Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала

 

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

СОЮЗ СОВЕТ(НИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„$0„„14065

Ш 4 G 01 R 23 16

А2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

®Q r. ;.;.:., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54 ) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР МГНОВЕННОГО СПЕКТРА КОМПЛЕКСНОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к цифро"

P3)

Pg) (61 ) 1095093 (21 ) 41 6481 0/24-21 (22) 22.12.86 (46) 30.06.88. Бюл. У 24 (71) Институт кибернетики им, В,М.Глушкова (72) В.Я.Краковский и В.Ф.Коваль (53) 621.317.757 (088.8) (56) Голд Б., Рейфер И. Цифровая обработка сигналов. М.: Советское радио, 1973.

Авторское свидетельство СССР.

М 1095093, кл. G 01 R 23/16, 1983. вой 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 де" лителем 24 частоты. ЦАМС имеет повышенное быстродействие.и, как следствие, расширенный частотный диапазон анализируемых комплексных сигналов .

3 ил.

1406507

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, предназначено для обработки сигналов в реальном ! масштабе времени и может быть исполь5 зовано в задачах выделения полезных сигналов на фоне помех, в спектральном анализе, в задачах классификации комплексных сигналов и т.п.

Цель изобретения — повышение быст- 1р родействия цифрового анализатора мгновенного спектра комплексного сигнала и, как следствие, расширение частотного диапазона анализируемых комплексных сигналов, l5

На фиг.l изображена структурная схема цифрового анализатора мгновен" ного спектра комплексного сигнала; на фиг.2 - схема цифрового генератора гармонических функций; на фиг. 3 -20 схема генератора отсчетов спектра.

Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала содержит ,; два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) 1 и 2, блоки 3 и 4 оперативной 25, памяти (БОП), сумматоры 5 и 6, регистры 7 и 8, цифровой генератор 9 гармонических функций, регистр 10, блоки 11 — 14 умножения с регистрами

15 - 18, сумматоры 19 и 20 с регистрами 21 и 22, генератор 23 тактовых

1 импульсов с делителем 24 частоты, сумматор 25 по модулю два, два мультиплексора. 26 и 27, шесть блоков

28 — 33 управления знаком операнда, четыре генератора 34.1 — 34.4 отсче1 тов спектра и блок 35 задержки.

На. входы АЦП 1 и 2 поступает действительная х(т,) и мнимая у(1) составляющие входного комплексного сиг- 40 нала r(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 4. Выходы сумматоров 5 и 6 соединены соответственно с информационными входами регистров

7 и 8, выход регистра 7 соединен с первыми входами блоков 11 и 12 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 вторым выходами цифрового генератора

9 гармонических функций, выходы блоков ll и 12 умножения соединены соответственно через регистры 15 и !6 с первыми входами сумматоров 19 и 20, выходы блоков 13 и 14 умножения соединены соответственно через регистры

17 и 18 с вторыми входами сумматоров

20 и 19, выходы которых соединены с информационными входами соответственно регистров 22 и 21, выходы которых соединены соответственно с вторым и первым информационными входами гене" ратора 34.1 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 объединеи с первым входом мультиплексора 27 и соединен с выходом 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

34.2 отсчетов спектра через блок 29 управления знаком операнда и с вторым информационным входом генератора 34.4 отсчетов спектра через блок

33 управления знаком операнда, пер" вый и второй информационные входы генератора 34 .3 отсчетов спектра соединены с выходами соответственно ре" гистра 21 и 22 через блоки 30 и 31 управления знаком операнда, управляю" щие входы мультиплексоров 26 и 27 объединены с управляющими входами блоков 30 и 31 управления знаком опе" ранда и с первым входом сумматора

25 по модулю два и подключены к пер" вому выходу блока 35 задержки, второй выход которого соединен с вто" рым входом сумматора 25 по модулю два н с управляющими входами блоков

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

29 и 32 управления знаком операнда, выходы генераторов . 34 .2, 34 .3 и 34.4 отсчетов спектра являются соответстз 140650 венно выходами отсчетов,действительной и мнимой составляющих спектра комплексного сигнала второго, третьего и четвертого поддиапазонов анализа спектра. управляющие входы всех

Б генераторов отсчетов спектра и блока

35 задержки объединены с первым входом управления цифрового 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- 20 ответственно с выходами первого и второго разрядов счетчика 36 параметра частоты цифрового генератора гармонических функций.

Цифровой генератор 9 гармонических 25 функций содержит последовательно соединенные счетчик 36 параметра частоты, сумматор 37, регистр 38 и функциональный преобразователь 39, причем выходы функционального прербраэо- д0 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 соот.

35 ветственно первым и вторым входами управления генератора.

