[发明专利]定点高动态范围快速傅立叶变换

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。