矢量驻波比获取方法、FPGA及远端射频单元与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种矢量驻波比获取方法、fpga及远端射频单元。

背景技术：

在通信技术中，矢量驻波比检测是应用于远端射频单元(rru，radioremoteunit)中，以解决标量驻波比检测方案中由于驻波比转换(功放口反射系数到天线驻波比)和使用标量计算带来的误差，造成天线驻波比检测误差较大的问题的。在现有的检测矢量驻波比的方法中，是通过fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程门阵列)大量采集发射信号和反射信号的相关数据，并交由dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)以计算反射系数。具体的，dsp在计算反射系数时，会对获取到的大量发射信号和反射信号的相关数据进行时延对齐处理，并进行数据筛选，根据时延对齐处理后发射信号和反射信号对应点的数据计算得到反射系数的相位，同时分别根据处理后的发射信号和反射信号的数据通过傅立叶变换和反傅立叶变换分别计算发射信号和反射信号的平均功率，进而根据发射信号和反射信号的平均功率求取出反射系数的幅度，将反射系数的幅度和相位相乘得到反射系数。之后由rru的中央处理器根据dsp计算得到的反射系数求取矢量驻波比。但是，根据上述现有方法获取矢量驻波比时，其所需获取的数据量很大，计算过程很复杂，对于资源的需求很高。

技术实现要素：

本发明提供实施例的一种矢量驻波比获取方法、fpga及远端射频单元，主要解决的技术问题是：根据现有方法获取矢量驻波比时，所需获取的数据量很大，计算过程很复杂，对于资源的需求很高的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种矢量驻波比获取方法，包括：

获取周期性脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值，并按照预设采集频率采集所述周期性脉冲发射信号之反射信号在各信号周期内的最大幅度值；

获取各信号周期内所述周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延；

根据各信号周期内所述周期性脉冲发射信号和反射信号的最大幅度值获取对应各信号周期的反射系数的幅度，并根据所述采集频率以及各信号周期对应的时延获取对应各信号周期的所述反射系数的相位；

根据对应各信号周期的所述反射系数的幅度和相位确定对应各信号周期的所述反射系数，并根据对应各信号周期的所述反射系数获取对应各信号周期的所述矢量驻波比。

本发明实施例还提供一种fpga，包括：信号发射器，采集处理装置，和反射系数计算装置；

所述信号发射器用于发射周期性脉冲发射信号，并将所周期性脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值，以及所述周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间发送给所述反射系数计算装置；

所述采集处理装置用于在所述信号发射器发射周期性脉冲发射信号时，按照预设采集频率采集所述周期性脉冲发射信号的反射信号在各所述信号周期内的最大幅度值，并获取在各所述信号周期内采集到所述反射信号最大幅度值的时间；

所述反射系数计算装置用于根据各所述信号周期内的所述周期性脉冲发射信号之最大幅度值以及所述反射信号最大幅度值计算各信号周期的反射系数的幅度；

所述反射系数计算装置还用于根据所述信号发射器发送的所述周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间，以及所述信号周期的周期时长计算各所述信号周期内最大幅度值对应的时间，并结合预设采集频率以及所述采集处理装置获取的所述反射信号最大幅度值的时间，计算各信号周期的所述反射系数的相位；以及用于根据各信号周期的反射系数的幅度和相位确定各信号周期的反射系数。

本发明实施例还提供一种远端射频单元，包括：处理器，和所述处理器连接的上述fpga；

所述fpga用于发送周期性脉冲发射信号，并计算所述周期性脉冲发射信号在各信号周期内的反射系数；

所述处理器用于根据所述fpga计算得到的所述周期性脉冲发射信号在各信号周期内的反射系数，计算所述周期性脉冲发射信号在各信号周期内的矢量驻波比。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的任一项的矢量驻波比获取方法。

本发明的有益效果是：

根据本发明实施例提供的矢量驻波比获取方法、fpga、远端射频单元以及计算机存储介质，通过获取周期性脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值，并按照预设采集频率采集发射信号对应的反射信号在各信号周期内的最大幅度值，再根据各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号的最大幅度值获取对应各信号周期的反射系数的幅度；同时还会获取各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延，再根据采集频率以及各信号周期对应的时延获取对应各信号周期的反射系数的相位。根据对应各信号周期的反射系数的幅度和相位确定对应各信号周期的述反射系数，并根据对应各信号周期的反射系数获取对应各信号周期的矢量驻波比。这样，直接通过获取发射信号和反射信号在各信号周期的最大幅度值从而计算得到对应各信号周期的反射系数之幅值，直接通过发射信号和反射信号在各信号周期的时延计算对应各信号周期的反射系数之相位，这就使得对于发射信号和反射信号的数据的采集量需求较现有技术而言要低，减少了所需获取的数据量，计算过程更简单，同时降低了对于资源的需求。

附图说明

图1为本发明的本发明实施例一的一种矢量驻波比获取方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一的几种周期性脉冲发射信号波形示意图；