Генератор 34.1 (i е 1,4) отсчетов спектра содержит два сумматора 40 и

41, два БОП 42 и 43 и четыре регист- 4п ра 44 — 47, причем первые входы сумматоров 40 и 41 являются информационными входами генератора, выходы сумматоров 40 и 41 соединены соответственно через регистры 44 и 45 с инфор- 45 мационными входами БОП 42 и 43, выходы 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.

Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала работает следующим образом, 7

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 4, сумматорах 5 и 6, а также в регистрах 7 и 8 происходит в N/4 раз реже, чем в остальных блоках анализатора.

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:

q г = r (q) — r(q-и) = (x(q) — x(q-N)J + 3 (Z(q) - у(о-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 А1 = х(ц+1) и В =у(ц+1), и подают их на входы БОП 3 и 4 и первые входы сумматоров 5 и 6, на вторые входы которых с выходов блоков

3 и 4 поданы значения А = x(q-0+1) и В = y(q-N+1).

Сумматоры 5 и 6 производят соответственно вычитания А -А и В -В

3 1.... 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 разрядности АЦП 1 и .2.

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

1406507

Р 6 3N/4, N-1.

S, Эти составляющие весовых коэффициентов вырабатывает цифровой генератор 9 гармонических функций и по" дает на информационные входы регистра 10, причем с помощью генератора

23 тактовых импульсов работа схемы синхронизации таким образом, что с приходом каждого тактового импульса в регистр 10 записываются значения С и S а генератор 9 начинает вырабатывать следующую пару коэффициен, тов. Разделительные регистры выполняют функции сверхоперативных запо ìèíàþùèõ устройств.

При необходимости выработки оче-! ! ! редного отсчета гармонической функ" ции на стробирующий вход регистра

1 38 генератора 9 гармонических функ ; ций с выхода генератора 23 тактовых импульсов поступает импульс, который

, записывает в регистр 38 код с выхо1, да сумматора 37. Зтот код поступает ;на вход функционального преобразова . теля 39, где производится соответст -вующее преобразование. С приходом следующего импульса на стробирующий вход регистра 38, в него с выхода сумматора 37 записывается сумма кода предыдущего значения аргумента и ко да номера отсчета сигнала с выхода

; счетчика 36 параметра частоты, т,е.

:значение для следующего номера гармоники.

Значения произведения с выхода блока 11 умножения подается на информационный вход регистра 15, значение произведения с выхода блока 12 умно.жения подается на информационный вход регистра 16, значение произведе.ния с выхода блока умножения 13 подается на информационный вход регистра 17, значение произведения с выхода блока умножения 14 подается на информационный вход регистра 18. 3апись информации в эти регистры производится следующим тактовым импульсом, Выходы регистров 15 и 18 подаются на входы сумматора 19, где образуется их сумма, которая подана на информационный вход регистра 21 ° Выходы регистров 16 и 17 поцаются 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 тактовым импульсом, Ha выходах регистров 21 и 22 синхронно с подачей очередного импульса с выхода генератора 23 тактовых им". пульсов появляются соответственно действительная БейF (Р,) и мнимая

ZÄ F (Р„) составляющие приращения сйектра для первого поддиапазона (Р (:-О,,N/4 - ) ., 1О Далее вычисления разделяются на четыре параллельных конвейера, в первом из которых вычисляется Fg(P„), во втором . — Р (Р ), в третьем

F (Рз ) и в четвертом — F (Р ) при-!

5 чем P рИ/4, N/2-1; Р еИ 2, ЗИ 4-1;

Значения приращения спектра для

20 первого поддиапаэона подаются соответственно на информационные входы первого генератора 34.1 отсчетов спектра и одновременно через соответственно блоки 30 и 3! управления

25 знаком операнда - на информационные входы генератора 34.3 отсчетов спект.ра. Кроме того, эти же составляющие приращения спектра подаются на входы мультиплексоров 26 и 27 таким образом, 30 что при четных значениях номера о отсчета исследуемого сигнала Г(с ) (первый выход блока 35 задержки,представляющий собой задержанный на три такта выход первого разряда счетчиЗ5 ка 36 параметра частоты цифрового генератора 9 гармонических функций, равен логическому нулю) на выходе мультиплексора 26 появляется дейст" вительная составляющая приращения

40 спектра, а на выходе мультиплексора

27 — мнимая составляющая. При нечетных значениях q подключение блоков противоположное, в результате чего реализуется поворот вектора прираще45 ния спектра на 90 . Выход мультиплексора 26 подается через блок 28 управления знаком операнда на первый информационный вход второго генератора отсчетов спектра 34.2 и через

