SU1377762A2 - Цифровой анализатор мгновенного спектра - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  обработки сигналов в реальном масшта бе времени и может быть использовано при выделении полезных сигналов на фоне помех. Цель изобретени  - повы шение быстродействи  устройства. ровой анализатор содержит аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, сум маторы 5 и 6, 1Ц1ФРОВОЙ генератор 9

Description

RsFC

(Л

Imfy,

KeFlPj

оо

О5 Ю

Щ(Р,}

N

гармонических функций, блоки умножени , регистры 7, 8, 10, 15- 18, 21, 22, 29 и 30, генератор 31 тактовых импульсов, делитель 32 частоты, блоки 3, 4 27 и 28 оперативной ти. В устройство введены блоки 33 и 34 управлени  знаком операнда, сумматоры 36 и 37, блоки 40 и 41 оперативной пам ти, регистры 38, 39, 42 и 43 и блок 35 задержки. Длительность такта работы определени  мгновенного спектра определ етс  в основном временем выполнени  операции умножени . Вьтолнение операции управлени  знаком операнда, осуществл емое в одном такте с суммированием в сумматорах 36 и 37, не увеличивает длительности такта работы. В это же врем  за счет параллельного вычислени  двух спектров период дискретизации анализируемого сигнала может быть уменьшен в 2 раза, что приводит к расширению частотного диапазона анализируемых сигналов. 1 ил.

1

Изобретение относитс  к цифровой вычислительной технике, предназначено дл  обработки.сигналов в реальном масштабе времени, может быть использовано в задачах выделени  полезных сигналов на фоне помех и в спектральном анализе и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт. св. № 1095093.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  цифрового анализатора мгновенного спектра.

На чертеже представлена структурна  схема цифрового анализатора мгно венного спектра.

Анализатор содержит два аналого- цифровых преобразовател  (АЦП) 1 и 2, на входы которых поступает действи- тельна  и мнима  составл ющие входно- го комплексного сигнала, блоки 3 и 4 оперативной пам ти (БОП), сумматоры 5 и б, первый 7 и дев тый В регистры цифровой генератор 9 гармонических функций, второй регистр 10 дл  хране ки  отсчетов этих функций, первый llj второй 12, третий 13 и четвертый 14 блоки умножени  с дес тым 15, одиннадцатым 16, двенадцатым 17 и тринадцатым 18 регистрами, .п тый 19 и шее- той 20 сумматоры с третьим 21 и четвертым 22 регистрами, второй 23 и третий 24 сумматоры с п тым 25 и шес тым 26 регистрами, второй 27 и третий 28 БОП с седьмзш 29 и восьмым 30 регистрами, генератор 31 тактовых импульсов с делителем 32 частоты.

Кроме того, устройства содержит вновь введенные первый 33 .и второй 34

1.0

5

.с

рп 25 зо

5

блоки управлени  знаком операнда, информационные входы которых соединены с выходами соответственно третьего 21 и четвертого 22 регистров, а управл ющие входы объединены и подключены к выходу блока задержки 35, вход которого соединен с выходом первого разр да счетчика параметра частоты цифрового генератора 9 гармонических функций, а выходы юс подсоединены к первым входам соответственно седьмого 36 и восьмого 37 сумматоров. Выходы седьмого 36 и восьмого 37 сумматоров подсоединены соответственно через четырнадцатый 38 и п тнадцатый 39 регистры к информационным входам соответственно п того 40 и шестого 41 блоков оперативной пам ти; выходы регистров 38 и 39  вл ютс  вторыми выходами устройства. Выходы п того. 40 и шестого 41 блоков оперативной пам ти соединены соответственно через шестнадцатый 42 и семнадцатый 43 регистры с вторыми входами соответственно седьмого 36 и восьмого 37 сумматоров. Управл ющие входы всех введенных регистров , блоков оперативной пам ти и блока задержки соединены с выходом генератора 31 тактовых импульсов.

Анализатор работает следующим образом .

