
= 16/15 MHz, d 1 = int [(3.4 / 16) (13) (16)] m
od13 = 5 d 2 = int [(3.4 / 16) (15) (16)] m
od15 = 6. To recover the frequency f from the value of d i , each d
multiplied First, the ratio X i / N i i. Then the frequency is calculated using the Chinese Remainder Theorem or the mixed radix formula.

【0068】好適な実施例について先に説明したよう
に、べきが最大のDFTビンの決定に際しては±1のあ
いまいさが存在することがある。固定基数r表現の場合
とは異なって、このあいまいさによる報いは完全に誤っ
た結果をもたらすことである。このあいまいさをなくす
ために、任意の2つの周波数f1、f2(周波数を測定
する範囲内の)に対して、もし |di1 − di2 |≦ 1 0<i<n であれば周波数f1、f2 は |f1 −f2|< Si を満たさねばならない。ここに、di1、di2はそれぞれ
1、f2に対するDFT表現である。この別の実施例
は、論理復号回路(図2では素子220、図7では素子
115)の適切な選択およびプログラミングにより容易
に実施できる。この別の実施例の実現は当業者には自明
の事である。
As explained above for the preferred embodiment, there may be a ± 1 ambiguity in the determination of the maximum power DFT bin. Unlike the case of fixed radix r representations, the reward of this ambiguity is to give completely false results. To eliminate this ambiguity, for any two frequencies f1 and f2 (within the range of measuring the frequency), if | d i1 −d i2 | ≦ 10 <i <n, the frequency f 1 , F 2 must satisfy | f 1 −f 2 | <S i . Here, d i1 and d i2 are DFT expressions for f 1 and f 2 , respectively. This alternative embodiment can be easily implemented by proper selection and programming of the logic decoding circuit (element 220 in FIG. 2, element 115 in FIG. 7). Implementation of this alternative embodiment will be apparent to those skilled in the art.

【0069】本発明は入力信号の位相を測定するための
手段も含む。図8は実時間位相測定の実現のための可能
な構成を示す。この構成はアナログ部品、デジタル部
品、またはハイブリッド部品を用いて実現できる。
The present invention also includes means for measuring the phase of the input signal. FIG. 8 shows a possible configuration for real-time phase measurement implementation. This configuration can be realized using analog components, digital components, or hybrid components.

【0070】1つの可能な実現においては、瞬時周波数
測定回路152を用いて測定された周波数は、入力信号
周波数150に等しい周波数の正弦波および余弦波を発
生するために用いられる。ルックアップ・テーブル、復
号回路、または特殊なアナログ回路をこの目的のために
使用できる。発生された正弦波および余弦波へ掛算器1
55により入力信号を乗ずる。この乗算は、2つの信号
(すなわち、発生された正弦波または余弦波と入力信
号)がアナログ態様である時はアナログ掛算器を用いて
行うことができ、または2つの信号がデジタル態様であ
る時はデジタル掛算器を用いて行うことができ、もしく
は1つの信号がアナログ態様で、第2の信号がデジタル
態様である時は乗算デジタル−アナログ変換器を用いて
行うことができる。したがって、掛算器の出力は次の式
により与えられる。 sin (ω0t+φ)sinω0t = 0.5cosφ− 0.5cos(2ω+φ) (9) sin (ω0t+φ)cosω0t = 0.5sinφ− 0.5sin(2ω+φ) (10)
In one possible implementation, the frequencies measured using the instantaneous frequency measuring circuit 152 are used to generate sine and cosine waves at a frequency equal to the input signal frequency 150. Look-up tables, decoding circuits, or specialized analog circuits can be used for this purpose. Multiplier 1 for the generated sine wave and cosine wave
The input signal is multiplied by 55. This multiplication can be done with an analog multiplier when the two signals (ie, the generated sine or cosine wave and the input signal) are in analog form, or when the two signals are in digital form. Can be performed using a digital multiplier, or can be performed using a multiplying digital-to-analog converter when one signal is in analog form and the second signal is in digital form. Therefore, the output of the multiplier is given by: sin (ω 0 t + φ) sinω 0 t = 0.5cosφ- 0.5cos (2ω + φ) (9) sin (ω 0 t + φ) cosω 0 t = 0.5sinφ- 0.5sin (2ω + φ) (10)

