RU2022352C1 - Digital spectrum analyzer - Google Patents
Digital spectrum analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2022352C1 RU2022352C1 SU5015906A RU2022352C1 RU 2022352 C1 RU2022352 C1 RU 2022352C1 SU 5015906 A SU5015906 A SU 5015906A RU 2022352 C1 RU2022352 C1 RU 2022352C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- analyzer
- adder
- spectral
- Prior art date
Links
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных системах, предназначенных для обработки сигналов, в частности для проведения цифрового динамического спектрального анализа и корреляционной фильтрации сигналов. The invention relates to computer technology and can be used in digital computer systems designed for signal processing, in particular for digital dynamic spectral analysis and correlation filtering of signals.
Известны цифровые анализаторы спектра, используемые при организации спектрального анализа сигналов (авт. св. СССР N 932419, кл. G 06 F 15/332, 1982 и авт. св. СССР N 1365094, кл. G 06 F 15/332, 1988). Known digital spectrum analyzers used in the organization of spectral analysis of signals (ed. St. USSR N 932419, class G 06 F 15/332, 1982 and ed. St. USSR N 1365094, class G 06 F 15/332, 1988) .
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является анализатор спектра (авт. св. СССР N 1365094, кл. G 06 F 15/332, 1988), имеющий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), сумматоры, умножители, генератор и распределитель тактовых импульсов. The closest in technical essence to the invention is a spectrum analyzer (ed. St. USSR N 1365094, class G 06 F 15/332, 1988), having an analog-to-digital converter (ADC), adders, multipliers, a generator and a clock distributor.
Спектральный анализ сигналов в таком анализаторе проводится в поле комплексных чисел, для чего в анализатор введен генератор гармонических функций, и операции в сумматорах и умножителях выполняются над комплексными числами в тригонометрической форме, что вызывает возрастание объема вычислений и снижение их точности. The spectral analysis of signals in such an analyzer is carried out in the field of complex numbers, for which a harmonic generator is introduced into the analyzer, and operations in the adders and multipliers are performed on complex numbers in trigonometric form, which causes an increase in the volume of calculations and a decrease in their accuracy.
Цель изобретения - снижение аппаратурных затрат, повышение быстродействия и точности. The purpose of the invention is to reduce hardware costs, increase speed and accuracy.
Цель достигается за счет того, что все вычисления в цифровом анализаторе спектра выполняются над целыми числами с помощью операций сдвига и сложения и спектральное преобразование производится по pекуppентной формуле
Fj(s) = [Fj(s - 1) + (fn-1(s) - fo(s - 1))] α-j modMt,
j= , s = 1, 2, ..., где Fj(s) - значение j-го спектрального коэффициента на s-м шаге спектрального преобразования (Fj(0) = 0);
fn-1(s) - (n - 1)-й отсчет исследуемого сигнала на s-м шаге спектрального преобразования (fo(0) = 0);
α ≡ 22-1mod Mt - представление числа 2 в кольце целых чисел по mod Mt=(α2≡ 2 mod Mt) и α имеет порядок n);
Mt = 22t+ 1 - число Ферма; t - целое положительное число;
n = 2t+2 - длина окна спектрального преобразования.The goal is achieved due to the fact that all calculations in the digital spectrum analyzer are performed on integers using shift and addition operations and the spectral conversion is performed using the reference formula
F j (s) = [F j (s - 1) + (f n-1 (s) - f o (s - 1))] α -j modM t ,
j = , s = 1, 2, ..., where F j (s) is the value of the j-th spectral coefficient at the s-th step of the spectral transformation (F j (0) = 0);
f n-1 (s) - (n - 1) -th sample of the studied signal at the s-th step of the spectral transformation (f o (0) = 0);
α ≡ 2 2 -1 mod M t - representation of 2 in the ring of integers with respect to mod M t = (α 2 ≡ 2 mod M t ) and α has order n);
M t = 2 2t + 1 is the Fermat number; t is a positive integer;
n = 2 t + 2 is the length of the spectral transform window.
На чертеже представлена структурная схема цифрового анализатора спектра. The drawing shows a structural diagram of a digital spectrum analyzer.
