Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала Советский патент 1988 года по МПК G01R23/16 

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

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

На фиг«1 изображена структурная 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 преобразователя (АЦП) 1 и 2, блоки 3 и 4 оперативной памяти (БОП), сумматоры 5 и 6, регистры 7 и 8, цифровой генератор 9 гар- мониуеских функций, регистр 10, блоки I 1 - 14 умножения 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 управления знаком операнда, четыре генератора 34о 1 - 34,4 отсче- тон спектра- и блок 35 задержки, На входы АЦП 1 и 2 поступает дей- ствительная x(t) и мнимая y(t) сос- тавлянлцие 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 умножения, выход регистра 8 соединен с первыми входами блоков 13 и 14 умножения, вторые входы блоков 11 и 13 умножения объединены и соединены с первым выходом регистра 10, второй выход которого соединен с вторыми входами блоков 12 и 14 умножения, 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 умножения соединены соответственно через регистры 15 и 16 с первыми входами сумматоров 19 и 20, вьгходы блоков 13 и 14 умножения 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 являются выходами отсчетов соответственно действительной и мнимой составляющих 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 управления знаком операнда и с первым информационным входом генератора 34,4 отсчетов спектра через блок 32 управления знаком операнда выход мультиплексора 27 соединен с вторым информационным входом генератора 34о2 отсчетов спектра через блок 29 управления знаком операнда и с вторым информационным входом генератора 34,4 отсчетов спектра через блок 33 управления знаком операнда, первый и второй информационные ВХОДЕ генератора отсчетов спектра соединены с выходами соответственно регистра 21 и 22 через блоки 30 и 31 управления знаком операнда, управляющие входы мультиплексоров 26 и 27 объединены с управляющими входами блоков 30 и 31 управления 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 управляющими входами блоков

28и 33 управления знаком операнда, выход сумматора 25 по модулю два соединен с управляющими входами блоков

29и 32 управления знаком операнда, выходы генераторов .34..3 и 34.4 отсчетов спектра являются соответст

3140

венио выходами отсчетов .действительной и мнимой составляющих спектра комплексного сигнала второго,третьего и четвертого поддиапазонов анализа спектра. Управляюшие входы всех генераторов отсчетов спектра и блока 35 задержки объединены с первым входом управления циф рового генератора 9 гармонических функций, управляющими входами всех регистров, кроме регистра 7 и 8, входом делителя 24 частоты и соединен с выходом генератора 3 тактовых импульсов. Выход делителя 24 частоты соединен с вторым входом управления цифрового генератора 9 гармонических функций и управляющими 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 разрядов 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 составляющих 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 значения А x(q-N+l)

ТзОгрот1ОЧистгзггтп Т л сгп т т « 1 п ..

вателя 39 являются первым и вторым выходами генератора, а его вход одновременно соединен с вторым входом сумматора 37, а управляющие входы регистра 38 и счетчика 36 являются соответственно первым и вторым входами управления 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 являются информационными входами генератора, выходы сумматоров 40 и 41 соед41нены соответсти В y(q-N+l).

Сумматоры 5 и 6 ветственно вычитания А,-А

праизводят соот- и

и подают результат на информационны 35 входы регистров 7 и 8„ В таком состоянии АЦП 1 и 2, БОП 3 и 4, сумматоры 5 и 6 и регистры 7 и 8 остают ся до прихода следующего импульса с делителя 24 частоты, который записы вает значения приращений в регистры 7 и 8 и производятся вновь перечисленные операции. Разрядность сумматоров 5 и 6, регистров 7 и 8 должна быть на один разряд больше разряд40

/ / 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 тоянии АЦП 1 и 2 торы 5 и 6 и рег ся до прихода сл делителя 24 част вает значения 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 управляют 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

Разрядность БОП 3 и 4 соответствует разрядности АЦП 1 и 2, а число ячеек равно N. С приходом каждого запускающего импульса с выхода делителя 24 частоты происходит запись составляющих приращения 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 записываются соответственно значения x(q) и y(q).

