SU1406507A2 - Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цифровой вычислительной технике. Цифровой анализатор мгновенного спектра (ЦАМС) комплексного сигнала содержит сумматор 25 по модулю два, мультиплексоры 26,27, блоки (Б) 28-33, управлени  знаком операнда, генераторы 34,1 - 34.4 отсчетов спектра, Б 35 задержки, Б 3,4 оперативной пам ти, сумматоры 5,6,19,20, регистры 7,8,10,15-18, 21,22, цифровой генератор 9 гармонических функций, Б 11-14 умножени , генератор 23 тактовых импульсов с делителем 24 частоты. ЦАМС имеет повышенное быстродействие и, как следствие , расширеннь й частотный диапазон анализируемых комплексных сигналов. 3 ил о i (Л Од ел fftFt(f) -JaLU/ V/ 1Ч

Description

Изобретение относитс  к цифровой вычислительной технике, предназначено дл  обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задачах выделени  полезных сигналов на фоне помех, в спектральном анализе, в задачах классификации комплексных сигналов и т.п

. Цель изобретени  - повышение быстродействи  цифрового анализатора мгновенного спектра комплексного сигнала и, как следствие, расширение частотного диапазона анализируемых комплексных сигналов,

На фиг«1 изображена структурна  схема цифрового анализатора мгновенного спектра комплексного сигнала; на фиг.2 - схема цифрового генератора гармонических функций; на фиг„ 3 - схема генератора отсчетов спектра Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала содержит , два аналого-цифровых преобразовател  (АЦП) 1 и 2, блоки 3 и 4 оперативной пам ти (БОП), сумматоры 5 и 6, регистры 7 и 8, цифровой генератор 9 гар- мониуеских функций, регистр 10, блоки I 1 - 14 умножени  с регистрами 15 - 18, сумматоры 19 и 20 с регистрами 21 и 22, генератор 23 тактовых импульсов с делителем 24 частоты, сумматор 25 по модулю два, два муль- типлексора 26 и 27, шесть блоков 28 - 33 управлени  знаком операнда, четыре генератора 34о 1 - 34,4 отсче- тон спектра- и блок 35 задержки, На входы АЦП 1 и 2 поступает дей- ствительна  x(t) и мнима  y(t) сос- тавл нлцие входного комплексного сиг- нала f(t), причем их выходы соедине- ны соответственно с информационными входами БОП 3 и 4, а также с первыми входами сумматоров 5 и 6, вторые входы которых подключены соответственно к выходам БОП 3 и 4о Выходы сумматоров 5 И 6 соединены соответственно с информационными входами регистров 7 и 8, выход регистра 7 соединен с первыми входами блоков 11 и 2 умножени , выход регистра 8 соединен с первыми входами блоков 13 и 14 умножени , вторые входы блоков 11 и 13 умножени  объединены и соединены с первым выходом регистра 10, второй выход которого соединен с вторыми входами блоков 12 и 14 умножени , первый и второй входы регистра 10 соединены соответственно с первым и

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вторым выходами (Цифрового генератора 9 гармонических функций, вькоды блоков II и.12 умножени  соединены соответственно через регистры 15 и 16 с первыми входами сумматоров 19 и 20, вьгходы блоков 13 и 14 умножени  соединены соответственно через регистры 17 и I8 с вторыми входами сумматоров 20 и 19, выходы которьк соединены с информационными входами соответственно регистров 22 и 21, выходы которых соединены соответственно с вторым и nepBbiM информационными входами генератора 34о 1 отсчетов спектра, первый и второй выходы которого  вл ютс  выходами отсчетов соответственно действительной и мнимой составл ющих спектра первого поддиапазона. Первый вход мультиплексора 26 объединен с вторым входом мультиплексора 27 и соединен с выходом регистра 21, второй вход мультиплексора 26 объединен с первым входом мультиплексора 27 и соединен с вьсходом регистра 22, выход мультиплексора 26 соединен с первым информационным входом генератора 34.2 отсчетов спектра через блок 28 управлени  знаком операнда и с первым информационным входом генератора 34,4 отсчетов спектра через блок 32 управлени  знаком операнда выход мультиплексора 27 соединен с вторым информационным входом генератора 34о2 отсчетов спектра через блок 29 управлени  знаком операнда и с вторым информационным входом генератора 34,4 отсчетов спектра через блок 33 управлени  знаком операнда, первый и второй информационные ВХОДЕ генератора отсчетов спектра соединены с выходами соответственно регистра 21 и 22 через блоки 30 и 31 управлени  знаком операнда, управл ющие входы мультиплексоров 26 и 27 объединены с управл ющими входами блоков 30 и 31 управлени  знаком операнда и с первым входом сумматора 25 по модулю два и подключены к первому выходу блока 35 задержки, второй выход которого соединен с вто- рь1м входом сумматора 25 по модулю два к с управл ющими входами блоков