【0071】それから積分器150を用いて式9と式1
0の第2の項をなくす。アナログ掛算器が用いられるな
らばアナログ積分器を使用でき、またはデジタル掛算器
が用いられるならばデジタル・アキュムレータを使用で
きる。したがって、アキュムレータの出力は0.5co
sφと0.5sinφにより与えられ、位相を計算でき
る。
Then, using the integrator 150, Equation 9 and Equation 1
Eliminate the second term of 0. An analog integrator can be used if an analog multiplier is used, or a digital accumulator can be used if a digital multiplier is used. Therefore, the output of the accumulator is 0.5co
Given sφ and 0.5 sinφ, the phase can be calculated.

【0072】それから、各信号の位相(共通基準に対す
る)を計算し、それら2つの信号の間の位相差を求める
ことにより、2つの信号の間の位相差を得ることができ
る。上記方法は周波数測定のためにフーリエ解析を利用
するから、この技法はSN比が0dbであっても周波数
を確実に測定できる。更に、この方法は信号検出のため
の効率的な手段も提供する。こうすることにより本発明
を持続信号はもちろんバースト信号も処理できる。各段
階で測定した周波数を以前の段階で測定した周波数と比
較する時は、さらに妥当性検査手段を設けることができ
る。
The phase difference between the two signals can then be obtained by calculating the phase (relative to a common reference) of each signal and determining the phase difference between the two signals. Since the above method uses Fourier analysis for frequency measurement, this technique can reliably measure frequency even when the S / N ratio is 0 db. Furthermore, this method also provides an efficient means for signal detection. This allows the invention to process burst signals as well as continuous signals. Further validation means may be provided when comparing the frequency measured at each stage with the frequency measured at the previous stage.

【0073】バースト信号を処理するために本発明が用
いられる時は、誤検出を避け、かつコヒーレントな背景
信号を処理するために、時間領域バースト検出器を含ま
せることもできる。これによりコヒーレントな背景信号
による検出器のトリガが避けられる。周波数領域検出器
に組合わされた時間領域バースト検出器は、本発明の別
の実施例の一部と考える事ができる。時間領域バースト
検出器は、バースト検出器回路を可能状態にするために
任意の信号電圧が超えねばならないしきい値レベル設定
を利用する。この方法のために、高域瀘波された信号が
正電圧レベルと負電圧レベルを超えることを要求する
事、および信号電圧をまず整流し、それからその信号電
圧を二乗して、回路をトリガするために信号電力を利用
する方法を含めたいくつかの方法がこの方法に対して可
能である。
When the present invention is used to process burst signals, a time domain burst detector can be included to avoid false detections and to process coherent background signals. This avoids triggering the detector with a coherent background signal. A time domain burst detector combined with a frequency domain detector can be considered as part of another embodiment of the invention. The time domain burst detector utilizes a threshold level setting that any signal voltage must exceed to enable the burst detector circuit. This method requires that the high-pass filtered signal exceed positive and negative voltage levels, and first rectify the signal voltage and then square that signal voltage to trigger the circuit. Several methods are possible for this, including one that utilizes signal power to:

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法の望ましい実施例を表したフロー
チャートである。
1 is a flow chart depicting a preferred embodiment of the method of the present invention.

【図2】本発明の望ましい実施例の構造を示す略ブロッ
ク図である。
FIG. 2 is a schematic block diagram showing the structure of a preferred embodiment of the present invention.

【図3】図の各ビンが、1/Nまで分解される周波数の
整数値を表す、N=16ポイントの離散フーリエ変換に
関する電力スペクトルの略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a power spectrum for an N = 16 point discrete Fourier transform, where each bin in the figure represents an integer value of the frequency resolved to 1 / N.

【図4】標本化周波数をrで分割すると、どのように周
波数の分解能が高くなるかを示す略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing how dividing the sampling frequency by r improves frequency resolution.

【図5】本発明の方法を利用することによって、後続段
において、どのように周波数測定の分解能が高くなるか
を例示する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating how the resolution of frequency measurement is increased in the subsequent stage by using the method of the present invention.

