RU2022352C1 - Digital spectrum analyzer - Google Patents

Digital spectrum analyzer Download PDF

Info

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
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Леонидович Лысенко
Original Assignee
Сергей Леонидович Лысенко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Леонидович Лысенко filed Critical Сергей Леонидович Лысенко
Priority to SU5015906 priority Critical patent/RU2022352C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2022352C1 publication Critical patent/RU2022352C1/en

Links

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: digital spectrum analyzer has analog-to-digital converter 1, two main storage units 4,6, clock generator 9, frequency divider 7, and counters 8 of spectral factors and spectral conversion steps two Fermat's modulo adders 2,3, and Fermat's modulo multiplier 5. Spectral factors are computed in such spectrum analyzer by using recurrence formula in end field which provides for 3-5 times higher speed as compared to similar analyzers operating in complex number field. EFFECT: reduced hardware expenses, improved speed and accuracy in computing spectral factors. 1 dwg

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=

Figure 00000002
, 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 ≡ 2
Figure 00000003
2
Figure 00000004
-1
Figure 00000005
mod Mt - представление числа 2
Figure 00000006
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 =
Figure 00000002
, 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
Figure 00000003
2
Figure 00000004
-1
Figure 00000005
mod M t - representation of 2
Figure 00000006
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=

Figure 00000007
. 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
Figure 00000008
(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 =
Figure 00000007
. 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
Figure 00000008
(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

Figure 00000009
+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
Figure 00000010
, j=
Figure 00000011
, 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
Figure 00000012
, которое с учетом двухразрядного двоичного представления 2
Figure 00000013
mod Mt=2
Figure 00000014
2
Figure 00000015
-1
Figure 00000016
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
Figure 00000009
+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
Figure 00000010
, j =
Figure 00000011
, 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
Figure 00000012
which, given the two-bit binary representation 2
Figure 00000013
mod M t = 2
Figure 00000014
2
Figure 00000015
-1
Figure 00000016
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)

ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий два блока оперативной памяти, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, два сумматора и умножитель, причем информационный вход анализатора соединен с одноименным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым информационным входом первого сумматора и информационным входом первого блока оперативной памяти, вход управления записью и считыванием которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и выходом делителя частоты, вход которого соединен с тактовым первым выходом генератора тактовых импульсов, выход первого блока оперативной памяти соединен с вторым информационным входом первого сумматора, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с входом управления записью и считыванием второго блока оперативной памяти, выход которого соединен с первым информационным входом второго сумматора, отличающийся тем, что анализатор содержит два счетчика, первый и второй сумматоры являются сумматорами по модулю чисел Ферма, умножитель - умножителем по модулю чисел Ферма, при этом вход запуска анализатора соединен с одноименными входами аналого-цифрового преобразователя и генератора тактовых импульсов, вход сброса которого соединен с одноименным входом анализатора, второй выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом первого счетчика, вход сброса которого соединен с выходом делителя частоты и счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с выходом номера текущего тока преобразования анализатора, выход первого счетчика соединен с выходом спектрального коэффициента анализатора и первым информационным входом умножителя, второй информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход умножителя соединен с информационным входом второго блока оперативной памяти и с выходом значения спектрального преобразования анализатора. A DIGITAL SPECTRA ANALYZER containing two RAM blocks, an analog-to-digital converter, a clock, a frequency divider, two adders and a multiplier, the analyzer information input connected to the analog-to-digital converter input of the same name, the output of which is connected to the first information input of the first adder and information input of the first block of random access memory, the recording and reading control input of which is connected to the clock input of the analog-to-digital converter and the output of a frequency ram, the input of which is connected to the clock first output of the clock generator, the output of the first RAM block is connected to the second information input of the first adder, the second output of the clock generator is connected to the write and read control input of the second RAM block, the output of which is connected to the first information the input of the second adder, characterized in that the analyzer contains two counters, the first and second adders are adders modulo Fermat numbers, the multiplier is smart a resident modulo Fermat numbers, while the analyzer start input is connected to the inputs of the analog-to-digital converter and clock generator of the same name, the reset input of which is connected to the analyzer of the same name, the second output of the clock generator is connected to the counting input of the first counter, the reset input of which is connected to the output of the frequency divider and the counting input of the second counter, the output of which is connected to the output of the current analyzer conversion current number, the output of the first counter is connected to the spec analyzer sweep coefficient and the first information input of the multiplier, the second information input of which is connected to the output of the second adder, the second information input of which is connected to the output of the first adder, the output of the multiplier is connected to the information input of the second RAM block and with the output of the analyzer spectral conversion value.
SU5015906 1991-12-13 1991-12-13 Digital spectrum analyzer RU2022352C1 (en)

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)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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