Цифровой анализатор мгновенного спектра

 

1. ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР МГНО ВЕННОГО СПЕКТРА, содержащий аналогоцифровой преобразователь, информационный вход которого является входом анализатора, а выход подключен к информационному входу первого блока оперативной памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока оперативной памяти, выход первого сумматора соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен с первыми входами первого ивторого блоков умножения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго регистра, входы которого соединены с двумя выходайй цифрового генератора гармонических функций, второй и третий сумматоры, первые входы которых подключены соответственно к выходам третьего и четвертого регистров, выходы этих сумматоров соединены с входами соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти через пятый и шестой регистры, выходы этих регистров являются выходами устройства , выходы второго и третьего блоков оперативной памяти соединены с вторыми входами соответственно второго и третьего сумматоров через седьмой и восьмой регистры, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты , с входом цифрового генератора гармонических функций, управляющим входом второго регистра и управляющими входами второго и третьего блоков оперативной памяти и всех регистров, кроме первого, управляющие входы первого регистра, первого блока оперативной памяти и аналого-цифрового преобразователя объединены и соедиI нены с выходом делителя частоты, отличающийся тем, что, 0 с целью расширения функциональных возможностей цифрового анализатора мгновенного спектра и повьшения его быстродействия, в него введены второй аналого-цифровой преобразователь, вход которого является вторым входом устройства, четвертый блок опеСО СП ративной памяти, три сумматора, два блока умножения и пять регистров, о со при этом управляннцие входы второго аналого-цифрового преобразователя, 00 четвертого блока оперативной памяти, девятого регистра объединены и соединены с управляющим входом цифрового генератора гармонических функций, управляющие входы остальных регистров соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго аналого-цифрового преобразователя подключен .к информационному входу четвертого блока оперативной памяти и первому входу четвертого сумматора , второй вход которого соединен с выходом четвертого блока оператив

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ССЮВЛКП Н

РЕСПУБЛИН эЮ С01й 316

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QfHPblYHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

N kRTOPCHOMV CIH+ETlglЛ |

1 (21) 3549958/18-21 (22) 08.02.83 (46) 30.05. 84. Бюл. N 20 (72) В.Я.Краковский и В.Ф.Коваль (71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В.N.Ãëóøêîâà (53) 621.317.757(088.8) (56) 1. Патент США В 3778606, кл. 235-156, 1973.

2 ° Авторское свидетельство СССР

У 932419, кл. G 01 R 23/00, 1982. (54) (57) 1. ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР ИГНОВЕННОГО СПЕКТРА, содержащий аналогоцифровой преобразователь, информационный вход которого является входом анализатора, а выход подключен к информационному входу первого блока оперативной памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока оперативной памяти, выход первого сумматора соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен с первыми входами первого:и второго блоков умножения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго регистра, входы которого соединены с двумя выходамй цифрового генератора гармо-. нических функций, второй и третий сумматоры, первые входы которых подключены соответственно к выходам третьего и четвертого регистров, выходи этих сумматоров соединены с вхо. дами соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти через пятый и шестой регистры, выходы этих регистров являются выходами устройства, выходы второго и третьего блоков оперативной памяти соединены с вторыми входами соответственно второго и третьего сумматоров через седьмой и восьмой регистры, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, с входом цифрового генератора гармонических функций, управляющим входом второго регистра и управляющими входами второго и третьего блоков оперативной памяти и всех регистров, кроме первого, управляющие входы первого регистра, первого блока оперативной памяти и аналого-цифрового преобразователя объединены и соединены с выходом делителя частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей цифрового анализатора мгновенного спектра и повышения его быстродействия, в него введены второй аналого-цифровой преобразователь, вход которого является вторым входом устройства, четвертый блок оперативной памяти, три сумматора, два блока умножения и пять регистров, при этом управляющие входы второго аналого-цифрового преобразователя, четвертого блока оперативной памяти, девятого регистра объединены и соединены с управляющим входом цифрового генератора гармонических функций, управляющие входы остальных регистров соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго аналого-цифрового преобразбвателя подключен,к информационному входу четвертого блока оперативной памяти и первому входу четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока оператив1095093