【図6】各段階における±1ビンの不確定性が、どのよ
うに各段階毎に伝搬され、周波数がエイリアシングされ
る場合でさえ、低下していくかを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing how the ± 1 bin uncertainty at each stage decreases as it propagates through each stage and the frequency is aliased.

【図7】本発明を利用して、入力信号の周波数を検出す
る回路の略ブロック図である。
FIG. 7 is a schematic block diagram of a circuit for detecting the frequency of an input signal using the present invention.

【図8】信号の位相を同時に実時間測定するための回路
に関して可能性のある構成を表した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a possible configuration for a circuit for simultaneously measuring the phase of a signal in real time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200 標本化器/符号化器、210 処理素子、22
0 論理回路。
200 sampler / encoder, 210 processing elements, 22
0 logic circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03M 1/14 B (72)発明者 カーリッド・イーブラヒム アメリカ合衆国 94086 カリフォルニア 州・サニーヴェイル・デル レイ アヴェ ニュ・550─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H03M 1/14 B (72) Inventor Carrid Ebrahim United States 94086 Sunnyvale del Rey, California Avenue・ 550

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)入力信号を供給するステップと、 (b)前記入力信号を複数の同時信号に分割するステッ
プと、 (c)それぞれ、異なる周波数で前記同時信号の標本化
を同時に行い、複数の符号化信号を発生するステップ
と、 (d)前記符号化信号のそれぞれを、符号化信号の周波
数を表す、あらかじめ計算した値を有する信号の既知の
表現にマッピングするステップと、 (e)前記既知の表現を利用して、前記入力信号の前記
周波数を計算するステップから構成される、 時間変化信号の周波数を求める方法。
1. A method comprising: (a) supplying an input signal; (b) dividing the input signal into a plurality of simultaneous signals; and (c) simultaneously sampling the simultaneous signals at different frequencies. Generating a plurality of coded signals, (d) mapping each of the coded signals to a known representation of the signal having a pre-computed value representing the frequency of the coded signal, (e) ) A method of determining the frequency of a time varying signal, comprising the step of calculating the frequency of the input signal using the known representation.
【請求項2】 (a)時間変化電子信号を入力信号とし
て供給するステップと、 (b)前記入力信号をL個の同時信号に分割するステッ
プと、 (c)1ビット標本化を利用したアナログ・デジタル変
換を実施することによって、前記L個の同時信号のそれ
ぞれを符号化信号に変換するステップと、 (d)前記符号化信号のそれぞれについて離散フーリエ
変換(DFT)を実施するステップと、 (e)前記離散フーリエ変換の結果を利用して、前記時
間変化電子信号の周波数を求めるステップから構成され
る、 時間変化電子信号の周波数を求める方法。
2. (a) supplying a time-varying electronic signal as an input signal, (b) dividing the input signal into L simultaneous signals, and (c) an analog using 1-bit sampling. -Converting each of the L simultaneous signals into a coded signal by performing a digital conversion; (d) performing a discrete Fourier transform (DFT) on each of the coded signals; e) A method for obtaining the frequency of the time-varying electronic signal, which comprises the step of obtaining the frequency of the time-varying electronic signal using the result of the discrete Fourier transform.
【請求項3】 (a)時間変化電子信号を入力信号とし
て供給するステップと、 (b)前記入力信号を一連のL個の同時信号に分割する
ステップと、 (c)前記同時信号のそれぞれについて、先行する同時
信号の標本化周波数の1/2の周波数で、かつ、全部で
N個の異なるポイントにおいて実施される、1ビット標
本化を利用したアナログ・デジタル変換を実施すること
によって、前記L個の同時信号のそれぞれを符号化信号
に変換するステップと、 (d)シフト・レジスタに符号化信号のそれぞれを記憶
するステップと、 (e)前記符号化信号のそれぞれを利用して、それぞ
れ、少なくとも、記憶アドレスの2進表現に対応する離
散フーリエ変換の値を含む、2N の記憶アドレスを有し
ている、メモリ手段にアクセスするステップと、 (f)bi が各段階iからの最大べきを有するDFTビ
ンに等しい場合に、前記入力信号の周波数F(X)を式 【数6】 に従って計算するステップから構成される、 時間変化電子信号の周波数を求める方法。