28и 33 управлени  знаком операнда, выход сумматора 25 по модулю два соединен с управл ющими входами блоков

29и 32 управлени  знаком операнда, выходы генераторов .34..3 и 34.4 отсчетов спектра  вл ютс  соответст

3140

венио выходами отсчетов .действительной и мнимой составл ющих спектра комплексного сигнала второго,третьего и четвертого поддиапазонов анализа спектра. Управл юшие входы всех генераторов отсчетов спектра и блока 35 задержки объединены с первым входом управлени  циф рового генератора 9 гармонических функций, управл ющими входами всех регистров, кроме регистра 7 и 8, входом делител  24 частоты и соединен с выходом генератора 3 тактовых импульсов. Выход делител  24 частоты соединен с вторым входом управлени  цифрового генератора 9 гармонических функций и управл ющими входами АЦП 1 и 2, БОП 3 и 4 и регистров 7 и 8. Первый и второй входы блока 35 задержки соединены со- ответственно с выходами первого и второго разр дов счетчика 36 параметра частоты цифрового генератора гармонических функций.

Цифровой генератор 9 гармонических функций содержит последовательно соединенные счетчик 36 параметра часто

ты, сумматор 37, регистр 38 и функциональный преобразователь 39, приАЦП 1 и 2 вырабатывают коды составл ющих нового отсчета, равные со ответственно А, x(q+l) и (q+l и подают их на входы БОП 3 и 4 и пе вые входы сумматоров 5 и 6, на вторыевходы которых с выходов блоков

чем выходы функционального прербразо- зо т,. / т, t

JU 3 и4 поданы значени  А x(q-N+l)

ТзОгрот1ОЧистгзггтп Т л сгп т т « 1 п ..

вател  39  вл ютс  первым и вторым выходами генератора, а его вход одновременно соединен с вторым входом сумматора 37, а управл ющие входы регистра 38 и счетчика 36  вл ютс  соответственно первым и вторым входами управлени  генератора.

Генератор 34.1 (iel,4) отсчетов спектра содержит два сумматора 40 и 41, два БОП 42 и 43 и четыре регистра 44 - 47, причем первые входы сумматоров 40 и 41  вл ютс  информационными входами генератора, выходы сумматоров 40 и 41 соед41нены соответсти В y(q-N+l).

Сумматоры 5 и 6 ветственно вычитани  А,-А

праизвод т соот- и

и подают результат на информационны 35 входы регистров 7 и 8„ В таком состо нии АЦП 1 и 2, БОП 3 и 4, сумматоры 5 и 6 и регистры 7 и 8 остают с  до прихода следующего импульса с делител  24 частоты, который записы вает значени  приращений в регистры 7 и 8 и производ тс  вновь перечисленные операции. Разр дность сумматоров 5 и 6, регистров 7 и 8 должна быть на один разр д больше разр д40

/ / If- ,WDl 1 и па L- dO

енно через регистры 44 и 45 с инфор-...- , „ ,

т-огт /1/0 ности АЦП 1 и 2. ационными входами БОП 42 и 43, выи подают результ 35 входы регистров то нии АЦП 1 и 2 торы 5 и 6 и рег с  до прихода сл делител  24 част вает значени  пр 7 и 8 и производ ленные операции. торов 5 и 6, рег быть на один раз

Генератор 23 тактовых импульсов и делитель 24 частоты управл ют работой операционных блоков анализатора таким образом, что смена информации в АЦП 1 и 2, БОП 3 и А, сумматорах 5 и 6, а также в регистрах 7 и 8 происходит в N/4 раз реже, чем в остальных блоках анализаторао

Разр дность БОП 3 и 4 соответствует разр дности АЦП 1 и 2, а число  чеек равно N. С приходом каждого запускающего импульса с выхода делител  24 частоты происходит запись составл ющих приращени  отсчета:

df f(q) - f(u-N) x(q) - - x(q-N)J + J y{q) - y((i-N)J,

где q 0,1,2...,

в регистры 7 и 8, а БОП 3 и 4 записываютс  соответственно значени  x(q) и y(q).

АЦП 1 и 2 вырабатывают коды составл ющих нового отсчета, равные соответственно А, x(q+l) и (q+l), и подают их на входы БОП 3 и 4 и первые входы сумматоров 5 и 6, на вто ..

и В y(q-N+l).