АЦП 1 и 2 вырабатывают коды составляющих 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 вычитания А,-А

праизводят соот- и

WDl 1 и па L- dO

, „ ,

и подают результат на информационные входы регистров 7 и 8„ В таком состоянии АЦП 1 и 2, БОП 3 и 4, сумматоры 5 и 6 и регистры 7 и 8 остаются до прихода следующего импульса с делителя 24 частоты, который записывает значения приращений в регистры 7 и 8 и производятся вновь перечисленные операции. Разрядность сумматоров 5 и 6, регистров 7 и 8 должна быть на один разряд больше разряд

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике. Цифровой анализатор мгновенного спектра (ЦАМС) комплексного сигнала содержит сумматор 25 по модулю два, мультиплексоры 26,27, блоки (Б) 28-33, управления знаком операнда, генераторы 34,1 - 34.4 отсчетов спектра, Б 35 задержки, Б 3,4 оперативной памяти, сумматоры 5,6,19,20, регистры 7,8,10,15-18, 21,22, цифровой генератор 9 гармонических функций, Б 11-14 умножения, 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

ходы которых соединены соответственно через регистры 46 и 47 с вторыми входами сумматоров 40 и 41, выходы регистров 44 и 45 являются выходами отсчетов соответственно действительной и мнимой составляющих спектра комплексного сигнала i-поддиапазона, а управляющие входы регистров и БОП соединены с управляющим входом генератора о

Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала работает следующим образом.

0

5

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

5 1406507 Эти составляющие весовых коэффирос 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 записываются значения i С и Б, а генератор 9 начинает выра- 1 батывать следующую пару коэффициен- тоВо Разделительные регистры выпол- j няют 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 появляются соответственно действительная ReiSFi CP, ) и мнимая I JF,(P) составляющие приращения спектра для первого поддиапазона (, ,N/4 - 1).;

10 Далее вычисления разделяются на четыре параллельных конвейера, в пер вом из которых вычисляется (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

Значения приращения спектра для 20 первого поддиапазона подаются соот- ветственно на -информационные входы первого генератора 34„I отсчетов спектра и одновременно через соот ветственно блоки 30 и 31 управления

теля 39, где производится соответст- знаком операнда - на информационные

входы генератора 34.3 отсчетов спект .ра„ Кро ме того, эти же составляющие приращения спектра подаются 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 записывается сумма кода

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

I значение для следующего номера гар|.МОНИКИ..

; Значения Произведения с выхода блока П умножения подается на информационный вход регистра 15, значение произведения с выхода блока 12 умножения подается на информационный

вход регистра 16, значение произведе- 40 спектра, а на выходе мультиплексора 1ния с выхода блока умножения 13 по- 27 - мнимая составляющая При нечет;дается на информационный вход регистра 17, значение произведения с вы- хода блока умножения 14 подается на ;информационный вход регистра IB Запись информации Б эти реги стры производится следующим тактовым импульсом.

Выходы регистров 15 и 18 подаются

на входы сумматора 19, где образуется 50 блок 32 управления знаком операнда их сумма, которая подана на информационный вход регистра 21. Выходы регистров 16 и 17 подаются на входы

. сумматора 20, где образуется их алгебраическая сумма, которая подается на информационный вход регистра 22. Запись информации в регистры 21 и 22

. производится синхронно следующим так - товым импульсом;

7

на выходах регистров 21 и 22 синхронно с подачей очередного импульса с выхода генератора 23 тактовых им- пульсов появляются соответственно действительная ReiSFi CP, ) и мнимая I JF,(P) составляющие приращения спектра для первого поддиапазона (, ,N/4 - 1).;

Далее вычисления разделяются на четыре параллельных конвейера, в первом из которых вычисляется (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

Значения приращения спектра для первого поддиапазона подаются соот- . ветственно на -информационные входы первого генератора 34„I отсчетов спектра и одновременно через соот ветственно блоки 30 и 31 управления

знаком операнда - на информационные

входы генератора 34.3 отсчетов спект- ра„ Кро ме того, эти же составляющие приращения спектра подаются на входы мультиплексоров 26- и 27 таким образом

что при четных значениях номера q отсчета исследуемого сигнала f(q) (первый выход блока 35 задержки,представляющий собой задержанный на три такта выход первого разряда счетчика 36 параметра частоты цифрового . генератора 9 гармонических функций, равен логическому нулю) на выходе мультиплексора 26 появляется действительная составляющая приращения

ных значениях q подключение блоков протиБОполо жное, в результате чего реализуется поворот вектора прираще- 45 ния спектра на Выход мультиплексора 26 подается через блок 28 управления 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 подается через блок 29 управления знаком операнда на второй информаци- 55 онный вход генератора отсчетов спектра 34о2 и через блок 33 управления знаком операнда - на второй информационный вход генератора 34„4 отсчетов спектра.