3. (a) supplying a time-varying electronic signal as an input signal, (b) dividing the input signal into a series of L simultaneous signals, and (c) for each of the simultaneous signals. , L by performing an analog-to-digital conversion utilizing 1-bit sampling, which is performed at half the sampling frequency of the preceding simultaneous signal and at a total of N different points. Converting each of the simultaneous signals into a coded signal; (d) storing each of the coded signals in a shift register; and (e) utilizing each of the coded signals, respectively, at least, including the value of the discrete Fourier transform corresponding to the binary representation of the storage address, and a memory address of 2 N, and accessing the memory means, When f) b i is equal to the DFT bins with should the maximum from each stage i, the frequency F of the input signal (X) wherein [6] The A method for determining the frequency of a time-varying electronic signal, the method comprising the steps of:
【請求項4】 時間変化信号を入力信号として受信し、
前記入力信号を複数の異なる同時信号に分割する入力手
段と、 前記入力手段に結合されて、異なる周波数で前記同時信
号のそれぞれを標本化し、複数の符号化信号を発生する
少なくとも1つの標本化器/符号化器手段と、 前記符号化信号のそれぞれの周波数変換を決定する少な
くとも1つの処理手段と、 前記処理手段に結合されて、前記時間変化信号の前記周
波数を求めるために前記周波数変換を組み合わせる論理
回路手段から構成される、 時間変化電子信号の周波数を求める装置。
4. A time varying signal is received as an input signal,
Input means for splitting the input signal into a plurality of different simultaneous signals; and at least one sampler coupled to the input means for sampling each of the simultaneous signals at different frequencies to generate a plurality of encoded signals. / Encoder means, at least one processing means for determining a respective frequency transformation of the coded signal, and a combination of the frequency transformations coupled to the processing means for determining the frequency of the time-varying signal A device for determining the frequency of a time-varying electronic signal, which is composed of logic circuit means.
【請求項5】 時間変化信号を入力信号として受信し、
その入力信号をL個の異なる同時信号に分割する入力手
段と、 前記入力手段に並列に結合されて、異なる周波数で、N
個の異なるポイントにおいて前記同時信号のそれぞれを
標本化し、L個の符号化信号を発生するL個の標本化器
/符号化器装置と、 前記標本化器/符号化器装置のそれぞれに結合されて、
前記符号化信号のそれぞれについて離散フーリエ変換を
実施するための処理素子と、 前記処理素子のそれぞれに結合されて、前記時間変化信
号の前記周波数に関する測定値を得るため、数の基数r
表現に基づいて前記フーリエ変換を組み合わせる論理回
路手段から構成される、 時間変化電子信号の周波数を測定する装置。
5. A time-varying signal is received as an input signal,
Input means for dividing the input signal into L different simultaneous signals; and N connected at different frequencies, connected to the input means in parallel.
L samplers / encoder devices for sampling each of the simultaneous signals at a number of different points to generate L coded signals and coupled to each of the sampler / encoder devices. hand,
A processing element for performing a discrete Fourier transform on each of the encoded signals, and a radix of a number r, coupled to each of the processing elements, to obtain a measurement of the frequency of the time-varying signal.
A device for measuring the frequency of a time-varying electronic signal, comprising logic circuit means for combining said Fourier transforms based on a representation.
【請求項6】 時間変化信号を入力信号として受信し、
前記入力信号を複数の異なる同時信号に分割する入力手
段と、 前記同時信号のそれぞれに結合されて、異なる周波数
で、N個の異なるポイントにおいて前記同時信号を標本
化する1ビット・デコーダと、 前記デコーダのそれぞれに結合されたNビットの直列入
力・並列出力シフト・レジスタと、 前記シフト・レジスタのそれぞれに結合され、前記シフ
ト・レジスタの出力を受信し、前記シフト・レジスタか
らのNビットのパターンの離散フーリエ変換に対応する
値を出力する少なくとも1つのNビット・Mビット復号
回路から構成され、 前記復号回路のそれぞれが、単一の論理復号手段に結合
されて、基数r表現に基づいて前記離散フーリエ変換を
組み合わせ、前記入力信号の前記周波数に関する最終測
定値を得るようにするということを特徴とする、 時間変化電子信号の周波数を測定する装置。
6. A time-varying signal is received as an input signal,