Сумматоры 5 и 6 ветственно вычитани  А,-А

праизвод т соот- и

WDl 1 и па L- dO

, „ ,

и подают результат на информационные входы регистров 7 и 8„ В таком состо нии АЦП 1 и 2, БОП 3 и 4, сумматоры 5 и 6 и регистры 7 и 8 остаютс  до прихода следующего импульса с делител  24 частоты, который записывает значени  приращений в регистры 7 и 8 и производ тс  вновь перечисленные операции. Разр дность сумматоров 5 и 6, регистров 7 и 8 должна быть на один разр д больше разр д

ходы которых соединены соответственно через регистры 46 и 47 с вторыми входами сумматоров 40 и 41, выходы регистров 44 и 45  вл ютс  выходами отсчетов соответственно действительной и мнимой составл ющих спектра комплексного сигнала i-поддиапазона, а управл ющие входы регистров и БОП соединены с управл ющим входом генератора о

Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала работает следующим образом.

0

5

Выход регистра 7 подаетс  на первые входы блоков 11 и 12 умножени , а выход регистра 8 - на первые входы блоков 13 и 14 умножени , вторые входы блоков 11 и 13 умножени  с первого выхода регистра 10 последовательно во времени поступает значение действительной составл ющей весового коэффициента С, На вторые входы блоков 12 и 14 умножени  со второго выхода регистра 10 последовательно во времени поступает значение мнимой составл ющей весового коэффициента

5 1406507 Эти составл ющие весовых коэффиро с 5 пу де сп

циентов вырабатывает цифровой генератор 9 гармонических функций и по- i-дает на информационные входы регистра 10, причем с помощью генератора 23 тактовых импульсов работа схемы синхронизации таким о браэом, что с I приходом каждого, тактового импульса I в регистр 10 записываютс  значени  i С и Б, а генератор 9 начинает выра- 1 батывать следующую пару коэффициен- тоВо Разделительные регистры выпол- j н ют функции сверхоперативных запоминающих устройЬтв

При необходимости выработки очередного отсчета гармонической функции на стробирующий вход регистра 38 Генератора 9 гармонических функций с выхода генератора 23 тактовых импульсов поступает импульс, который записывает в регистр 38 код с выхода сумматора 37 о Этот код поступает на вход функционального преобразована выходах регистров 21 и 22 синх ронно с подачей очередного импульса с выхода генератора 23 тактовых им- 5 пульсов по вл ютс  соответственно действительна  ReiSFi CP, ) и мнима  I JF,(P) составл ющие приращени  спектра дл  первого поддиапазона (, ,N/4 - 1).;

10 Далее вычислени  раздел ютс  на четыре параллельных конвейера, в пер вом из которых вычисл етс  (Р), во втором .- F(,(Pij), в третьем , Г„(РЗ ) и в четвертом - Гс(Р4), при- 5 чем PiCN/4, N/2-1; PjeN/f, 3N/4-1;

Р. е 3N/4, N-IO

Значени  приращени  спектра дл  20 первого поддиапазона подаютс  соот- ветственно на -информационные входы первого генератора 34„I отсчетов спектра и одновременно через соот ветственно блоки 30 и 31 управлени 

тел  39, где производитс  соответст- знаком операнда - на информационные

входы генератора 34.3 отсчетов спект . ра„ Кро ме того, эти же составл ющие приращени  спектра подаютс  на входы мультиплексоров 26- и 27 таким образо

вующее преобразованиео С приходом следующего импульса на стробирующий вход регистра 38, в него с выхода сумматора 37 записываетс  сумма кода

Iпредьщущего значени - аргумента и кода номера отсчета сигнала с выхода счетчика 36 параметра частоты, т.е.

I значение дл  следующего номера гар| .МОНИКИ..

; Значени  Произведени  с выхода блока П умножени  подаетс  на информационный вход регистра 15, значение произведени  с выхода блока 12 умножени  подаетс  на информационный

вход регистра 16, значение произведе- 40 спектра, а на выходе мультиплексора 1ни  с выхода блока умножени  13 по- 27 - мнима  составл юща  При нечет;даетс  на информационный вход регистра 17, значение произведени  с вы- хода блока умножени  14 подаетс  на ;информационный вход регистра IB Запись информации Б эти реги стры производитс  следующим тактовым импульсом.

