定点高动态范围快速傅立叶变换制造技术

公开产生快速傅立叶变换(FFT)的方法。该方法包括向两个或更多定点FFT算法提供输入信号，该算法应用不同的缩放比例来减少其输出的增长，从而导致每个FFT算法产生由不同增益表征的FFT输出值阵列。该方法还包括基于每个FFT输出值来确定具有相对高增益的FFT算法的输出值是否由于饱和而被限幅。如果不是，那么FFT算法的输出值将包含在最终的FFT中。否则，具有较低增益的FFT算法的输出值被包括在最终的FFT中。通过来自不同FFT的值的这种组合来重构最终的FFT允许从较高和较低增益FFT的优点中受益，同时避免或最小化它们的缺点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】定点高动态范围快速傅立叶变换
本公开总体上涉及数字信号处理，并且更具体地涉及用于计算定点快速傅立叶变换的算法。
技术介绍
接收器是一种电子设备，其接收例如形式的信号。电磁波(在电磁接收器的情况下)或声波(在声学接收器的情况下)并将接收到的信号转换成电子信号，然后对电子信号进行分析以提取由接收到的信号携带的信息。可以在时域中分析信号的行为(例如信号幅度如何随时间变化)以及频域(即组成信号的不同频率分量)，其中傅立叶变换在数学上将这两个域。另外，信号可以分析为连续的波形，或者在数字信号处理(DSP)应用中分析为一组大量的时域点。快速傅立叶变换(FFT)指用于计算以数字形式表示的信号的离散傅立叶变换(DFT)及其倒数(IDFT)的算法。由于在信号处理应用中普遍使用傅立叶变换，所以已经做出努力以计算方式改善其执行-因此许多FFT方法，例如时间抽取、频率抽取、基-2、基-4、混合基数等。然而，期望实现FFT的进一步改进。
技术实现思路
本公开的实施方案提供了用于计算定点FFT的机制。这些方法对于雷达和声纳接收器中的应用可能是特别有利的，其中可以使用FFT来确定对象的距离、位置或速度。然而，这些方法不限于这种应用，并且实际上可以用于使用定点FFT的任何应用中，例如，航空、电信、声源定位和分离等。根据本公开的一个方面，公开用于产生输入信号的FFT的计算机实施的方法。该方法包括：将第一FFT算法应用于输入信号以产生第一FFT，第一FFT包括用索引n索引的N个第一值输出1[n]；和将第二多级FFT算法应用于输入信号以产生第二FFT，第二FFT包括用和第一值相同的方式索引的N个第二值输出2[n]。第一FFT算法被配置为缩放第一FFT算法的一个或多个级的输出，使得第一FFT算法的增益为K，而第二FFT算法被配置为缩放第二FFT算法的一个或多个级的输出，使得第二FFT算法的增益为L，其中L小于K。缩放通常用于限制定点FFT的多级输出的增长，以避免FFT输出的饱和。该方法还包括通过基于第一值和第二值重建包括以索引n索引的N个FFT值输出[n]的FFT来产生FFT。通过对于每个索引n，确定第一值输出1[n]和第二值输出2[n]的比较是否满足预定条件，当满足时，确认/指示第一FFT的输出值[n]、第一值输出1[n]不饱和，然后在肯定确定后(即，当确定第一FFT的输出值[n]由于饱和而未削波时)，包括所述第一值输出1[n]作为FFT值输出[n]，并且在否定确定后(即，当确定第一FFT的输出值[n]由于饱和而削波时)，包括基于例如正比于或等于第二值输出2[n]的值作为FFT值输出[n]。由于通过使用第一和第二FFT算法的输出执行重建来计算FFT输出，所以这种方法在本文中被称为重建方法/算法，并且N个值FFT值输出[n]被称为重建值。在一些实施方案中，第一FFT算法是包括两个或更多个蝶形级的FFT算法，其中第一FFT算法的一个或多个级的输出的缩放包括对于复指数输入信号，缩放每对蝶形级的输出这样的缩放因子，该缩放因子等于第一FFT算法的蝶形级对的增长因子的倒数的两倍。当用于雷达或声纳接收器时，用于雷达或声纳接收器可以处理的任何类型的输入信号，这种缩放可以允许实现在具有可能针对特定输入信号获得的信噪比(SNR)值与成功处理该输入信号所需的SNR值之间的平衡。