Цифровой анализатор спектра содержит АЦП 1, на вход которого поступает исследуемый сигнал. Выход АЦП 1 подключен к первому входу сумматора 2 и блоку 4 оперативной памяти, предназначенному для хранения отсчетов исследуемого сигнала предшествующего шага спектрального преобразования. Выход блока 4 является вторым входом сумматора 2, формирующего по модулю числа Ферма разность между последним отсчетом на текущем и первым отсчетом сигнала на предшествующем шаге спектрального преобразования. Выход сумматора 2 подключен к первому входу сумматора 3 по модулю числа Ферма, второй вход которого подключен к блоку 6 оперативной памяти, предназначенному для хранения вычисленных на предшествующем шаге спектральных коэффициентов, поступивших с выхода умножителя 5. В умножителе 5 производится вычисление спектральных коэффициентов путем умножения по модулю Ферма поступающих на его первый вход с выхода сумматора 3 чисел на число два в соответствующей степени. Номера вычисляемых коэффициентов поступают на второй вход умножителя 5 с выхода счетчика 10, на вход которого подаются импульсы генератора тактовых импульсов (ГТИ) 9, осуществляющего вместе с делителем частоты (ДЧ) 7, выход которого подключен к счетчику 8, управление работой цифрового анализатора спектра. The digital spectrum analyzer contains ADC 1, the input of which receives the signal under study. The output of the ADC 1 is connected to the first input of the adder 2 and the block 4 of RAM, designed to store samples of the signal under study the previous step of the spectral conversion. The output of block 4 is the second input of adder 2, which modulo forms the Fermat number, the difference between the last sample at the current and the first sample of the signal at the previous step of the spectral conversion. The output of adder 2 is connected to the first input of adder 3 modulo the Fermat number, the second input of which is connected to the RAM unit 6, designed to store the spectral coefficients calculated at the previous step from the output of the multiplier 5. In the multiplier 5, the spectral coefficients are calculated by multiplying by Fermat module arriving at its first input from the output of the adder 3 numbers to the number two to the appropriate degree. The numbers of the calculated coefficients go to the second input of the multiplier 5 from the output of the counter 10, to the input of which the pulses of the clock pulse generator (GTI) 9 are supplied, which, together with the frequency divider (DC) 7, the output of which is connected to the counter 8, controls the operation of the digital spectrum analyzer.
Цифровой анализатор спектра работает следующим образом. Digital spectrum analyzer operates as follows.
При подаче сигнала запуска на вход анализатора спектра ГТИ 9 и ДЧ 7 начинают вырабатывать управляющие тактовые импульсы. Исследуемый сигнал f(t) подается на вход АЦП 1, с выхода которого дискретные значения отсчетов сигнала поступают на вход блока 4 оперативной памяти и первый вход сумматора 2. Смена информации в АЦП 1, сумматоре 2 и блоке 4 оперативной памяти происходит под воздействием тактовых импульсов ДЧ 7 в n раз реже, чем в остальных блоках анализатора, где n - число вычисляемых на каждом шаге s спектрального преобразования коэффициентов Fj(s), т.е. j= . Номер текущего шага спектрального преобразования s соответствует показанию счетчика 8 числа шагов спектрального преобразования, подключенного к выходу ДЧ 7, а номер j вычисляемого спектрального коэффициента Fj(s) - текущему значению счетчика 10 числа спектральных коэффициентов, подключенного к выходу ГТИ 9. Через каждые n импульсов ГТИ 9 по сигналу от ДЧ 7 значение счетчика 10 обнуляется. Под воздействием импульса ДЧ 7 происходит считывание из блока 4 оперативной памяти значения fо(s - 1) первого отсчета исследуемого сигнала на предшествующем (s - 1)-м шаге спектрального преобразования и запись в блок 4 последнего отсчета сигнала fn-1(s) на текущем шаге спектрального преобразования s. Считанное значение fj(s - 1) поступает на второй вход сумматора 2 по модулю числа Ферма, где формируется разность (fn-1(s) - fo(s - 1)) modMt. Полученная разность подается на первый вход сумматора 3, где происходит ее сложение по модулю числа Ферма Mt с соответствующим j-м спектральным коэффициентом Fj(s - 1) предшествующего (s - 1)-го шага спектрального преобразования, который подается на второй вход сумматора 3 из блока 6 оперативной памяти по тактовому импульсу ГТИ 9. Результат сложения поступает из сумматора 3 в умножитель 5, где производится умножение по модулю Ферма на число 2 (значение j, соответствующее номеру вычисляемого спектрального коэффициента Fj(s), считывается в умножитель 5 со счетчика 10). Полученное в результате умножения значение спектрального коэффициента Fj(s) поступает на хранение в блок 6 оперативной памяти и на выход цифрового анализатора спектра, значения s и j считываются со счетчиков 8 и 10 соответственно, и под воздействием следующих импульсов ГТИ 9 и ДЧ 7 цикл работы цифрового анализатора спектра повторяется.When a start signal is applied to the input of the spectrum analyzer, the GTI 9 and DF 7 begin to generate control clock pulses. The studied signal f (t) is fed to the input of the ADC 1, from the output of which the discrete values of the signal samples go to the input of the RAM unit 4 and the first input of the adder 2. The information in the ADC 1, adder 2 and RAM unit 4 is changed under the influence of clock pulses DF 7 is n times less frequent than in other analyzer blocks, where n is the number of spectral transform coefficients F j (s) calculated at each step s, i.e. j = . The number of the current step of the spectral conversion s corresponds to the counter 8 of the number of steps of the spectral conversion connected to the output of the PM 7, and the number j of the calculated spectral coefficient F j (s) corresponds to the current value of the counter 10 of the number of spectral coefficients connected to the output of the GTI 9. Every n GTI pulses 9 by the signal from the PM 7 counter value 10 is reset. Under the influence of the PM 7 pulse, the value f о (s - 1) of the first sample of the signal under study at the previous (s - 1) th step of the spectral conversion is read from block 4 of the random access memory and the signal f n-1 (s ) at the current step of the spectral transformation s. The read value f j (s - 1) goes to the second input of adder 2 modulo the Fermat number, where the difference (f n-1 (s) - f o (s - 1)) modM t is formed . The resulting difference is fed to the first input of adder 3, where it is added modulo the Fermat number M t with the corresponding jth spectral coefficient F j (s - 1) of the previous (s - 1) th step of the spectral transformation, which is fed to the second input adder 3 from block 6 of the RAM according to the clock pulse of the GTI 9. The result of addition comes from the adder 3 to the multiplier 5, where the Fermat multiplication is performed by the number 2 (the value j corresponding to the number of the calculated spectral coefficient F j (s) is read into the multiplier 5 from the counter 10). The result of the multiplication of the value of the spectral coefficient F j (s) is stored in the RAM unit 6 and the output of the digital spectrum analyzer, the values s and j are read from the counters 8 and 10, respectively, and under the influence of the following pulses GTI 9 and 7 The operation of the digital spectrum analyzer is repeated.