Выходы регистров 15 и 18 подаютс 

на входы сумматора 19, где образуетс  50 блок 32 управлени  знаком операнда их сумма, котора  подана на информационный вход регистра 21. Выходы регистров 16 и 17 подаютс  на входы

. сумматора 20, где образуетс  их алгебраическа  сумма, котора  подаетс  на информационный вход регистра 22. Запись информации в регистры 21 и 22

. производитс  синхронно следующим так - товым импульсом;

7

на выходах регистров 21 и 22 синхронно с подачей очередного импульса с выхода генератора 23 тактовых им- пульсов по вл ютс  соответственно действительна  ReiSFi CP, ) и мнима  I JF,(P) составл ющие приращени  спектра дл  первого поддиапазона (, ,N/4 - 1).;

Далее вычислени  раздел ютс  на четыре параллельных конвейера, в первом из которых вычисл етс  (Р), во втором .- F(,(Pij), в третьем Г„(РЗ ) и в четвертом - Гс(Р4), при- чем PiCN/4, N/2-1; PjeN/f, 3N/4-1;

Р. е 3N/4, N-IO

Значени  приращени  спектра дл  первого поддиапазона подаютс  соот- . ветственно на -информационные входы первого генератора 34„I отсчетов спектра и одновременно через соот ветственно блоки 30 и 31 управлени 

знаком операнда - на информационные

входы генератора 34.3 отсчетов спект- ра„ Кро ме того, эти же составл ющие приращени  спектра подаютс  на входы мультиплексоров 26- и 27 таким образом

что при четных значени х номера q отсчета исследуемого сигнала f(q) (первый выход блока 35 задержки,представл ющий собой задержанный на три такта выход первого разр да счетчика 36 параметра частоты цифрового . генератора 9 гармонических функций, равен логическому нулю) на выходе мультиплексора 26 по вл етс  действительна  составл юща  приращени 

ных значени х q подключение блоков протиБОполо жное, в результате чего реализуетс  поворот вектора прираще- 45 ни  спектра на Выход мультиплексора 26 подаетс  через блок 28 управлени  знаком операнда на первьй информационный вход второго генератора- отсчетов спектра 34„2 и через

на первьш вход генератора 34.4 отсчетов спектра. Выход мультиплексора 27 подаетс  через блок 29 управлени  знаком операнда на второй информаци- 55 онный вход генератора отсчетов спектра 34о2 и через блок 33 управлени  знаком операнда - на второй информационный вход генератора 34„4 отсчетов спектра.

Блоки 28-33 управлени  знаком операнда либо сохран ют знак операнда (при подаче на их управл ющие входы- логического нул ) , либо мен ют его на противоположный (при подаче на их управл ющие входы логической единицы ) „Управл ющим сигналом, дл  блоков 28 и 33 служит второй выход блока 35 задержки, а управл ющим сигналом дл  блоков 29 и 32 сдужит выход сумматора 25 по модулю два, реализующего логическую функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ над логическими значени ми первого и второго выходов блока 35 задержки о Необходимость введени  блока 35 -задержки обусловлена конвейерным характером обработки информации в предлагаемом устройстве, так как номасштабного множител  осуществл етс  весьма просто путем соответствующего сдвига на п разр дов

5. .

Выходы регистров 44 и 45 подаютс  также на информационные входы БОП 42 и 43, запись в которые производит с  следующим тактовым импульсом. Пос

10 ледующим тактовым импульсом в регист ры 46 и 47 записываютс  с выходов БОП 42 и 43 соответственно значени  ReF (Р,.+2) и . (Р|+2). Число  чеек в каждом из БОП 42 и 43 равно

15 N/4 - 2о Следует иметь в виду, что в тот момент времени, когда на выход i- ro поддиапазона анализатора пода- ны отсчеты гармоники с номером Р| , (записайные в регистрах 44 и 45), на

.мер гармоники, приращение спектра дл  20 выходах регистров 46 и 47 и 21 и 22 которой выставлено на -выходах регист- установлены операнды, соответствующие номеру гармоники +1 , на выходах регистров 15 - 18 и БОП 42 и 43

ров 21 и 22, отстает -на три от номера гармоники, значение q дл  которой выставлено на выходах счетчика 36 паустанавливаютс  операнды, соответстраметра частоты цифрового генератора 25 вующие номеру гармоники Pi+2, на выходах регистров 7,. 8 и 10 устанавли- .ваютс  операнды, соответствующие номеру гармоники , и, наконец,цифровой генератор 9 гармонических 30 функций готовит в этот момент весовые коэффициенты, соответствующие

.9 гармонических функций. Соответственно в блоке 35 задержки производитс  задержка выдачи значений двутс младщих разр дов счетчика 36 на три периода действи  импульсов с выхода генератора 23 тактовых импульсов