图3为本发明实施例一的一种采集数据与周期性脉冲发射信号的比对图；

图4为本发明实施例一的一种具体的采集反射信号在各信号周期内的最大幅度值并确定对应时间的流程示意图；

图5为本发明实施例二的一种矢量驻波比获取装置的结构示意图；

图6为本发明实施例三的一种远端射频单元的结构示意图；

图7为本发明实施例三的一种现场可编程门阵列的结构示意图；

图8为本发明实施例三的一种采集处理装置的结构示意图；

图9为本发明实施例三的一种数据处理单元的结构示意图；

图10为本发明实施例三的一种更具体的数据处理单元的结构示意图；

图11为本发明实施例三的一种反射系数计算装置的结构示意图；

图12为本发明实施例四的一种具体的现场可编程门阵列的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。

实施例一：

为降低获取矢量驻波比对于资源的需求，简化计算过程，本实施例中提供了一种矢量驻波比获取方法，参见图1，图1为本实施例提供的一种矢量驻波比获取方法的流程示意图，包括：

s101：获取周期性脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值；

值得注意的是，在本实施例中，由于脉冲发射信号是周期性的，故可以仅获取第一个信号周期内的最大幅度值，以此作为脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值；应当理解的是，在本实施例中也可以在每个信号周期内均重新获取一次最大幅度值，从而保证在信号周期内获取到的最大幅度值的准确性。应当理解的是，对于脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值的获取可以是通过信号检测器来实现的。

还值得注意的是，在生成周期性脉冲发射信号时，需要预先在信号发生器中设定好脉冲发射信号的相关参数，如波形，周期，最大幅值等。因此，为减少电路复杂性，可以不设置信号检测器，此时直接从周期性脉冲发射信号的发生装置上获取到预设的最大幅值作为脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值即可。

应当理解的是，对于脉冲信号而言，其实质发送的是具有周期性间隔的脉冲，例如如图2所示的三种周期性脉冲发射信号，图示s0部分信号波形即为发送的脉冲，而s1部分信号波形即表示脉冲的发送间隔，即在s1部分实质并未发射脉冲。因此，在本实施例中，对于周期性脉冲发射信号而言，其起始时间必然是发射第一个脉冲信号的起始时间。即在本实施例中，各信号周期的波形是以脉冲信号波形为起始，以表征0电平的直线为结束的波形。

s102：按照预设采集频率采集周期性脉冲发射信号之反射信号在各信号周期内的最大幅度值；

应当理解的是，在本实施例中，由于脉冲发射信号是以脉冲信号为起始，以0电平为结束的周期性信号，故其反射信号在一个信号周期的时间内(以接收到反射信号的时间)也是以脉冲信号为起始，以0电平为结束，最大幅值由反射的脉冲信号决定。

在本实施例中，为保证对反射信号数据采集的及时性，可以在周期性脉冲发射信号被发送时即开始采集反射信号的数据。应当理解的是，由于接收到的反射信号较脉冲发射信号有延迟，在反射信号未返回时，此时采集到的数据即表征0电平，此后才会采集到反射信号中的脉冲信号，以及此后对应的0电平信号。因此对于采集到的反射信号数据而言，其可以通过如图3所示的波形图来表示，图3中上方的波形为周期性脉冲发射信号，下方的为采集到的数据形成的波形图像，由两者比对可见，采集数据的起始时间即为周期性脉冲发射信号的起始时间t0。设t即表示信号周期的时长，n表示第n个信号周期，则本实施例中反射信号在各信号周期内的最大幅度值即为：t0+(n-1)t至t0+nt时间段采集到的反射信号数据的最大幅度值。

因此，为保证在各信号周期内的所采集到的数据包含有反射信号之脉冲信号的数据，周期性脉冲发射信号中，脉冲信号的发射间隔必然需要大于等于接收到反射信号与发射脉冲发射信号间的时延。应当理解的是，在实际工程应用中，周期性脉冲发射信号中，脉冲信号的发射间隔是远大于接收到反射信号与发射脉冲发射信号间的时延的。

在本实施例中，采集频率可以是工程师根据实际需求所预先设定的。此后根据信号周期对采集到的数据进行划分，对于同一信号周期内的数据进行比较，从而得到各信号周期对应的最大幅度值。

应当理解的是，在本实施例中步骤s101和s102不存在时序关系。

s103：获取各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延；

在本实施例中，脉冲发射信号和反射信号之间的时延可以通过记录发射脉冲发射信号的起始时间t0，再记录首次采集到反射信号非零数据的时间t1(由于反射信号也是脉冲信号在前，故首次采集到反射信号非零数据的时间t1即可用来表示反射信号的接收时间)，通过t1-t0即可确定脉冲发射信号和反射信号之间的时延，并确定该时延在各信号周期内一致。