Генератор 31 тактовых импульсов и делитель 32 частоты управл ют работой операционных блоков анализатора таким образом, что смена информации в АЦП.1 и 2, БОП 3 и 4, сумматорах 5 и 6, а также регистрах 7 и 8 проис-

ходит в N/2 раз реже, чем в остальных блоках анализатора.

Разр дность БОП 3 и 4 соответствую ет разр дности преобразователей 1 и 2 а число  чеек равно N. С приходом каждого запускающего импульса с Bbi хода делител  32 частоты происходит запись составл ющих приращени  от- счета

/If f(q) - f(q-N) rx(q) - - x(q-N) + j y(q) - y(q-N),

где x(q) - отсчет анализируемого

сигнала; у(ч) отсчет квадратурной

составл ющей анализируемого сигнала, в регистры 7 и 8.,

В блоки 3 и 4 записываютс  соот ветственно значени  x(q) и y(q). Преобразователи 1 и 2 вырабатывают коды составл ющих нового отсчета со- ответственно А x(q+l) и В, y(q+l) и подают их на входы блоков 3 и 4 и первые входы сумматоров 5 и 6, на вторые входы которых с выхо дов блоков 3 и 4 поданы значени  А x(q-N-t-l) и В y(). Сумматоры 5 и 6 производ т соответственно вычитани  и В,В и результаты подают на информационные входы ре- гистров 7 и 8. В таком состо нии блоки остаютс  до прихода следую щего импульса с делител  32 частоты, который записывает значени  прираще- НИИ в регистры 7 и 8, и производ тс  вновь перечисленные операции. Разр д ность сумматоров 5 и 6, регистров 7 и 8 должна быть на один разр д больше разр дности АЦП 1 и 2.

Выход регистра 7 подаетс  на пер-  ые входы блоков П и 12 умножени , а выход регистра 8 - на первые входы блоков 13 и 14 умножени . На вторые входы блоков 11 и 13 умножени  с пер вого выхода регистра 10 последовательно во времени поступает значение действительной составл ющей весового коэффициента С, а на вторые входы блоков 12 и 14 умножени  с второго выхода регистра 10 последовательно в времени поступает значение мнимой состсшл ющей весового коэффициента S. Эти составл ющие весовых коэффи-

Запись информации в регистры 21 и 22 производитс  синхронно следующим тактовым импульсом. Вычисленное значение приращени  спектра лГл(Р,) с выходов регистров 21 и 22 подаетс  соответственно на первые входы сумматоров 23 и 24 и одновременно через блоки 33 и 34 управлени  знаком операнда подаетс  соответственно на первые входы сумматоров 36 и 37. Причем в блоках 33 и 34 знак приращени  (Pi) или сохран етс  при q четном, или мен етс  на противоположный при q нечетном. Признак четности снимаетс  с выхода блока 35 задержки, вход которого соединен с выходом первого разр да счетчика параметра частоты блока цифрового генератора 9 гармонических функций. Необходимость введени  блока 35 задержки обусловлена конвейерным характером обработки информации в предлагаемом устройстве, так как номер гармоники, приращение спектра дл  которой выставлено на выходах регистров 21 и 22, отстает на три от номера гармоники, значение q дл  которой выставлено на выходах счетчика.параметра частоты цифрового генератора 9 гармонических функций. Соответственно в блоке 35 задержки производитс  задержка выдачи признациентов вырабатывает дифровой генера-55 ка четности PF(q) на три периода дейтор 9 гармонических функций и подает на информационные входы регистр.а 10. При этом с помощью генератора 31 так-

стви  импульсов с выхода генератора 31 тактовых импульсов. Конструктивно блок 35 задержки может представл ть

5

0

5

0

35 40

45 50

0

товых импульсов работа схемы синхронизирована таким образом, что с приходом каждого тактового импульса в регистр 10 записываютс  значени  С и S, а генератор 9 начинает вырабатывать следующую пару коэффициентов. Разделительные регистры вьтолн ют функции сверхоперативных запоминающих устройств.