Сумматоры 2 и 3 по модулю числа Ферма Mt=2+1 реализуются на основе регистров сдвига и элементов двоичной логики. Блоки 4 и 6 оперативной памяти строятся из n = 2t+2 элементов памяти разрядности 2t. Умножение чисел на 2 , j= , по модулю Mt в умножителе 5 при четных значениях n - j сводится к выполнению операций двоичного сдвига содержимого регистров умножителя и сложения по модулю Mt, при нечетных n - j осуществляется дополнительно умножение на 2 , которое с учетом двухразрядного двоичного представления 2 mod Mt=22-1 mod Mt также реализуется с помощью операций сдвига и сложения по модулю Mt. Таким образом, все вычисления в предложенном цифровом анализаторе спектра производятся над целыми числами с помощью операций сдвига и сложения, что снижает аппаратурные затраты, повышает быстродействие и точность выполнения спектральных преобразований.Adders 2 and 3 modulo Fermat number M t = 2 +1 are implemented based on shift registers and binary logic elements. Blocks 4 and 6 of RAM are built from n = 2 t + 2 elements of memory capacity of 2 t . Multiplying numbers by 2 , j = , modulo Mt in multiplier 5 for even values of n - j reduces to performing binary shift operations of the contents of the registers of the multiplier and addition modulo M t , for odd n - j, an additional multiplication by 2 which, given the two-bit binary representation 2 mod M t = 2 2 -1 mod M t is also implemented using shift and addition operations modulo Mt. Thus, all calculations in the proposed digital spectrum analyzer are performed on integers using shift and addition operations, which reduces hardware costs, improves the speed and accuracy of spectral transformations.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5015906 RU2022352C1 (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Digital spectrum analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5015906 RU2022352C1 (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Digital spectrum analyzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2022352C1 true RU2022352C1 (en) | 1994-10-30 |
Family
ID=21591218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5015906 RU2022352C1 (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Digital spectrum analyzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2022352C1 (en) |
-
1991
- 1991-12-13 RU SU5015906 patent/RU2022352C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1365099, кл. G 06F 15/332, 1988. * |
Авторское свидетельство СССР N 932419, кл. G 06F 15/332, G 01R 23/00, 1980. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3881097A (en) | Fully digital spectrum analyzer using time compression and discrete fourier transform techniques | |
US3997773A (en) | Interpolating digital filter with input buffer | |
US5901348A (en) | Apparatus for enhancing sensitivity in compressive receivers and method for the same | |
US3717756A (en) | High precision circulating digital correlator | |
US3950635A (en) | Digital matched filter and correlator using random access memory | |
US4115867A (en) | Special-purpose digital computer for computing statistical characteristics of random processes | |
US4563750A (en) | Fast Fourier transform apparatus with data timing schedule decoupling | |
JPS6196817A (en) | Filter | |
US3965342A (en) | Digital FFT processor using random access memory | |
US3984669A (en) | Fully digital spectrum analyzer using time compression and Discrete Fourier Transform techniques | |
US3747099A (en) | Polyphase code system | |
RU2022352C1 (en) | Digital spectrum analyzer | |
US4497035A (en) | Method of generating time delay | |
US4313195A (en) | Reduced sample rate data acquisition system | |
Cooper | 3.5. Autocorrelation Spectrometers | |
US6876953B1 (en) | Narrowband signal processor | |
US5168456A (en) | Incremental frequency domain correlator | |
SU915095A1 (en) | Analyzing filter of digital vocoder | |
RU1798630C (en) | Frequency analyzer | |
RU2168759C1 (en) | Method and device for estimating carrying frequency | |
SU1377762A2 (en) | Instant spectrum digital analyzer | |
Schätzel | Signal preprocessing for digital correlators | |
CN110808935B (en) | Accurate and efficient implementation method and device for autocorrelation operation of linear frequency modulation signal | |
RU2075826C1 (en) | Recursive digital filter | |
SU1564647A1 (en) | Device for adaptive processing of information |