Цифровой анализатор мгновенного спектра

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCH0lVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1095093 (21) 4144497/24-21 (22) 14.07.86 (46) 29.02.88. Бюл. И 8 (7!) Институт кибернетики им. В.М.Глушкова (72) В.Я.Краковский и В.Ф.Коваль, (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 9324!9, кл. G 01 R 23/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1095093, кл. G 0! R 23/16, 1983.

„„SU„„1377762 A 2 (54) ЦИФРОВой АНАЛИЗАТОР МГНОВЕННОГО

СПЕКТРА (57) Изобретение предназначено для обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано при выделении полезных сигналов на фоне помех. Цель изобретения — повышение быстродействия устройства. Цифровой анализатор содержит аналогоцифровые преобразователи 1 и 2, сумматоры 5 и 6, цифровой генератор 9

1377762

1,0

30

35 гармонических функций, блоки.11-14 умножения, 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 памяти. В устройство введены блоки 33 . и 34 управления знаком операнда, сумматоры 36 и 37, блоки 40 и 41 оперативной памяти, регистры 38, 39, 42 и 43 и блок 35 задержки. Длительность такта работы определения мгновенного спектра определяется в основном вре1.

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, предназначено для обработки. сигналов в реальном масштабе времени, может быть использовано в задачах выделения полезных сигналов на фоне помех и в спектральном анализе и является усовершенство ванием изобретения по авт. св.

Ф 1095093.

Цель изобретения — повышение быстродействия цифрового анализатора мгновенного спектра.

На чертеже представлена структурная схема цифрового анализатора мгновенного спектра.

Анализатор содержит два аналогоцифровых преобразователя (АЦП) 1 и 2, на входы которых поступает действительная и мнимая составляющие входно"

ro комплексного сигнала, блоки 3 и 4 оперативной памяти (БОП), сумматоры

5 и 6, первый 7 и девятый 8 регистры цифровой генератор 9 гармонических функций, второй регистр 10 для хране" ния отсчетов этих функций, первый 11 второй 12, третий 13 и четвертый 14 блоки умножения с десятым 15, одиннадцатым 16, двенадцатым 17 и тринад" цатым 18 регистрами, пятый 19 и шестой 20 сумматоры с третьим 21 и четвертым 22 регистрами, второй 23 и третий 24 сумматоры с пятым 25 и шестым 26 регистрами, второй 27 и третий 28 БОП с седьмым 29 и восьмым 30 регистрами, генератор 31 тактовых импульсов с делителем 32 частоты.

Кроме того, устройство содержит вновь введенные первый 33 и второй 34 менем выполнения операции умножения.

Выполнение операции управления знаком операнда, осуществляемое в одном такте с суммированием в сумматорах

36 и 37, не увеличивает длительности такта работы. В это же время за счет параллельного вычисления двух спектров период дискретизации анализируемого сигнала может быть уменьшен в

2 раза, что приводит к расширению частотного диапазона анализируемых сигналов. 1 ил.

2 блоки управления знаком операнда, информационные входы которых соединены с выходами соответственно третьего 21 и четвертого 22 регистров, а управляющие входы объединены и подключены к выходу блока задержки 35, вход которого соединен с выходом первого разряда счетчика параметра частоты цифрового генератора 9 гармонических функций, а выходы их подсоединены к первым входам соответственно седьмого 36 и восьмого 37 сумматоров. Выходы седьмого 36 и восьмого 37 сумматоров подсоединены соответственно через четырнадцатый 38 и пятнадцатый 39 регистры к информационным входам соответственно пятого 40 и шестого 41 блоков оперативной памяти; выходы регистров 38 и 39 являются вторыми выходами устройства. Выходы пятого 40 и шестого 41 блоков оперативной памяти соединены соответственно через шестнадцатый 42 и семнадцатый 43 регистры с вторыми входами соответственно седьмого 36 и восьмого 37 сумматоров.

Управляющие входы всех введенных регистров, блоков оперативной памяти и блока задержки соединены с выходом генератора 31 тактовых импульсов.

Анализатор работает следующим образом.

Генератор 31 тактовых импульсов 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 проис1377762 ходит в N/2 раз реже, чем в остальных блоках анализатора.

Разрядность БОП 3 и 4 соответствует разрядности преобразователей 1 и 2

Э а число ячеек равно N. С приходом каждого запускающего импульса с выхода делителя 32 частоты происходит запись составляющих приращения отсчета 10 л К % = f (q) - f (q N) Сх(я) — x(q-11)3 + 1 Cy(q) — y(q- 1)1, где x(q) — q-й отсчет анализируемого сигнала;

y(q) — q-й отсчет квадратурной составляющей анализируемого сигнала, в регистры 7 и 8., В блоки 3 и 4 записываются соответственно значения x(q) и y(q).

Преобразователи 1 и 2 вырабатывают коды составляющих нового отсчета соответственно А„= x(q+1) и В, = у(ц+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 значения A == x(q-N+l) и В = y(q-N+1). Сумматоры 5 и 6 производят соответственно вычитания А,-А 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 32 частоты, который записывает значения прираще- 35 ний 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. 40

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 пер- 45 вого выхода регистра 10 последовательно во времени поступает значение действительной составляющей весового коэффициента С, а на вторые входы блоков 12 и 14 умножения с второго 50 выхода регистра 10 последовательно во времени поступает значение мнимой составляющей весового коэффициента

S. "Эти составляющие весовых коэффициентов вырабатывает дифровой генера- 55 тор 9 гармонических функций и подает на информационные входы регистра 10.