在上述确定时延的过程中，t1是首次采集到反射的脉冲信号的时间，受限于采集频率，其较真正的反射信号的接收时间可能存在较大偏差，因此，可以通过各信号周期内脉冲发射信号和反射信号最大幅值对应的时间来确定各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延。具体的，会获取各信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应的时间，并获取各信号周期内反射信号的最大幅度值对应的时间；再根据各信号周期内反射信号的最大幅度值对应的时间和周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应的时间确定获取各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延。

例如，设获取到某一信号周期内脉冲发射信号最大幅值对应的时间为t2，反射信号最大幅值对应的时间为t3，此时计算时延即为t3-t2。应当理解的是，在本实施例中可以仅计算第一个信号周期内脉冲发射信号和反射信号对应的时延，并以该时延作为各信号周期内对应的时延。在本实施例中也可以分别计算各信号周期内脉冲发射信号和反射信号对应的时延。

s104：根据各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号的最大幅度值获取对应各信号周期的反射系数的幅度；

具体的，设某一信号周期内，脉冲发射信号的最大幅度值为a1，反射信号的最大幅度值为a2，则反射系数的幅度即为a2/a1。

s105：根据采集频率以及各信号周期对应的时延获取对应各信号周期的反射系数的相位；

具体的，设采集频率为f，某一信号周期内时延为τ，则该信号周期内对应的反射系数的相位即为cos(2πfτ)+isin(2πfτ)。应当理解的是，前式为复数，cos(2πfτ)即为复数的实部，sin(2πfτ)即为复数的虚部，i为(-1)^1/2。

应当理解的是，在本实施例中步骤s104和s105不存在时序关系。

s106：根据对应各信号周期的反射系数的幅度和相位确定对应各信号周期的反射系数；

具体的，设某一信号周期内，反射系数的幅度即为a2/a1，相位为cos(2πfτ)+isin(2πfτ)，则反射系数г＝a2/a1[cos(2πfτ)+isin(2πfτ)]。

s107：根据对应各信号周期的反射系数获取对应各信号周期的矢量驻波比。

具体的，根据公式vswr＝(1+г)/(1-г)即可计算得到最终的驻波比vswr。在本实施例中，由于反射系数γ是矢量值，具有幅度和相位信息，从而准确地获取到驻波比。

本实施例中，通过各信号周期内脉冲发射信号和反射信号最大幅值对应的时间来确定各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延时，对于各信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应的时间的获取方式可以是检测每一个信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值，并确定其对应的时间。

应当理解的是，上述方式中需要对脉冲发射信号进行实时监测，对资源需求量较大，事实上，由于脉冲发射信号是周期信号，故各周期中最大幅度值对应的时间应当也是对应的。因此，可以仅获取周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间；并基于第一个信号周期内最大幅度值对应的时间以及信号周期的周期时长，计算其余信号周期内最大幅度值对应的时间。例如设信号周期的周期时长为t，第一个信号周期内最大幅度值对应的时间为t4，则第n个信号周期内最大幅度值对应的时间为t4+(n-1)t。

应当理解的是，上述确定各信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应时间的方式可以适用于直接从周期性脉冲发射信号的发生装置上获取到预设的最大幅值作为脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值的方案，此时根据脉冲信号的波形即可确定出脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值对应的时间。例如，对于如图2所示的第一种弧形脉冲和第二种三角形脉冲而言，设脉冲信号的时长为t1，或设两脉冲信号的间隔时长为t2，则第n个信号周期内最大幅度值对应的时间为1/2t1+(n-1)t，或者1/2(t-t2)+(n-1)t。对于图2所示的第三种方波形脉冲而言，可以以各信号周期内方波脉冲的产生时间作为最大幅度值对应的时间。

应当注意的是，对于方波而言，其在一个信号周期内存在不止一个点对应最大幅度值，因此可以获取在第一个信号周期内方波的幅度值达到最大幅度值的时间作为与周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间，从而进行各信号周期内最大幅度值的对应时间的确定。此时即需要在相关信号检测装置以准确获取到方波的幅度值达到最大幅度值的时间。

应当理解的是，在上述方式中由于需要相关信号检测装置的介入，对于资源的需求较高。而在实际应用中，方波在产生至达到最大幅度值的时间十分短暂，因此可以获取方波的起始时间作为与周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间，从而进行各信号周期内最大幅度值的对应时间的确定。这样即可不需要相关信号检测装置的介入，直接通过周期性脉冲发射信号的发生装置即可获取到周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间。