5П блок 32 управления знаком операнда на первый вход генератора 34 .4: отсчетов спектра, Выход мультиплексора 27 подается через блок 29 управления знаком операнда на второй информационный вход генератора отсчетов спектра 34.2 и через блок 33 управления знаком операнда — на второй информационный вход генератора 34.4 отсчетов спектра, 7 14

Блоки 28-33 управления знаком опе-. ранда либо сохраняют знак операнда (при подаче на их. управляющие входылогического 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 служит выход сумматора 25 по модулю два, реалиэующе" го логическую функцию ИСКЛЮЧАКЩЕЕ

ИЛИ над логическими значениями первого и второго выходов блока 35 за" держки. Необходимость введения блока

35 задержки обусловлена конвейерным характером обработки информации в предлагаемом устройстве, так как но" .мер гармоники, приращение спектра для которой выставлено на выходах регистров 21 и 22, отстает на три от номера гармоники, значение о для которой выставлено на выходах счетчика 36 параметра частоты цифрового генератора .9 гармонических функций. Соответст-. венно в блоке 35 задержки производится задержка выдачи значений двух младших 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 предьдущем шаге сколь" жения, Все генераторы отсчетов спектра работают одинаково. Действительная часть ReaF <(P;) и мнимая часть

IgdF<(P;) приращения спектра подаются соответственно на первые входы сумматоров 40 и 41, на вторые входы которых с выходов соответственно регистров 46 и 47 подаются значения соответствующих составляющих отсчетов спектра, полученных на предьдущем ша"

ra скольжения, Обновленные значения составляющих спектра следующим тактовым импульсом записываются в регистры 44 и 45 и подаются на выход соответствующего поддиапазона анализатора спектра. В сумматорах 40 и 41 суммирование производится с учетом масштабного множителя 1/N, а так как

N = 2, где n — - целое, то учет этого ь

06507 8 масштабного множителя осуществляется весьма просто путем соответстнующего сдвига на и разрядов.

45 первый вход первого мультиплексора объединен. с нторым входом второго

5

Ъ

I

Выходы ре гис тров 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 Х Г,(Р;+2). Число ячеек н каждом из БОП 42 и 43 равно

Nt4 — 2. Следует иметь в виду, что в тот момент времени, когда на выход

i- ro поддиапазона анализатора подаHbt отсчеты гармоники с номером Р; (записайные н регистрах 44 и 45), на выходах регистров 46 и 47 и 21 и 22 установлены операнды, соответствующие номеру гармоники Р; +1, на выходах регистров 1.5 - 18 и БОП 42 и 43 устанавливаются операнды, соответствующие номеру гармоники Р1+2, на выходах регистров 7, 8 и 10 устанавливаются операнды, соответствующие номеру гармоники 1 ; +3, и, наконец,цифровой генератор 9 гармонических функций готовит в этот момент весовые коэффициенты, соответстнующие номеру гармоники Р.+4.

1 и

Формула изобретения

Цифровой анализатор мгновенного спектра комплексного сигнала по авт, св. Р 1095093, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьппения его быстродействия, в него введены сумматор по модулю два, два мультиплексора, шесть блоков управления знаком операнда, три генератора отсчетов спектра и блок задержки, причем мультиплексора и соединен с выходом третьего регистра, второй вход первого мультиплексора объединен с первым входом второго мультиплексора и соединен с выходом четвертого регистра, выход первого мультиплексора соединен с первым информационным входом второго генератора отсчетов спектра через первый блок управления знаком операнда и с первым информационным входом четвертого генератора отсчетов спектра через пятый блок управления знаком операнда, 9 40б5 выход второго мультиплексора соединен с вторым информационным входом второго генератора отсчетов спектра через второй блок управления знаком

5 операнда и с вторым информационным входом четвертого генератора отсчетов спектра через шестой блок управления знаком операнда, первый и второй информационные входы третьего 10 генератора отсчетов спектра соединены с выхоцами соответственно третьего и четвертого регистров через третий и четвертый блоки управления знаком операнда управляющие входы 15 мультиплексоров объединены с управляющими входами третьего и четвертого блоков управления знаком операнда и с первым входом сумматора по модулю два и подключены к первому вы= 20 ходу блока задержки, второй выход

1 которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два и с управляюо !О 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, выходы второго, третьего и четвертого генераторов отсчетов спектра являются соответственно выходами отсчетов действительной и мнимой составляющих спектра комплексного сигнала второго, третьего и четвертого подциапазонов 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.. 1406507

ФаЯ

Составитель IO.Àäeeâ

Техред А.Кравчук

Корректор М. Васильева

Редактор А.Ревин

Заказ 3187/40 Тираж 772 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужг р д, у . P жго о л. Проектная, 4