Далее вычислени  отсчетов спектра производ тс  параллельно в четырех генераторах 34 „1-34„4 отсчетов спектра на основе подаваемых на их входы соответствующих приращений спектра и хран щихс  внутри генераторов в соответствующих БОП отсчетов спектра, полученных на предыдущем шаге скольжени  Все генераторы отсчетов спектра работают одинаково. Действительна  часть ЕелГ|(Р;) и мнима  часть I /lFcj,(P-) приращени  спектра подаютс 

номеру гармоники Р.+4„

Claims (1)

1. Формула изоёретени 

   35

   Пифровой анализатор мгновенного

   спектра комплексного сигнала по авт, ев о N 1095093, отличающий- с   тем, что, с целью повьшени  его 40 быстродействи , в него введены сумматор по модулю два, два мультиплексора , шесть блоков управлени  знаком операнда, три генератора отсчетов спектра и блок задержки, причем

   соответственно на первые входы сумма- 45 вход первого мультиплексора торов 40 и 41, на вторые входы кото- объединен, с вторым входом второго рых с выходов соответственно регист- мультиплексора и соединен с выходом

   третьего регистра, второй вход первого мультиплексора объединен с перров 46 и 47 подаютс  значени  соответствующих составл юпщх отсчетов спектра, полученных на предыдущем ша- 50 входом второго мультиплексора и га скольжени „ Обновленные значени  соединен с выходом четвертого регистра . Выход первого мультиплексора соединен с первым информационным

   входом второго генератора отсчетов

   составл ющих спектра следующим тактовым импульсом записываютс  в .регистры 44 и 45 и подаютс  на выход соответствующего поддиапазона анализато- gg спектра через первый блок управле- ра спектра. Б сумматорах 40 и 41 сум- ни  знаком операнда и с первым ин- мирование производитс  с учетом мае- . формационным входом четвертого гештабного множител  1/N, а так как N 2 , где п - целое, то учет этого

   масштабного множител  осуществл етс  весьма просто путем соответствующего сдвига на п разр дов

   . .

   Выходы регистров 44 и 45 подаютс  также на информационные входы БОП 42 и 43, запись в которые производитс  следующим тактовым импульсом. Последующим тактовым импульсом в регистры 46 и 47 записываютс  с выходов БОП 42 и 43 соответственно значени  ReF (Р,.+2) и . (Р|+2). Число  чеек в каждом из БОП 42 и 43 равно

   N/4 - 2о Следует иметь в виду, что в тот момент времени, когда на выход i- ro поддиапазона анализатора пода- ны отсчеты гармоники с номером Р| (записайные в регистрах 44 и 45), на

   устанавливаютс  операнды, соответстномеру гармоники Р.+4„

   Формула изоёретени 

   Пифровой анализатор мгновенного

   спектра комплексного сигнала по авт, ев о N 1095093, отличающий- с   тем, что, с целью повьшени  его быстродействи , в него введены сумматор по модулю два, два мультиплексора , шесть блоков управлени  знаком операнда, три генератора отсчетов спектра и блок задержки, причем

   входом второго генератора отсчетов

   спектра через первый блок управле- ни  знаком операнда и с первым ин- формационным входом четвертого генератора отсчетов спектра через п тый блок управлени  знаком операнда,

   выход второго мультиплексора соединен с вторым информационным входом второго генератора отсчетов спектра через второй блок управлени  знаком операнда и с вторьм информационным входом четвертого генератора отсчетов спектра через шестой блок управлени  знаком операнда, первый и второй информационные входы третьего генератора отсчетов спектра соединены с выходами соответственно третьего и четвертого регистров через третий и четвертый блоки управлени  знаком операндаJ управл ющие входы мультиплексоров объединены с управл ющими входами третьего и четвертого блоков управлени  знаком операнда и с первым входом сумматора по модулю два и подключены к первому выходу блока задержки, второй выход которого соединен с вторым входом сумматора по модулю.два и с управл ю2ТТ

   Piq.

   fc

   1р Р,

   г

   JFIF

   35

   щими входами первого и шестого блоков управлени  знаком операнда, выход сумматора по модулю два соединен с управл ющими входами второго и п того блоков управлени  знаком операнда , вьсходы второго, третьего и четвертого генераторов отсчетов спектра  вл ютс  соответственно выходами

   отсчетов действительной и мнимой составл ющих спектра комплексного сигнала второго,, третьего и четвертого поддиапазонов анализа спектра, управл ющие входы всех генераторов

   отсчетов спектра и блока задержки соединены с выходом генератора тактовых .импульсов, первый и второй входы блока задержки соединены соответственно с выходами первого и второго разр дов счетчика параметра частоты цифрового генератора гармонических функций

   Лл ,

   PL

   1}

   Фиг.

   Фие.З