本实施例中，为采集到的反射信号在各信号周期内的最大幅度值并确定其对应时间，一种具体的过程是，参见图4所示，包括：

s401：按照预设采集频率采集反射信号中的幅度值；

s402：记录采集到的各幅度值的顺序号；

s403：将在同一信号周期内被采集的各顺序号对应的幅度值进行大小比较；

应当理解的是，对于是否为在同一信号周期内被采集的数据的判定，可以通过记录的顺序号进行判定。具体的，例如设信号周期的周期时长为t秒，预设采集频率为m/t，则顺序号为1+(n-1)m至nm即为在第n个信号周期内被采集的数据。

s404：确定各信号周期内反射信号的最大幅度值；

在本实施例中，同一信号周期内被采集幅度值的具体比较方式可以是，将前一个顺序号的幅度值与后一个顺序号的幅度值进行比较，将小的一个丢弃；继续与后一个顺序号的幅度值进行比较，这样最终保留的即为最大幅度值。

s405：根据各信号周期内的最大幅度值的顺序号和预设采集频率，计算在各信号周期内采集到反射信号最大幅度值的时间。

应当理解的是，记录的顺序号实质与预设采集频率和采集时间存在对应关系，具体的采集时间＝顺序号÷预设采集频率。

应当理解的是，在本实施例中，也可以在记录采集到的各幅度值的顺序号时，保存该顺序号对应幅度值的采集时间，并建立顺序号与采集时间的对应关系，此后根据各信号周期内最大幅度值的顺序号即可直接得到对应的时间。

在本实施例中，为保证最终计算结果的准确性，可以对按照预设采集频率采集的反射信号的数据进行均值处理，从而确定各采集点的幅值，最终找出在各信号周期内更准确的最大幅值。

具体的，可以计算采集到的位于同一信号周期内的k个顺序号连续的幅度值的平均幅度值，再将计算得到的平均幅度值作为采集到的k个顺序号中最小顺序号对应的幅度值，最终将在同一信号周期内被采集的各顺序号对应的幅度值进行大小比较。值得注意的是，此时进行大小比较的是计算得到的平均值。

应当理解的是，本实施中进行平均计算的是同一信号周期内采集的数据，对于同一信号周期内采集的最后k-1个数据，其用于计算平均值的个数不足，通过加0补足。例如，k为8，对于同一信号周期内采集的幅度值有50个，则最终确定的顺序号为1的幅度值即为采集到的前8个幅度值的平均值，顺序号为2的幅度值即为采集到的第2个幅度值至第9个幅度值的平均值，以此类推，对于顺序号为44的幅度值即为采集到的第44个幅度值至第50个幅度值再补充一个0除以8得到的平均值，顺序号为45的幅度值即为采集到的第45个幅度值至第50个幅度值再补充2个0除以8得到的平均值，以此类推，对于顺序号为50的幅度值即为采集到的第50个幅度值再补充7个0除以8得到的平均值。

值得注意的是，本实施例提供的上述矢量驻波比获取方法，可以通过dsp来实现，也可以仅通过fpga来实现。当仅通过fpga来实现时，在rru设备中即不再需要设置dsp，降低了成本，简化了电路复杂性。

本实施例提供的矢量驻波比获取方法，直接通过获取发射信号和反射信号在各信号周期的最大幅度值从而计算得到对应各信号周期的反射系数之幅值，直接通过发射信号和反射信号在各信号周期的时延计算对应各信号周期的反射系数之相位，减少了所需获取的数据量，简化了计算过程，降低了对于资源的需求。

实施例二：

为降低获取矢量驻波比对于资源的需求，简化计算过程，本实施例中提供了一种矢量驻波比获取装置，参见图5，图5为本实施例提供的一种矢量驻波比获取装置的结构示意图，包括数据获取模块51和处理模块52，其中：

数据获取模块51，用于获取周期性脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值，并按照预设采集频率采集所述周期性脉冲发射信号之反射信号在各信号周期内的最大幅度值；以及用于获取各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延。

处理模块52，用于根据各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号的最大幅度值获取对应各信号周期的反射系数的幅度，并根据采集频率以及各信号周期对应的时延获取对应各信号周期的反射系数的相位，从而确定对应各信号周期的反射系数；以及用于根据对应各信号周期的反射系数获取对应各信号周期的矢量驻波比。

值得注意的是，在本实施例中，由于脉冲发射信号是周期性的，故数据获取模块51可以仅获取第一个信号周期内的最大幅度值，以此作为脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值；应当理解的是，在本实施例中数据获取模块51也可以在每个信号周期内均重新获取一次最大幅度值，从而保证在信号周期内获取到的最大幅度值的准确性。

应当理解的是，对于脉冲发射信号而言，其实质是具有周期性间隔的脉冲，因而对于周期性脉冲发射信号而言，其起始时间是发射第一个脉冲信号的起始时间。即在本实施例中，各信号周期的波形是以脉冲信号波形为起始，以表征0电平的直线为结束的波形。

应当理解的是，在本实施例中，由于脉冲发射信号是以脉冲信号为起始，以0电平为结束的周期性信号，故其反射信号在一个信号周期的时间内(以接收到反射信号的时间)也是以脉冲信号为起始，以0电平为结束，最大幅值由反射的脉冲信号决定。