25 зр ной памяти, выход четвертого сумматора через девятый регистр соединен с первыми входами третьего и четвертого блоков умножения, вторые входы

|которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго регистра, выходы первого, второго, третьего и четвертого блоков умножения подключены соответственно к входам десятого, одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого регистров, выходы десятого и тринадцатого регистров подключены к первому и второму входам пятого сумматора, выход которого соединен с входом третьего регистра, выходы одиннадцатого и двенадцатого регистров подключены к пер1

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 и в спектральном анализе.

Известен цифровой анализатор мгновенного спектра, который содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), информационные входы которых являются входами устройства, а выходы соединены с информационными входами первого и второго блоков оперативной памяти (БОП) и первыми входами первого и второго сумматоров, вторые входы этих сумматоров соединены с выходами соответствующих БОП, цифровой генератор гармонических функций, четыре блока умножения, входы кото.рых попарно объединены, третий, четвертый, пятый и шестой сумматоры, ретий и четвертый БОП, информационные входы которых являются выходами устройства (1), Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, ограничивающее частотный диапазон анализируемых сигналов.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является цифровой анализатор мгновенного спектра, содержащий аналого-цифровой превому и второму входам шестого сумматора, выход которого соединен с входом четвертого регистра.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е се с я тем, что цифровой генератор гармонических функций содержит последовательно соединенные счетчик параметра частоты, сумматор, регистр и функциональный преобразователь, причем выходы функционального преобразователя являются выходами генератора, а его вход одновременно соединен с вторым входом сумматора, а управляющие входы регистра и счетчика являются соответственно первым и вторым входами генератора.

2 образователь, информационный вход которого является входом анализатора, а выход подключен к информационному входу первого блока оперативной памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока оперативной памяти, выход первого сумматора соединен с информационным входом пер1р вого регистра, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков умножения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго регистра, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами цифрового генератора гармонических функций, второй и третий сумматоры, первые входы которых подклю2р чены соответственно к выходам третьего и четвертого регистров, выходы этих сумматоров соединены с входами соответственно второго и. третьего блоков оперативной памяти через пятый и йестой регистры соответственно, выходы этих регистров являются выходами устройства,.выходы второго и третьего блоков оперативной памяти соединены с вторыми входами соответственно второго и третьего сумматоров через седьмой и восьмой регистры, генератор тактовых. импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты,. первым входом цифЭ 109509 рового генератора гармонических функций и управляющими входами второго и третьего блоков оперативной памяти и всех регистров, кроме первого, управляющие входы первого регистра, второго блока оперативной памяти и аналого-цифрового преобразователя объединены и соединены с выходом делителя частоты f2), Недостатком этого анализатора 10 является отсутствие возможности осуществлять анализ комплексных сигналов, что ограничивает возможность применения такого устройства в системах обработки и отображения информа- 15 ции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей цифрово- го анализатора мгновенного спектра и повышение его быстродействия. 20

Укаэанная цель достигается тем, что в цифровой анализатор мгновенного спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, информацион- .