在示例性实施方案的本描述中，缩放有时用一个或多个FFT蝶形级的输出乘以某个缩放因子来描述。然而，本领域的普通技术人员将容易认识到，乘法仅仅是一个非限制性示例，因为基本上可以通过其他手段来实现相同的缩放，例如，通过移位或除以与乘法缩放中使用的因子相反的缩放因子。因此，如本文所述通过乘以缩放因子有效执行缩放的所有可能的缩放实现，并且缩放的所有可能的实现方式都有效地减小了缩放FFT输出级的输出，这在本公开的范围内。本公开的一个方面提供了一种系统，该系统至少包括接收器和被配置为执行在此描述的FFT重建方法的数据处理系统。在本公开的一些方面中，该系统可以是雷达或声纳系统，例如用于汽车应用或航空领域的雷达或声纳系统。该系统还可以包括雷达或声纳发射机。雷达发射机被配置为发送可以包括频率斜坡的无线电信号，而声纳发射机被配置为发送可以包括频率斜坡的声学信号。雷达接收器被配置为检测包括从对象反射的所发送的无线电信号的至少一部分的无线电信号，并且基于检测到的无线电信号为数据处理系统产生输入信号。声纳接收器被配置为检测包括从对象反射的所发送声纳信号的至少一部分的声纳信号，并且基于检测到的声纳信号为数据处理系统生成输入信号。在这两个系统中，数据处理系统被配置为提供输入信号作为FFT重建算法的输入，并且确定与对象的距离的指示，对象的速度的指示以及基于FFT重建算法的输出来指示对象的位置。本公开的另一方面提供了一种使用FFT重建算法来提取目标基带信号的系统。该系统至少包括数据处理系统，其被配置为接收输入信号并执行如本文所述的FFT重建算法，其中输入信号包括由一个或多个无线电天线检测的无线电信号或由一个或多个声纳传感器检测的声纳信号。数据处理系统进一步配置为基于FFT重建算法的输出提取基带信号。根据本公开的其他方面，包括至少接收器和被配置为执行本文描述的FFT重建方法的数据处理系统的系统可以是例如电信系统，用于正交频分复用，用于音频源定位和分离的系统，即用于确定或估计各种声源的空间位置(声源定位)的系统，其可以向环境提供声学贡献和/或区分一个或多个声源对声学环境(声源分离)的贡献，或者接收输入信号并对接收到的信号执行FFT以便得出关于环境的结论的任何其他系统。如本领域技术人员将认识到的，本公开的各方面，特别是本文描述的FFT重建方法可以以各种方式来体现-例如，作为方法、系统、计算机程序产品或计算机可读存储介质。因此，本公开的各方面可以采取全部硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些实施例通常可以被称为在此称为“电路”、“模块”或“系统”。在本公开中描述的功能可以被实现为由一个或多个处理单元执行的算法，例如，一台或多台计算机的一个或多个微处理器。在各种实施例中，本文描述的每个方法的不同步骤和步骤的部分可以由不同的处理单元执行。此外，本公开的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质(优选地非暂态计算机可读介质)中的计算机程序产品的形式，其具有例如存储在其上的计算机可读程序代码。在各种实施例中，这样的计算机程序可以例如被下载(更新)到现有的设备和系统(例如，到现有的接收器或/和它们的控制器等)，或者在制造这些设备时被存储并且系统。根据以下描述和权利要求，本公开的其他特征和优点是显而易见的。附图说明图1A和1B示出了示例性蝶形运算；图2示出了根据本公开的一个实施方案的示例性6-级基-2FFT算法的缩放；图3示出了根据本公开的另一实施方案的示例性6-级基-2FFT算法的缩放；图4提供了根据本公开的一个实施方案的FFT重建方法的示意图，该方法用于基于具有不同增益值的两个FFT算法产生输入信号的FFT输出；图5示出了根据本公开的一些实施方案的说明输入信号的实部和虚部的曲线图；图6示出了根据本公开的一些实施方案的如图4所示的输入波形的256点FFT的模拟结果的曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生输入信号的快速傅立叶变换(FFT)的