在本实施例中，为保证数据获取模块51对反射信号数据采集的及时性，可以在周期性脉冲发射信号被发射时即开始采集反射信号的数据。应当理解的是，由于接收到的反射信号较脉冲发射信号有延迟，在反射信号未返回时，此时数据获取模块51采集到的数据即表征0电平，此后才会采集到反射信号中的脉冲信号，以及此后对应的0电平信号。因此对于采集到的数据而言，采集到的数据的起始时间即为周期性脉冲发射信号的起始时间t0；采集反射信号在各信号周期内的最大幅度值即为：在t0+(n-1)t至t0+nt时间段采集到的反射信号数据的最大幅度值。t即表示信号周期的时长，n表示第n个信号周期。

因此，为保证数据获取模块51在各信号周期内的所采集到的数据包含有反射信号之脉冲信号的数据，周期性脉冲发射信号中，脉冲信号的发射间隔必然需要大于等于接收到反射信号与发射脉冲发射信号间的时延。应当理解的是，在实际工程应用中，周期性脉冲发射信号中，脉冲信号的发射间隔是远大于接收到反射信号与发射脉冲发射信号间的时延的。

在本实施例中，采集频率可以由工程师根据实际需求进行预先设定。

在本实施例中，数据获取模块51获取的脉冲发射信号和反射信号之间的时延可以通过以下方式进行：记录发射脉冲发射信号的起始时间t0，再记录首次采集到反射信号非零数据的时间t1(由于反射信号也是脉冲信号在前，故首次采集到反射信号非零数据的时间t1即可用来表示反射信号的接收时间)，通过t1-t0即可确定脉冲发射信号和反射信号之间的时延，并确定该时延在各信号周期内一致。

在上述确定时延的过程中，t1是首次采集到反射的脉冲信号的时间，受限于采集频率，其较真正的反射信号的接收时间可能存在较大偏差，因此，数据获取模块51可以通过各信号周期内脉冲发射信号和反射信号最大幅值对应的时间来确定各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延。具体的，数据获取模块51会获取各信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应的时间，并获取各信号周期内反射信号的最大幅度值对应的时间；再根据各信号周期内反射信号的最大幅度值对应的时间和周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应的时间确定获取各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延。在本实施例中数据获取模块51也可以分别计算各信号周期内脉冲发射信号和反射信号对应的时延。

在本实施例中，处理模块52可以根据公式a2/a1计算得到反射系数的幅度，其中a1为某一信号周期内脉冲发射信号的最大幅度值，a2为该信号周期内反射信号的最大幅度值；可以根据公式cos(2πfτ)+isin(2πfτ)计算得到反射系数的相位，其中f为预设采集频率，τ为该信号周期对应时延，i为(-1)^1/2。

处理模块52根据公式г＝a2/a1[cos(2πfτ)+isin(2πfτ)]计算得到反射系数г，并根据计算得到的г即可计算出最终的驻波比vswr。

本实施例中，数据获取模块51通过各信号周期内脉冲发射信号和反射信号最大幅值对应的时间来确定各信号周期内周期性脉冲发射信号和反射信号对应的时延时，对于各信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应的时间的一种获取方式可以是：检测每一个信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值，并确定其对应的时间。

应当理解的是，上述方式中数据获取模块51需要对脉冲发射信号进行实时监测，对资源需求量较大，事实上，由于脉冲发射信号是周期信号，故各周期中最大幅度值对应的时间应当也是对应的。因此，数据获取模块51可以仅获取周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间；并基于第一个信号周期内最大幅度值对应的时间以及信号周期的周期时长，计算其余信号周期内最大幅度值对应的时间。

应当理解的是，上述数据获取模块51确定各信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值对应时间的方式可以适用于直接从周期性脉冲发射信号的发生装置上获取到预设的最大幅值作为脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值的方案，此时根据脉冲信号的波形即可确定出脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值对应的时间。

应当注意的是，对于方波而言，其在一个信号周期内存在不止一个点对应最大幅度值，因此数据获取模块51可以获取在第一个信号周期内方波的幅度值达到最大幅度值的时间作为与周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间，从而进行各信号周期内最大幅度值的对应时间的确定。

在实际应用中，方波在产生至达到最大幅度值的时间十分短暂，因此数据获取模块51可以获取方波的起始时间作为与周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间，从而进行各信号周期内最大幅度值的对应时间的确定。

本实施例中，数据获取模块51为采集到的反射信号在各信号周期内的最大幅度值并确定其对应时间，一种具体的过程是，按照预设采集频率采集反射信号中的幅度值，并记录采集到的各幅度值的顺序号，再将在同一信号周期内被采集的各顺序号对应的幅度值进行大小比较，从而确定各信号周期内反射信号的最大幅度值，最终根据各信号周期内的最大幅度值的顺序号和预设采集频率，计算在各信号周期内采集到反射信号最大幅度值的时间。

应当理解的是，数据获取模块51对于是否为在同一信号周期内被采集的数据的判定，可以通过记录的顺序号进行判定。而数据获取模块51对于同一信号周期内被采集幅度值的具体比较方式可以是，将前一个顺序号的幅度值与后一个顺序号的幅度值进行比较，将小的一个丢弃；继续与后一个顺序号的幅度值进行比较，这样最终保留的即为最大幅度值。

