匹配相关积分降采样包络检波方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了基于匹配相关积分降采样的包络检波方法及系统，所述方法包含：步骤101）基于奈奎斯特采样定理，以采样频率fs和采样时间tsamp对中心频率为f的载波信号进行采样，得到N个离散数据；步骤102）生成频率为f的正弦或余弦信号，并依据采样频率fs和积分时间ti对正弦或余弦信号进行采样，得到Nsamp个采样的离散数据；再将正弦样本集合中的元素进行M次圆周移位，共得到M个移位样本信号集合；步骤103）从N个离散数据中选择Nsamp个连续的离散数据与正弦样本集合和M个移位样本信号集合分别进行点积，得到“M+1”个点积值，取这些点积值的最大值作为该Nsamp个离散数据所对应的包络值；重复步骤103）若干次，得到若干组Nsamp个连续的离散数据的包络值，完成检波。
【专利说明】匹配相关积分降采样包络检波方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及检波领域，具体涉及匹配相关积分降采样包络检波方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在声纳、雷达及无线电通信等系统中，由于传感器、天线等条件的限制，在发射机 端，需要将低频有用信号调制到高频信号进行传递或采用高频信号进行目标探测；同样，在 接收机端，需要将调制在高频信号中的低频信号或目标信息解调出来。传统的解调采用模 拟检波的方式实现，而随着数字信号处理（DSP)技术和模数转换（A/D)技术的发展，通用 性、灵活性较差的模拟检波正逐步被数字检波所代替。数字检波需要对载波信号进行采样， 而载波信号频率一般比调制信号频率要高很多。以不低于载波最高频率两倍的采样率得到 的采样数据，相对于实际需要是冗余的，在不损失有用信息的前提下，可以对采样数据进行 降采样，从而降低后续数据处理量和数据存储空间。
[0003] 现有的数字包络检波方法主要有：
[0004] 1、绝对值包络检波
[0005] 对载波信息进行奈奎斯特采样或过采样，对所有采样数据进行绝对值运算，然后 对绝对值后的数据进行低通滤波，滤掉高频分量，即得到最终包络检波数据。
[0006] 2、平方包络检波
[0007] 对载波信息进行奈奎斯特采样或过采样，对所有采样数据进行平方运算，然后对 平方运算后的数据进行低通滤波，滤掉高频分量，即得到最终包络检波数据。
[0008] 现有的主要降采样技术有：1、固定间隔抽样：以所需要降低的点数为间隔，对采 样数据进行抽样。
[0009] 2、多点求和：对采样数据以所需要降低的点数为间隔分段，然后对每段求和为当 前段新采样值。
[0010] 3、多点取平均：对采样数据以所需要降低的点数为间隔分段，然后取每段数据的 均值为当前段新采样值。
[0011] 现有数字包络检波技术缺点：由于载波频率一般远高于调制信号频率，以不低于 奈奎斯特采样频率的采样率得到的采样数据，往往是冗余的，为了降低后续处理量和存储 量，需要对初始采样数据进行降采样。而传统的绝对值检波或平方检波，在绝对值检波或平 方检波后，高斯噪声分布变为均值大于零的非高斯分布，此时已无法通过求和积分等方法 进行噪声抑制和信噪比提高。
[0012] 现有降采样技术缺点：1)固定间隔抽样、多点求和、取平均等方法多为检波后降采 样。高斯噪声检波(取绝对值或平方）后的均值大于零，无法通过求和等抑制噪声。检波后 降采样的缺点是没有在降采样的同时，通过积分抑制噪声、提高信噪比。2)匹配滤波虽然具 有噪声抑制功能，但其需要明确知道信号的形式(频率、时长等)，积分时间与信号脉冲长度 相同，滤波后数据量没有降低，数据中仍存在着大量不完全匹配数据(对检测器来说是一种 干扰)。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于，为克服上述技术问题，本发明提供了匹配相关积分降采样包 络检波方法及系统。