HblA вход которого является входом 25 анализатора, а выход подключен к информационному входу первого блокй оперативной памяти и первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока оперативной памяти, выход первого сумматора соединен с информационным, входом первого регистра, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков умножения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго регистра, входы которого сое" динены с двумя выходами цифрового генератора гармонических функций, второй и третий сумматоры, первые входы которых подключены соответственно к выходам третьего и четвертого регистров, выходы этих сумматоров соединены с входами соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти через пятый и шестой регистры, выходы регистров являются выходами устройства, выходы второго и третьего блоков оперативной памяти соединены с вторыми входами соответственно второго и третьего сумматоров через седьмой и восьмой регистры, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, с входом цифрового генератора гармонических функций, управляющим входом второго регистра и управляю" щими входами второго и третьего бло3 4 ков оперативной памяти и всех регистров, кроме первого, управляющие входы первого регистра, первого блока оперативной памяти и аналого-цифрового преобразователя объединены и соединены с выходом делителя частоты, введены второй аналого-цифровой преобразователь, вход которого является вторым входом устройства, четвертый блок оперативной памяти, три сумматора, два блока умножения, и пять регистров, при этом управляющие входы второго аналого-цифрового преобразователя, четвертого блока оперативной памяти, девятого регистра объединены и соединены с управ-. ,ляющим входом цифрового генератора гармонических функций, управляющие входы остальных регистров соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго аналого-цифроврго преобразователя подключен к информационному входу четвертого блока оперативной памяти и первому входу четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока оперативной памяти, выход четвертого сумматора через девятый регистр соединен с первыми входами третьего и четвертого блоков умножения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго регистра, выходы первого, второго, третьего и четвертого блоков умножения подключены соответственно к входам десятого, одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого регистров, выходы десятого и тринадцатого регистров подключены соответственно к первому и второму входам пятого сумматора, выход которого соединен с входом третьего регистра, выходы одиннадцатого и двенадцатого регистров подключены соответственно к первому и второму входам шестого сумматора, выход которого соединен с входом четвертого регистра.

Кроме того, цифровой генератор гармонических функций содержит последовательно соединенные счетчик параметра частоты, сумматор, регистр и функциональный преобразователь, причем выходы функционального преобразователя являются выходами генератора, его вход одновременно соединен с вторым входом сумматора, а управляющие входы регистра и счетчика явS 1095 ляются соответственно первым и вторым входами генератора.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового анализатора мгновенного спектра; на фиг. 2 — схема цифрового генератора гармонических функций °

Анализатор содержит два аналогоцифровых преобразователя (АЦП) 1 и 2, на входы которых поступает действительная и мнимая составляющие вход- ного комплексного сигнала, блоки 3 и 4 оперативной памяти (БОП), сумматоры 5 и 6, первый и девятый регистры 7 и 8, цифровой генератор 9 гармо-15 нических функций„ второй регистр 10 для хранения отсчетов этих функций, первый, второй, третий и четвертый блоки 11 — 14 умножения с десятым, одиннадцатым, двенадцатым и тринадцатым регистрами 15 — 18, пятый и шестой сумматоры 19 и 20 с третьим и четвертым регистрами 21 и 22, второй и третий сумматоры 23 и 24 с пятым и шестым регистрами 25 и 26, второй и третий БОП 27 и 28 с седьмым и восьмым регистрами 29 и 30, генератор 31 тактовых импульсов с делителем 32 частоты.

Цифровой генератор 9 гармонических функций .содержит (фиг. 2) функциональный преобразователь 33, регистр 34, сумматор 35 и счетчик 36 параметра частоты, стробирующий вход которого соединен с выходом делителя частоты 32. Стробирующий вход регистра 34 соединен с выходом генератора тактовых импульсов 31.

Анализатор работает следующим образом.

Генератор 31 тактовых импульсов

40 и делитель 32 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 регистрах 7 и 8 происхо45 дит в р раз реже, чем в остальных блоках анализатора, где р — число определяемых гармоник спектра,p6 N, Разрядность БОП 3 и 4 соответствует разрядности преобразователей 1

50 и 2, а число ячеек равно N. С приходом каждого запускающего импульса с выхода делителя 32 частоты нроисходит запись составляющих приращения отсчета