应当理解的是，数据获取模块51记录的顺序号实质与预设采集频率和采集时间存在对应关系，具体的采集时间＝顺序号÷预设采集频率，该公式中顺序号为最大幅度值对应的顺序号，基于此数据获取模块51即可确定采集到的最大幅度值对应的时间。

应当理解的是，在本实施例中，数据获取模块51也可以在记录采集到的各幅度值的顺序号时，保存该顺序号对应幅度值的采集时间，并建立顺序号与采集时间的对应关系，此后根据各信号周期内最大幅度值的顺序号即可直接得到对应的时间。

在本实施例中，为保证最终计算结果的准确性，数据获取模块51可以对按照预设采集频率采集的反射信号的数据进行均值处理，从而确定各采集点的幅值，最终找出在各信号周期内更准确的最大幅值。

具体的，可以计算采集到的位于同一信号周期内的k个顺序号连续的幅度值的平均幅度值，再将计算得到的平均幅度值作为采集到的k个顺序号中最小顺序号对应的幅度值，最终将在同一信号周期内被采集的各顺序号对应的幅度值进行大小比较。值得注意的是，此时进行大小比较的是计算得到的平均值。

本实施例提供的矢量驻波比获取装置，直接通过数据获取模块获取发射信号和反射信号在各信号周期的最大幅度值，使得处理模块得以直接计算得到对应各信号周期的反射系数之幅值；直接通过数据获取模块获取发射信号和反射信号在各信号周期的时延，使得处理模块得以直接计算得到对应各信号周期的反射系数之相位，这就减少了所需获取的数据量，简化了计算过程，降低了对于资源的需求。

实施例三：

参见图6，图6为本实施例提供的一种远端射频单元的结构示意图，包括处理器61和现场可编程门阵列62，其中：

现场可编程门阵列62用于发送周期性脉冲发射信号，并计算周期性脉冲发射信号在各信号周期内的反射系数；

而处理器61用于根据fpga62计算得到的周期性脉冲发射信号在各信号周期内的反射系数，从而计算周期性脉冲发射信号在各信号周期内的矢量驻波比。

具体的，现场可编程门阵列62的结构可以参见图7所示，包括：信号发射器621，采集处理装置622，和反射系数计算装置623。其中，

信号发射器621用于发射周期性脉冲发射信号，并将所周期性脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值，以及周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间发送给反射系数计算装置；

采集处理装置622用于在信号发射器621发射周期性脉冲发射信号时，按照预设采集频率采集周期性脉冲发射信号的反射信号在各信号周期内的最大幅度值，并获取在各信号周期内采集到反射信号最大幅度值的时间；

反射系数计算装置623用于根据各信号周期内的周期性脉冲发射信号之最大幅度值以及反射信号最大幅度值计算各信号周期的反射系数的幅度；

反射系数计算装置623还用于根据信号发射器发送的周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间，以及信号周期的周期时长计算各信号周期内最大幅度值对应的时间，并结合预设采集频率以及采集处理装置获取的反射信号最大幅度值的时间，计算各信号周期的反射系数的相位；以及用于根据各信号周期的反射系数的幅度和相位确定各信号周期的反射系数。

值得注意的是，在本实施例中，由于信号发射器621发射的脉冲发射信号是周期性的，在生成脉冲发射信号时，即预先在信号发生器中设定好了脉冲发射信号的相关参数，如波形，周期，最大幅值等。因此，信号发射器621可以直接将周期性脉冲发射信号预设的最大幅值发送给反射系数计算装置623以作为脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值。此时对于信号发射器621各周期性脉冲发射信号最大幅值对应的时间的确定方式可以是：此时根据脉冲信号的波形即可确定出脉冲发射信号在第一个信号周期内的最大幅度值对应的时间，并依据此时间和信号周期时长计算出其余各信号周期内的最大幅度值对应的时间。

同时，在本实施例也可以在信号发射器621中设置信号检测电路，这样即可以在信号发射器621生成并发射周期性脉冲发射信号时，检测并获取到周期性脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值。此外，由于脉冲发射信号是周期性的，故信号检测电路可以仅获取第一个信号周期内的最大幅度值，以此作为脉冲发射信号在各信号周期内的最大幅度值。

在本实施例中，信号发射器621中设置信号检测电路时，可以在检测每一个信号周期内周期性脉冲发射信号的最大幅度值时，即确定其对应的时间。但在实际操作中，由于脉冲发射信号是周期信号，故各周期中最大幅度值对应的时间应当也是对应的。因此，信号检测电路可以仅获取周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间；并基于第一个信号周期内最大幅度值对应的时间以及信号周期的周期时长，计算其余信号周期内最大幅度值对应的时间。

应当理解的是，对于脉冲发射信号而言，其实质是具有周期性间隔的脉冲，因而对于周期性脉冲发射信号而言，其起始时间是发射第一个脉冲信号的起始时间。即在本实施例中，各信号周期的波形是以脉冲信号波形为起始，以表征0电平的直线为结束的波形。