计算机实施的方法，该方法包括：将第一FFT算法应用于所述输入信号以产生第一FFT，所述第一FFT包括用索引n索引的N个第一值输出1[n]，其中所述第一FFT算法被配置为缩放所述第一FFT算法的一个或多个级的输出，使得所述第一FFT算法的增益为K；将第二FFT算法应用于所述输入信号以产生第二FFT，所述第二FFT包括用索引n索引的N个第二值输出2[n]，其中所述第二FFT算法被配置为缩放所述第二FFT算法的一个或多个级的输出，使得所述第二FFT算法的增益为L，其中L小于K；和通过下列产生包括以索引n索引的N个FFT值输出[n]的FFT：对于每个索引n，确定所述第一值输出1[n]和所述第二值输出2[n]的比较是否满足预定条件，在肯定确定后，包括所述第一值输出1[n]作为FFT值输出[n]，并且在否定确定后，包括基于所述第二值输出2[n]的值作为FFT值输出[n]。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.28 US 15/008,9841.一种用于产生输入信号的快速傅立叶变换(FFT)的计算机实施的方法，该方法包括：将第一FFT算法应用于所述输入信号以产生第一FFT，所述第一FFT包括用索引n索引的N个第一值输出1[n]，其中所述第一FFT算法被配置为缩放所述第一FFT算法的一个或多个级的输出，使得所述第一FFT算法的增益为K；将第二FFT算法应用于所述输入信号以产生第二FFT，所述第二FFT包括用索引n索引的N个第二值输出2[n]，其中所述第二FFT算法被配置为缩放所述第二FFT算法的一个或多个级的输出，使得所述第二FFT算法的增益为L，其中L小于K；和通过下列产生包括以索引n索引的N个FFT值输出[n]的FFT：对于每个索引n，确定所述第一值输出1[n]和所述第二值输出2[n]的比较是否满足预定条件，在肯定确定后，包括所述第一值输出1[n]作为FFT值输出[n]，并且在否定确定后，包括基于所述第二值输出2[n]的值作为FFT值输出[n]。2.根据权利要求1所述的方法，其中包括基于所述第二值输出2[n]的值作为FFT值输出[n]包括：包括乘以第二值输出2[n]的K/L值作为FFT值输出[n]。3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述第一值输出1[n]和所述第二值输出2[n]的比较是否满足条件包括：将所述第二值输出2[n]乘以K/L，从乘法结果中减去所述第一值输出1[n]，和确定减去的结果是否在包括至少零值的预定范围内。4.根据权利要求3所述的方法，其中K/L等于2M，其中M是整数，并且其中乘法包括向第二值输出2[n]应用M位的左移。5.根据权利要求1所述的方法，其中：N个第一值输出1[n]、N个第二值输出2[n]和N个FFT值输出[n]包括表示输入信号内存在的一个或多个频率贡献中的每一个的幅度的实际值。6.根据权利要求1所述的方法，其中：N个第一值输出1[n]、N个第二值输出2[n]和N个FFT值输出[n]包括指示所述输入信号内存在的一个或多个频率贡献中的每一个的幅度和相位的复数值。7.根据权利要求1所述的方法，其中包括基于所述第二值输出2[n]的值作为FFT值输出[n]包括：包括第二值输出2[n]作为FFT值输出[n]。8.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述第一值输出1[n]和所述第二值输出2[n]的比较是否满足条件包括确定所述第一值输出1[n]和所述第二值输出2[n]的差是否在包括至少零值的预定范围内。9.根据权利要求7所述的方法，其中：N个第一值输出1[n]、N个第二值输出2[n]和N个FFT值输出[n]包括表示输入信号内存在的一个或多个频率贡献中的每一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·勒纳，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US