[0014] 为了解决包络检波时载波信号中的高斯噪声干扰和载波信号采样后的数据冗余 问题，本发明提供一种基于匹配相关积分降采样的包络检波方法，所述方法包含：构造与 待检波的载波信号频率相同的样本信号，并对构造的样本信号移位获得若干相位不同的 移位样本信号；将一段待检波的载波信号与构造的样本信号和样本移位信号进行点积，并 将最大的点积值作为这段待检波信号的包络值，并依此获得各段载波信号的包络值；完 成检波。其中，当一段待检波的载波信号为模拟信号时，所述点积指检波信号与样本信 号和样本移位信号相乘后再积分；当一段待检波的载波信号为离散信号时，所述点积指 将离散载波信号与样本或样本移位信号的离散信号相乘再求和。如：载波离散信号M= {m(I)，m(2)...m(Nsamp) }，样本离散信号N={n(I)，n(2)...n(Nsamp) }，那么载波信号M和样 本信号N的点积为：
【权利要求】
1. 一种基于匹配相关积分降米样的包络检波方法，所述方法包含： 构造与待检波的载波信号频率相同的样本信号，并对构造的样本信号移位获得若干相 位不同的移位样本信号； 将一段待检波的载波信号与构造的样本信号和样本移位信号进行点积，并将最大的点 积值作为这段待检波信号的包络值，并依此获得各段载波信号的包络值；完成检波； 其中，当一段待检波的载波信号为模拟信号时，所述点积指检波信号与样本信号和样 本移位信号相乘后再积分； 当一段待检波的载波信号为离散信号时，所述点积指将离散载波信号与样本或样本移 位信号的离散信号相乘再求和。
2. 根据权利要求1所述的基于匹配相关积分降采样的包络检波方法，其特征在于，当 对载波信号进行数字处理时，所述方法具体包含： 步骤101)基于奈奎斯特采样定理，以采样频率fs和采样时间tsamp对中心频率为f?的 载波信号进行采样，得到N个离散数据； 步骤102)生成频率为f?的正弦信号，并依据所述采样频率fs和积分时间&对生成的 正弦或余弦信号进行采样，得到Nsamp个采样的离散数据，这些采样得到的离散数据组成正 弦样本集合；再将正弦样本集合中的元素进行M次圆周移位，共得到M个移位样本信号集 合； 步骤103)从所述N个离散数据中选择Nsamp个连续的离散数据与正弦样本集合和M个 移位样本信号集合分别进行点积，得到"M+1"个点积值，取这些点积值的最大值作为该Nsamp个离散数据所对应的包络值； 后移选定的Nsamp个连续的离散数据，并对移位后的离散数据重复上述取包络值的步 骤，直至得到若干组Nsamp个连续的离散数据的包络值，完成检波； 其中，Nsamp为：Nsamp = fs*ti ;所述采样时间tsamp的值不小于积分时间&的值；上述的正 弦信号也能够由余弦信号代替。
3. 根据权利要求2所述的基于匹配相关积分降采样的包络检波方法，其特征在于，所 述采样频率fs满足fs > 2f。
4. 根据权利要求2所述的基于匹配相关积分降采样的包络检波方法，其特征在于，所 述步骤102)进一步包含： 步骤102-1)根据载波频率f产生正弦信号jsin(2;r/i +的，设定正弦信号的初始相位； 步骤102-2)以采样频率fs和积分时间&对正弦信号进行采样h，得到Nsamp个离散数 值组成的正弦样本集合， 其中，积分时间h > 1/f，即不小于载波信号周期；正弦信号的频率为f，即与载波频率 相同；针对正弦信号的采样频率为fs，即与所处理载波信号的采样频率相同；正弦信号的时 长为积分时间h ;正弦样本集合包含的点数Nsamp = fs*ti ; 步骤102-3)对产生的正弦样本集合进行"Nsamp-1"次圆周移位，得到"Nsamp-1"个圆周 移位后的样本集合； 其中，圆周移位后的各样本集合包含的数据点数与正弦样本集合的点数相同，均为 Nsamp个；正弦样本集合与圆周移位样本集合的个数共有Nsamp个，且"Nsamp-1"个圆周移位样 本集合分别为正弦样本集合圆周移1位，2位，...（Nsmap-I)位得到的；圆周移位的定义为： 一个有限长序列x(n)的圆周移位是指用它的点数N2为周期，将其延拓成周期序列_?(?))， 将周期序列.?(〃)加以移位，然后取主值区间上的序列值，该主值区间为n = O到n=N2-l。