应当理解的是，在本实施例中，由于脉冲发射信号是以脉冲信号为起始，以0电平为结束的周期性信号，故其反射信号在一个信号周期的时间内(以接收到反射信号的时间)也是以脉冲信号为起始，以0电平为结束，最大幅值由反射的脉冲信号决定。

在本实施例中，为保证采集处理装置622对反射信号数据采集的及时性，可以在信号发射器621发射周期性脉冲发射信号时就同时开始采集反射信号的数据。应当理解的是，由于采集处理装置622接收到的反射信号较脉冲发射信号有延迟，在反射信号未返回时，此时采集处理装置622采集到的数据即表征0电平，此后才会采集到反射信号中的脉冲信号，以及此后对应的0电平信号。因此对于采集处理装置622采集到的数据而言，采集到的数据的起始时间即为信号发射器621发射周期性脉冲发射信号的起始时间t0；采集处理装置622在第n各信号周期内采集反射信号的最大幅度值即为：在t0+(n-1)t至t0+nt时间段采集到的反射信号数据的最大幅度值。t即表示信号周期的时长。

因此，为保证信号发射器621在各信号周期内的所采集到的数据包含有反射信号之脉冲信号的数据，周期性脉冲发射信号中，脉冲信号的发射间隔必然需要大于等于接收到反射信号与发射脉冲发射信号间的时延。应当理解的是，在实际工程应用中，周期性脉冲发射信号中，脉冲信号的发射间隔是远大于接收到反射信号与发射脉冲发射信号间的时延的。

在本实施例中，采集频率可以由工程师根据实际需求进行预先设定。

上述接收到反射信号与发射脉冲发射信号间的时延即为反射系数计算装置623根据各信号周期内周期性脉冲发射信号最大幅度值对应的时间以及采集到的反射信号最大幅度值的时间求得的。应当理解的是，当信号发射器621发送的仅为周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间时，其余各信号周期内脉冲发射信号最大幅度值对应的时间由反射系数计算装置623根据第一个信号周期内最大幅度值对应的时间以及信号周期的时长计算得到。

应当理解的是，在本实施中，信号发射器621发射的周期性脉冲发射信号可以是方波脉冲发射信号。方波脉冲发射信号在一个信号周期内存在不止一个点对应最大幅度值，因此信号发射器621可以将第一个信号周期内方波脉冲的幅度值刚达到最大幅度值的时间作为与周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间发送给反射系数计算装置623，从而进行各信号周期内最大幅度值的对应时间的确定。

在实际应用中，信号发射器621在产生方波脉冲直至方波脉冲幅度达到最大幅度值的时间十分短暂，因此信号发射器621可以直接将发射周期性脉冲发射信号的起始时间作为与周期性脉冲发射信号在第一个信号周期内最大幅度值对应的时间发送给反射系数计算装置623，从而进行各信号周期内最大幅度值的对应时间的确定。

本实施例中，参见图8，采集处理装置622包括信号采集器6221和数据处理单元6222。其中信号采集器6221负责采集反射信号中相关数据交由数据处理单元6222确定各信号周期内的最大幅度值，以及各信号周期内的最大幅度值对应的时间。

本实施例中，采集处理装置622为采集到的反射信号在各信号周期内的最大幅度值并确定其对应时间，一种具体的方式是：由信号采集器6221按照预设采集频率采集周期性脉冲发射信号中的幅度值，并记录采集到的各幅度值的顺序号；再由数据处理单元6222将在同一信号周期内被采集的各顺序号对应的幅度值进行大小比较，从而确定各信号周期内反射信号的最大幅度值，最终根据各信号周期内的最大幅度值的顺序号和预设采集频率，计算在各信号周期内采集到反射信号最大幅度值的时间。

应当理解的是，在本实施例中采集到的数据的顺序号与预设采集频率和采集时间存在对应关系，例如顺序号为15，预设采集频率为30次/秒，采集时间为0.5秒，则预设采集频率×采集时间＝15，即表明已采集了15次，此时最新采集到的数据的顺序号为15。基于此数据处理单元6222根据公式采集时间＝顺序号÷预设采集频率即可确定采集到的最大幅度值对应的时间，该公式中顺序号为最大幅度值对应的顺序号。

应当理解的是，数据处理单元6222需要对信号采集器6221采集到的数据进行判定，以确定是否为在同一信号周期内被采集到。该判定可以通过记录的顺序号进行，例如预设采集频率为30次/秒，信号周期时长为5秒，则表明一个周期采集150次，即从顺序号1开始，每连续的150个顺序号对应的数据在一个信号周期内。

在本实施例中，为保证最终计算结果的准确性，数据处理单元622可以对按照预设采集频率采集的反射信号的数据进行均值处理，从而确定各采集点的幅值，最终找出在各信号周期内更准确的最大幅值。