При этом с помощью генератора 31 тактовых импульсов 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.

Значения произведений с выходов блоков 11-14 умножения подаются на информационные входы регистров 1518 соответственно. Запись информации в эти регистры производится следующим тактовым импульсом.

Выходы регистров 15 и 18 подаются на входы сумматора 19, где обраэуется их сумма, которая подана на информационный вход регистра 21. Выходы регистров 16 и 17 подаются на входы сумматора 20, где образуется их алгербаическая сумма, которая подается на информационный вход регистра 22.

Запись информации в регистры 21 и 22 производится синхронно следующим тактовым импульсом. Вычисленное значение приращения спектра лР (Р, ) с выходов регистров 21 и 22 подается соответственно на первые входы сумматоров 23 и 24 и одновременно через блоки 33 и 34 управления знаком операнда подается соответственно на первые входы сумматоров 36 и 37. Причем в блоках 33 и 34 знак приращения F (P„) или сохраняется при q четном, или меняется на противоположный при

q нечетном. Признак четности снимается с выхода блока 35 задержки, вход которого соединен с выходом первого разряда счетчика параметра частоты блока цифрового генератора 9 гармонических функций. Необходимость введения блока 35 задержки обусловлена конвейерным характером обработки информации в предлагаемом устройстве, так как номер 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. параметра частоты цифрового генератора 9 гармонических функций.

Соответственно в блоке 35 задержки производится задержка выдачи признака четности PF(q) на три периода действия импульсов с выхода генератора

31 тактовых импульсов. Конструктивно блок 35 задержки может представлять.

1377762 собой 3-разрядный сдвиговый регистр, содержащий всего три триггера.

На вторые входы сумматоров 23 и

24, а также сумматоров 36 и 37 подаются соответственно выходы регистров

29 и 30, а также соответственно регистров 42 и 43, в которых записаны соответствующие значения действительных и мнимых составляющих спектра со- 10 ответственно первого и второго поддиапазонов, полученных на предыдущем шаге скольжения.

Суммирование в сумматорах 23 и 24, а также в сумматорах 36 и 37 производится с учетом масштабного множителя 1/И, а так как N = 2, где n — це" лое, то учет этого масштабного множителя осуществляется путем соответствующего сдвига на и разрядов. На выходе сумматора 23 получается сумма действительной составляющей спектра первого поддиапазона, которая подается на информационный вход регистра

25. С выхода сумматора 24 сумма мни- 25 мой составляющей спектра первого поддиапазона подается на информационный вход регистра 26, На выходе сумматора 36 получается сумма действительной составляющей спектра второго поддиапазона, которая подается на информационный вход регистра 38. С выхода сумматора 37 сумма мнимой составляющей спектра второго поддиапазона подается на информационнь1й вход регистра 39.

Запись в регистры 25, 26, 38 и 39 производится следующим тактовым импульсом. С выходов регистров 25 и 26 . значения отсчетов мгновенного спект40 ра первого поддиапазона поступают на первый выход анализатора и одновременно на информационные входы соответственно EDIT 27 и 28. С выходов регистров 38 и 39 значения отсчетов

45 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 записываются следующие значения отсчетов. Число ячеек памяти 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 отсче-. ты гармоник с номерами Р„.и Р (запи" санные в регистрах 25, 26, 38 и 39) на регистрах 21, 22, 29, 30, 42 . и

43 установлены операнды, соответствующие номерам гармоник P, + 1 и

Р + 1, на.выходах регистров 15-18, БОП 27, 28, 40 и 41 устанавливаются операнды, соответствующие номерам гармоник P, + 2 и Р + 2, на выходах регистров 7, 8 и 10 устанавливаются операнды, соответствующие номерам гармоник P, + 3 и P + 3 и, наконец, цифровой генератор 9 гармонических функций готов в этот момент весовые коэффициенты, соответствующие номеру гармоники P, + 4 и P + 4.

Заметим, что общий .объем памяти не возрос, так как емкость БОП 27 и 28 уменьшилась в два раза. Кроме того, разрядность делителя 32 частоты уменьшилась на один разряд.

Заметим также, что номера гармоник в первом и втором поддиапазонах,для которых одновременно выдаются отсче ты спектра, связаны соотношением Р

=Р, +N/2.

Длительность такта работы конвейерного устройства определения мгновенного спектра определяется в основном временем выполнения операции умножения в блоках 11-14, так что выполнение дополнительной операции управления знаком операнда в блоках 33 и 34, осуществляемое в одном такте с суммированием в сумматорах 36 и 37, не увеличит длительности такта работы. Б то же время за счет параллельного вычисления двух спектров период дискретизации анализируемого сигнала может быть уменьшен в два раза, что приводит к такому же расширению частотного диапазона анализируемых сигналов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Цифровой анализатор мгновенного спектра по авт. св. N 1095093, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения его быстродействия, в пего 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 вхо1377762

Техред M.Äèä ù, Редактор Э.Слиган

Еорректор А. Обручар

Заказ Зб7/41 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, ?1осква, Ж-35, Раушская,наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 дами соответственно пятого и шестого блоков оперативной памяти через соответственно четырнадцатый и пятнадцатый регистры, выходы этих регистров являются вторыми выходами устройства, 5 выходы пятого и шестого блоков оперативной памяти соединены с вторыми входами соответственно седьмого и восьмого сумматоров через соответст- 1О венно шестнадцатый и семнадцатый регистры, 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.