Input means for splitting the input signal into a plurality of different simultaneous signals; a 1-bit decoder coupled to each of the simultaneous signals for sampling the simultaneous signal at N different points at different frequencies; An N-bit serial input parallel output shift register coupled to each of the decoders and an N-bit pattern from said shift register coupled to each of said shift registers for receiving the output of said shift register Of at least one N-bit / M-bit decoding circuit that outputs a value corresponding to the discrete Fourier transform of each of the decoding circuits, each of the decoding circuits being coupled to a single logical decoding means, based on a radix-r representation. Combining the Discrete Fourier Transform to obtain a final measurement for the frequency of the input signal A device that measures the frequency of time-varying electronic signals.
【請求項7】 時間変化信号を入力信号として受信し、
その入力信号を複数の異なる同時信号に分割する入力手
段と、 前記同時信号のそれぞれに結合されて、異なる周波数
で、N個の異なるポイントにおいて前記同時信号を標本
化する1ビット・デコーダと、 前記デコーダのそれぞれに結合されたNビットの直列入
力・並列出力シフト・レジスタと、 前記シフト・レジスタのそれぞれに結合され、前記シフ
ト・レジスタの出力を受信し、前記シフト・レジスタか
らのNビットのパターンの離散フーリエ変換に対応する
値を出力するNビットからMビットへ複合する復号回路
から構成され、 前記復号回路のそれぞれが、単一の論理復号手段に結合
されて、前記入力信号の前記周波数に関する最終測定値
を得るために混合基数表現に基づいて前記離散フーリエ
変換を組み合わせることを特徴とする、 時間変化電子信号の周波数を測定する装置。
7. A time varying signal is received as an input signal,
Input means for dividing the input signal into a plurality of different simultaneous signals; a 1-bit decoder coupled to each of the simultaneous signals for sampling the simultaneous signal at N different points at different frequencies; An N-bit serial input parallel output shift register coupled to each of the decoders and an N-bit pattern from said shift register coupled to each of said shift registers for receiving the output of said shift register Of N-bit to M-bit decoding circuits for outputting a value corresponding to the discrete Fourier transform of each of the decoding circuits, each of the decoding circuits being coupled to a single logical decoding means, relating to the frequency of the input signal. Combining the discrete Fourier transforms based on a mixed radix representation to obtain a final measurement, A device that measures the frequency of time-varying electronic signals.
【請求項8】 時間変化信号を入力信号として受信し、
前記入力信号をL個の異なる同時信号に分割する入力手
段と、 前記入力手段に結合されて、前記入力信号の周波数の関
数である周波数を有する、標本化され、すなわち連続し
た信号の出力を発生し、これによって、前記入力信号の
前記周波数をL個の成分のベクトルとして表すL個の標
本化器/符号化器装置と、 前記標本化器/符号化器装置のそれぞれに結合されて、
前記標本化器/符号化器装置の前記出力の前記周波数を
測定する処理素子と、 前記処理素子のそれぞれに結合されて、前記周波数を組
み合わせ、前記L個の成分のベクトルから前記入力信号
の前記周波数を計算する論理回路手段とから構成され
る、 時間変化電子信号の周波数を測定する装置。
8. A time varying signal is received as an input signal,
Input means for splitting the input signal into L different simultaneous signals; generating a sampled or continuous signal output having a frequency coupled to the input means, the frequency being a function of the frequency of the input signal And thereby coupled to each of the L sampler / encoder devices representing the frequency of the input signal as a vector of L components, and the sampler / encoder device,
A processing element for measuring the frequency of the output of the sampler / encoder device, and a combination of the processing elements coupled to each of the processing elements to combine the frequencies to obtain the input signal from the vector of the L components. An apparatus for measuring the frequency of a time-varying electronic signal, which comprises a logic circuit means for calculating the frequency.
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