Значени  произведений с выходов блоков 11-14 умножени  подаютс  на. информационные входы регистров 15- 18 соответственно. Запись информации в эти регистры производитс  следующим тактовым импульсом.

Выходы регистров 15 и 1В подаютс  на входы сумматора 19, где образуетс  их сумма, котора  подана на информационный вход регистра 21. Выходы регистров 16 и 17 подаютс  на входы сумматора 20, где образуетс  их ал- гербаическа  сумма, котора  подаетс  на информационный вход регистра 22.

Запись информации в регистры 21 и 22 производитс  синхронно следующим тактовым импульсом. Вычисленное значение приращени  спектра лГл(Р,) с выходов регистров 21 и 22 подаетс  соответственно на первые входы сумматоров 23 и 24 и одновременно через блоки 33 и 34 управлени  знаком операнда подаетс  соответственно на первые входы сумматоров 36 и 37. Причем в блоках 33 и 34 знак приращени  (Pi) или сохран етс  при q четном, или мен етс  на противоположный при q нечетном. Признак четности снимаетс  с выхода блока 35 задержки, вход которого соединен с выходом первого разр да счетчика параметра частоты блока цифрового генератора 9 гармонических функций. Необходимость введени  блока 35 задержки обусловлена конвейерным характером обработки информации в предлагаемом устройстве, так как номер гармоники, приращение спектра дл  которой выставлено на выходах регистров 21 и 22, отстает на три от номера гармоники, значение q дл  которой выставлено на выходах счетчика.параметра частоты цифрового генератора 9 гармонических функций. Соответственно в блоке 35 задержки производитс  задержка выдачи призна55 ка четности PF(q) на три периода действи  импульсов с выхода генератора 31 тактовых импульсов. Конструктивно блок 35 задержки может представл ть

собой З- разр дный сдвиговый регистр, содержащий всего три триггера.

На вторые вкоды сумматоров 23 и

24,а также сумматоров 36 и 37 пода ютс  соответственно выходы регистров 29 и 30, а также соответственно ре гистров 42 и 435 в которых записаны соответствующие значени  действитель ных и мнимых составл ющих спектра со- ответственно первого и второго под диапазонов, полученных на предыдущем шаге скольже ш ,

Суммирование в сумматорах 23 и 24, а также в сумматорах 36 и 37 произ водитс  с учетом масштабного множител  1/N, а так как N 2, где п - целое , то учет этого масштабного множи тел  осуществл етс  путем соответст вующего сдвига на п разр дов. На выходе сумматора 23 получаетс  сумма действительной составл ющей спектра первого поддиапазона, котора  подает с  на информационный вход регистра

25.С выхода сумматора 24 сумма мни мой составл ющей спектра первого поддиапазона подаетс  на информационный вход регистра 26. На выходе суммато- ра 36 получаетс  сумма действительной составл ющей спектра второго поддиапазона , котора  подаетс  на информационный вход регистра 38, С выхода сумматора 37 сумма мнимой составл ющей спектра второго поддиапазона подаетс  на информационнь,й вход регистра 39.

Запись в регистры 25, 26, 38 и 39 производитс  следующим тактовым импульсом . С выходов регистров 25 и 26 значени  отсчетов мгновенного спектра первого поддиапазона поступают на первый выход анализатора и одновременно на информационные входы соответственно БОП 27 и 28. С выходов регистров 38 и 39 значени  отсчетов мгновенного спектра второго поддиапазона поступают на второй выход анализатора и одновременно на информационные входы соответственно БОП 40 и 41.

Следующим тактовым импульсом в регистры 29, 30, 42 и 43 с выходов БОП 27, 28, 40 и 41 записываютс  следующие значени  отсчетов. Ьнсло  чеек пам ти в каждом из БОП 27, 28, 40 и 41 равно N/2,- 2. Следует иметь в виду, что в тот момент времени, когда на выход анализатора поданы отсчеты гармоник с номерами Р.и Pj (записанные в регистрах 25j 26, 38 и 39)

на регистрах 21, 22, 29, 30, 42 и 43 установлены операнды, соответствующие номерам гармоник Р, + 1 и Рг + 1, на - выходах регистров 15-18, БОП 27, 28, 40 и 41 устанавливаютс  операнды, соответствующие номерам гармоник PI + 2 и P l + 2, на выходах регистров 7, 8 и 10 устанавливаютс 

Q операнды, соответствующие номерам гармоник Р, +ЗиР/( + Зи, наконец, цифровой генератор 9 гармонических функций готовл в этот момент весовые коэффициенты, соответствующие но-

. меру гармоники Р +4иР2+4.