5. 根据权利要求2或4所述的基于匹配相关积分降采样的包络检波方法，其特征在于， 所述步骤103)进一步包含如下步骤： 步骤103-1)取所述N个离散数据的第1个到第"Nsam/个采集的共Nsamp个离散数据作 为第一积分段数据，该第一积分段数据分别与正弦样本集合及其圆周移位样本信号集合中 的离散数据进行点积，共得到Nsamp个点积值，取Nsamp个点积值中的最大值作为第一积分段 数据对应的包络值； 步骤103-2)将第一积分段的Nsamp个离散数据的第一个数据作为参照，以跳动窗的形式 跳动若干位得到得到第二积分段数据，其中，跳动窗窗口大小为Nsamp，每次跳动位数skip满 足 1 彡 skip 彡 Nsamp ; 将第二积分段数据与正弦样本集合及其圆周移位样本信号集合的数据进行点积，共得 到Nsamp个点积值，并取Nsamp个点积值中的最大值作为当前Nsamp个载波数据的包络值，即作 为第二积分段数据对应的包络值； 以此类推，以跳动窗的形式，取第三积分段数据，第四积分段数据……，并对取得的各 积分段数据作相同的处理、取包络值，直到最后Nsamp个载波数据取包络值后结束。
6. 根据权利要求2所述的基于相关积分降采样包络检波方法，其特征在于，当载波为 宽带时，将宽带载波频带分为Nsub个子载波频带，分别对每个子载波频带的中心频率进行相 关积分包络检测，然后取相同积分时间段内的Nsub个子载波频带的相关积分包络值的和为 本积分时间段内的最终包络值。
7. 根据权利要求1所述的基于匹配相关积分降采样的包络检波方法，其特征在于，当 直接对模拟载波信号处理时，所述方法具体包含： 步骤201)根据载波信号频率、积分时间，产生一组不同初始相位的频率为载波信号频 率、时长为积分时间的正弦样本信号； 步骤202)将一段时间的载波信号与多路不同相位正弦样本信号的相乘，并对此乘积信 号进行积分，其中积分时间即步骤201)中所述的积分时间； 步骤203)对载波信号与不同相位正弦样本信号乘积积分值进行采样，取其中的最大值 为当前时间段的载波信号的包络检波值； 步骤204)采用延时样本信号的方式将载波信号后移一段时间，得到新时间段的载波信 号，对该新时间段的载波信号重复执行步骤202)和203)，直至完成整个载波信号的检波； 其中，积分时间段载波信号的时长为积分时间；当延时时长与积分时间相同时，米用一 路相乘积分电路实现载波信号的匹配相关积分降采样包络检波；当延时时长小于积分时长 时，须增加具有延时功能的样本信号路数，用于实现不同时间段载波信号的匹配相关积分 降采样包络检波。
8. 根据权利要求1所述的基于匹配相关积分降采样的包络检波方法，其特征在于，当 采用傅里叶变换实现时域信号不同频率分量的点积时，所述方法具体包含： 步骤301)对载波信号进行采样，采样频率不小于两倍的信号最高频率； 步骤302)对载波信号进行积分分段，各积分分段包含的数据点数为采样频率乘以积分 时间； 步骤303)首先，对某个积分分段数据进行傅立叶变换；然后，对傅立叶变换后的频域 数据进行带通滤波，滤除载波信号频带外的成分；最后，对带通滤波后剩余的不同频谱数据 进行求和，此和即为当前积分段的包络值； 步骤304)以跳动窗的方式后移某个积分分段，得到另一积分分段数据，并针对该积分 段数据重复执行步骤303)，直到对载波信号完成检波处理。
9. 一种基于相关积分降采样的包络检波系统，该系统用于离散载波信号的包络检波， 所述检波系统包含： 样本数据获取模块，根据载波频率、载波采样频率和积分时间生成正弦样本信号及其 圆周移位样本信号；其中，样本信号个数为载波采样频率乘以积分时间，样本频率与载波信 号的频率相同，样本数据的时长与积分时长相同； 积分段划分输出模块，用于将采用后的离散载波数据分段，得到各积分数据段； 包络值获取模块，用于将得到的各积分数据段分别与正弦样本信号数据及其圆周移位 样本信号进行点积，取最大点积值为每段积分数据的包络值。
10. 根据权利要求7所述的基于相关积分降采样包络检波系统，其特征在于，所述积分 数据段采用跳动窗的方式获得； 其中，跳动窗窗口大小为Nsamp，跳动位数skip满足1彡skip彡Nsamp。
【文档编号】H04L27/06GK104345298SQ201310311520
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】许彦伟, 侯朝焕, 鄢社锋 申请人:中国科学院声学研究所