Блоки 28-33 управления знаком операнда либо сохраняют знак операнда (при подаче на их управляющие входы- логического нуля) , либо меняют его на противоположный (при подаче на их управляющие входы логической единицы) „Управляющим сигналом, для блоков 28 и 33 служит второй выход блока 35 задержки, а управляющим сигналом для блоков 29 и 32 сдужит выход сумматора 25 по модулю два, реализующего логическую функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ над логическими значениями первого и второго выходов блока 35 задержки о Необходимость введения блока 35 -задержки обусловлена конвейерным характером обработки информации в предлагаемом устройстве, так как номасштабного множителя осуществляется весьма просто путем соответствующего сдвига на п разрядов

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

10 ледующим тактовым импульсом в регист ры 46 и 47 записываются с выходов БОП 42 и 43 соответственно значения ReF (Р,.+2) и . (Р|+2). Число ячеек 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 для 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 для которой выставлено на выходах счетчика 36 паустанавливаются операнды, соответстраметра частоты цифрового генератора 25 вующие номеру гармоники Pi+2, на выходах регистров 7,. 8 и 10 устанавли- .ваются 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 производится задержка выдачи значений двутс младщих разрядов счетчика 36 на три периода действия импульсов с выхода генератора 23 тактовых импульсов

Далее вычисления отсчетов спектра производятся параллельно в четырех генераторах 34 „1-34„4 отсчетов спектра на основе подаваемых на их входы соответствующих приращений спектра и хранящихся внутри генераторов в соответствующих БОП отсчетов спектра, полученных на предыдущем шаге скольжения Все генераторы отсчетов спектра работают одинаково. Действительная часть ЕелГ|(Р;) и мнимая часть I /lFcj,(P-) приращения спектра подаются

номеру гармоники Р.+4„

Формула изоёретения

35

Пифровой анализатор мгновенного

спектра комплексного сигнала по авт, ев о N 1095093, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения его 40 быстродействия, в него введены сумматор по модулю два, два мультиплексора, шесть блоков управления 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 подаются значения соответствующих составляюпщх отсчетов спектра, полученных на предыдущем ша- 50 входом второго мультиплексора и га скольжения„ Обновленные значения соединен с выходом четвертого регистра. Выход первого мультиплексора соединен с первым информационным

входом второго генератора отсчетов

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

масштабного множителя осуществляется весьма просто путем соответствующего сдвига на п разрядов

. .

Выходы регистров 44 и 45 подаются также на информационные входы БОП 42 и 43, запись в которые производится следующим тактовым импульсом. Последующим тактовым импульсом в регистры 46 и 47 записываются с выходов БОП 42 и 43 соответственно значения ReF (Р,.+2) и . (Р|+2). Число ячеек 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

устанавливаются операнды, соответстномеру гармоники Р.+4„

Формула изоёретения

Пифровой анализатор мгновенного

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

входом второго генератора отсчетов

спектра через первый блок управле- ния знаком операнда и с первым ин- формационным входом четвертого генератора отсчетов спектра через пятый блок управления знаком операнда,

выход второго мультиплексора соединен с вторым информационным входом второго генератора отсчетов спектра через второй блок управления знаком операнда и с вторьм информационным входом четвертого генератора отсчетов спектра через шестой блок управления знаком операнда, первый и второй информационные входы третьего генератора отсчетов спектра соединены с выходами соответственно третьего и четвертого регистров через третий и четвертый блоки управления знаком операндаJ управляющие входы мультиплексоров объединены с управляющими входами третьего и четвертого блоков управления 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 управляю2ТТ

Piq.

fc

1р Р,

г

JFIF

35

щими входами первого и шестого блоков управления знаком операнда, выход сумматора по модулю два соединен с управляющими входами второго и пятого блоков управления знаком операнда, вьсходы второго, третьего и четвертого генераторов отсчетов спектра являются соответственно выходами

отсчетов действительной и мнимой составляющих спектра комплексного сигнала второго,, третьего и четвертого поддиапазонов анализа спектра, управляющие 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 разрядов счетчика параметра частоты цифрового генератора гармонических функций

Лл ,

PL

1}

Фиг.

Фие.З