Заметим, что общий .объем пам ти не возрос, так как емкость БОП 27 и 28 умевьщилась в два раза. Кроме того, разр дность делител  32 частоQ ты уменьшилась на один разр д.

Заметим также, что номера гармоник в первом и втором поддиапазонах,дл  которых одновременно выдаютс  отсчеты спектра, св заны соотноше шем v 5 PI + N/2.

Длительность такта работы конвейерного устройства определени  мгновенного спектра определ етс  в основ- ; ном временем выполнени  операции умножени  в блоках 11-14, так что выполнение дополнительной операции управлени  знаком операнда в блоках 33 и 34, осуществл емое в одном такте с cy миpoвaниeм в сумматорах 36 и 37, не увеличит длительности такта работы . В то же врем  за счет параллельного вычислени  двух спектров период дискретизации анализируемого с гнала может быть уменьшен в два раза, что приводит к -такому же расширению частотного диапазона анализируемых сигналов ,

Фор м у ла изобретени 

5

Цифровой анализатор мгновенного

спектра по авт. св. № 1095093, отличающий с  тем, что, с целью повьщ1ени  его быстродействи , в него введены два блока управлени  знаком операнда, два сумматора, два блока оперативной пам ти, четыре регистра и блок задержки, причем выходы третьего и четвертого регистров соединены с первыми входами соответст- 5 венно седьмого и восьмого сумматоров через соответственно первый и второй блоки управлени  знаком операнда, выходы этих сумматоров соединены с вхо-

0

5

0

0

713777628

дами соответственно п того и шестого гистры, управл ющие входы блоков упблоков oneiiaTHBHoft пам ти через соот равлени  знаком операнда соединены с

ветственно четьфнадцатый и п тнадца-выходом блока задержки, вход которо - тый регистры, выходы этих регистров , го соединен с выходом первого разр - вл ютс  вторыми выходами устройства,Д счетчика параметра частоты цифро выходы п того и шестого блоков опера -вого генератора гармонических функтивной пам ти соединены с вторыми ций, а управл ющие входы всех введен- входами соответственно седьмого и регистров, блоков оперативной павосьмого сумматоров через соответст - tnп ти и блока задержки соединены с вы

венно шестнадцатый и семнадцатый ре- ходом генератора тактовых импульсов.

Claims (1)

1. Ф о р м.у ла изобретения

   Цифровой анализатор мгновенного спектра по авт. св. № 1095093, отличающийся тем, что, с целью повышения его быстродействия, в него введены два блока управления знаком операнда, два сумматора, два блока оперативной памяти, четыре регистра и блок задержки, причем выходы третьего и четвертого регистров соединены с первыми входами соответственно седьмого и восьмого сумматоров через соответственно первый и второй блоки управления знаком операнда, выходы этих сумматоров соединены с вхоΊ дами соответственно пятого и шестого блоков оперативной памяти через соответственно четырнадцатый и пятнадцатый регистры, выходы этих регистров являются вторыми выходами устройства, выходы пятого и шестого блоков оперативной памяти соединены с вторыми входами соответственно седьмого и восьмого сумматоров через соответст— венно шестнадцатый и семнадцатый ре— гистры, управляющие входы блоков управления знаком операнда соединены с выходом блока задержки, вход которого соединен с выходом первого разряда счетчика параметра частоты цифрового генератора гармонических функ'ций, а управляющие входы всех введенных регистров, блоков оперативной памяти и блока задержки соединены с выходом генератора тактовых импульсов.