093 Ь в регистры 7 и 8 ° В блоки 3 и 4 записываются соответственно значения

Х() и Ц((). Преобразователи 1 и 2 вырабатывают коды составляющих нового отсчета соответственно А1=1г(ф+1) и В4 = (ф+1) и подают их на входы блоков 3 и 4 и первые входы сумматоров 5 и 6, на вторые входы которых с выходов блоков 3 и 4 поданы значе, ния A=x(y-И+1) и В=1 ((-Я+1) .Сумматоры 5 и 6 производят соответственно вычитания А,-A и В, -В и результаты подают на информационные входы регистров 7 и 8. В таком состоянии блоки 1-8 остаются до прихода следующего импульса с делителя частоты 32, 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. На вторые входы блоков 11 и 13 умножения с первого выхода регистра 10 последовательно во времени поступает значение действительной составляющей весового коэффициента С. А на вторые входы блоков 12 и 14 умножения со второго выхода регистра 10 последовательно во времени поступает значение мнимой составляющей весового коэффициента S. Эти составляющие весовых коэффициентов вырабатывает цифровой генератор 9 гармонических функций и подает на информационные входы регистра 10. Причем, с помощью генератора тактовых импульсов 31 работа схемы синхронизирована таким образом, что с приходом каждого тактового импульса в регистр 10 записываются значения С и S, а генератор 9 начинает вырабатывать следующую пару коэффициентов. Разделительные регистры выполняют функции сверхоперативных запоминающих устройств.

При необходимости выработки очередного отсчета гармонической функции на стробирующий вход регистра 34 генератора 9 гармонических функций с выхода генератора 31 тактовых импульсов поступает импульс, который записывает в регистр 34 код с выхода сумматора 35. Этот код поступает на вход функционального преобразователя 33, 95093 8

ЗО

Выходы регистров 21 и 22 соединены соответственно с первыми входами сумматоров 23 и 24, на вторые входы которых подаются соответственно выходы регистров 29 и 30, в которых записаны соответствующие значения действительной и мнимой составляющих cIIPKT ра, полученных на предыдущем шаге скольжения. Суммирование в сумматорах 23 и 24 производится с учетом масштабного множителя 1/N, а так как

И

¹2, где п — целое, то учет этого

40

10 где производится соответствующее преобразование. С приходом следующего импульса на стробирукнций вход регистра 34 в регистр 34 с выхода сумматора 35 записывается сумма кода предыдущего значения аргумента и кода номера отсчета сигнала с выхода счетчика 36 параметра частоты, т.е. значение для следующего номера гармоники.

Значение произведения с выхода блока 11 умножения подается на информационный вход регистра 15, значение произведения с выхода блока 12 умножения подается на информационный вход регистра 16, значение произведения с выхода блока умножения 13 подается на информационный вход регистра 17, значение произведения с выхода блока умножения 14 подается на информационный вход регистра 18. Запись 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 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 тактовым импульсом. масштабного множителя осуществляется путем соответствующего сдвига -на и разрядов. На выходе сумматора 23 получается сумма действительной составляющей спектра, которая подается на

5 информационный вход регистра 25.

С выхода сумматора 24 сумма мнимой составляющей спектра подается на информационный вход регистра 26. Запись в регистры 25 и 26 производится следукпцим тактовым импульсом.

С выходов регистров 25 и 26 значения отсчетов мгновенного спектра поступают на выход анализатора, и одновременно, на информационные входы соответственно БОП 27 и 28.

Следующим тактовым импульсом.в регистры 29 и 30 с выходов БОП 27 и 28 записываются следующие значения

20 отсчетов. Число ячеек памяти в каждом из БОП 27 и 28 равно P-2. Следует иметь в виду, что в тот момент времени, когда на выход анализатора поданы отсчеты гармоники с номером р (записанные в регистрах 25 и 26), на выходах регистров 21, 22, 29 и 30 установлены операнды, соответствующие номеру гармоники р+1, на выходах регистров 15 — 18, БОП 27 и 28 устанавливаются операнды, соответствующие номеру гармоники р+2, на выходах регистров 7, 8 и 10 устанавливаются операнды, соответствующие номеру гармоники р+3, и наконец, цифровой генератор гармонических функций 9 готовит в этот момент весовые коэффициенты, соответствующие номеру гармоники р+4. . Таким образом, с помощью предлагаемого анализатора спектра можно вести обработку комплексных сигналов с повьппенным быстродействием. Это достигается за счет проведения вычислительных.операций в паузах между вводом отсчетов и обеспечения сколь45 зящего режима анализа спектра для комплексных сигналов.

1095093

1095093

Составитель А.Орлов

Редактор А.Химчук Техред С.Мигунова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3588/27 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

ces p

2Й

Si n pg

2Я