具体的，数据处理单元6222可以计算采集到的位于同一信号周期内的k个顺序号连续的幅度值的平均幅度值，再将计算得到的平均幅度值作为采集到的k个顺序号中最小顺序号对应的幅度值，最终将在同一信号周期内被采集的各顺序号对应的幅度值进行大小比较。值得注意的是，此时数据处理单元622进行大小比较的是计算得到的平均值。

在本实施例中，参见图9所示，数据处理单元6222可以由一个一个单输入，k输出的移位寄存器91，与移位寄存器91的k个输出端分别连接的k输入加法器92，与k输入加法器92连接的第一除法器93，以及与第一除法器93连接的数值比较器94构成。其中：

移位寄存器91用于将位于同一信号周期内的k个顺序号连续的幅度值分别通过k个输出端输入到加法器92中；

加法器92用于对输入的k个幅度值求和，并将求和结果发送给第一除法器93；

第一除法器93用于计算k个幅度值之和的幅度平均值；

数值比较器94用于接收第一除法器93计算得到的幅度平均值，并比较各幅度平均值，确定反射信号在各所述信号周期内的最大幅度值。具体的，数值比较器94将前一个顺序号的幅度值与后一个顺序号的幅度值进行比较，将小的一个丢弃；继续与后一个顺序号的幅度值进行比较，以此类推，最终保留下最大幅度值。

应当理解的是，为降低数值比较器94的工作任务，可以将第一除法器93计算得到的幅度平均值低于预设阈值的数据直接丢弃。

在本实施例中，参见图10，移位寄存器91可以由k个d触发器911串联构成，各d触发器用于在被触发时，分别输出一个被信号采集器6221输入到移位寄存器的幅度值。

具体的，例如设移位寄存器91由8个d触发器911串联构成，从移位寄存器91的输入端起8个d触发器911依次即为d1-d8，设信号采集器6221会依次输入8个幅度值a11-a18，则在信号采集器6221输入第一个幅度值a11时，d1输出a11，d2-d8无输出；在信号采集器6221输入第二个幅度值a12时，d1将a11输出到d2，d1输出a12，d2输出a11，d3-d8无输出；在信号采集器6221输入第三个幅度值a13时，d2将a11输出到d3，d1将a12输出到d2，d1输出a13，d2输出a12，d3输出a11，d4-d8无输出；以此类推，最终在信号采集器6221输入第八个幅度值a18时，d1输出a18，d2输出a17，d3输出a16，……，d8输出a11。应当理解的是，当信号采集器6221继续输入第九个幅度值a19时，则之前输入的a11即被丢弃，此时d1输出a19，d2输出a18，d3输出a17，……，d8输出a12。

在本实施例中，参见图11，反射系数计算装置623可以由数字控制振荡器6231(nco，numericallycontrolledoscillator)和第二除法器6232构成。其中，第二除法器6232将各信号周期内反射信号和脉冲发射信号的最大幅度值相除得到反射系数的幅度。数字控制振荡器6231用于根据各信号周期内的脉冲发射信号和反射信号的最大幅度值对应的时间，结合预设采集频率计算出发射系数之相位的实部与虚部。

应当理解的是，本实施例中，是由远端射频单元的处理器61根据fpga62计算得到的反射系数最终计算得到矢量驻波比。但是，处理器61根据反射系数计算得到矢量驻波比这一功能也可以集成于fpga62中实现。

本实施例提供的远端射频单元包括可求取矢量反射系数的fpga，直接通过fpga的信号发射器和采集处理装置将发射信号和反射信号在各信号周期的最大幅度值发送给反射系数计算装置，使得反射系数计算装置直接计算得到对应各信号周期的反射系数之幅值；同时，直接通过fpga的信号发射器和采集处理装置将发射信号和反射信号在各信号周期的最大幅度值对应时间发送给反射系数计算装置，使得反射系数计算装置直接计算得到对应各信号周期的反射系数之相位，这就减少了获取到矢量驻波比所需获取的数据量，简化了计算过程，降低了对于资源的需求。同时，本实施例所提供的远端射频单元，其矢量驻波比的获取过程可由fpga和处理器共同完成，甚至仅由fpga单独完成，因此不需要在远端射频单元中设置dsp，极大的降低了成本。

实施例四：

本实施例在实施例三的基础上，以一种信号发射器621发射周期性方波脉冲发射信号的具体情况为例对本发明实施例的方案作进一步示例说明。

参见图12，图12为本实施例提供的一种fpga的结构示意图，包括信号发射器621，包含信号采集器6221和数据处理单元6222的采集处理装置622，以及包含数字控制振荡器6231和第二除法器6232的反射系数计算装置623。

其中，信号发射器621发射周期性方波脉冲发射信号，设信号周期时长为t，方波脉冲发射信号起始时间为t0。信号发射器621将起始时间为t0发送给信号采集器6221和反射系数计算装置623，将设定好的方波脉冲发射信号幅值a1发送给反射系数计算装置623。

信号采集器6221以时间t0为起始时间开始采样，以信号周期为基准，分别采集各信号周期内反射信号的数据。在一个周期内，采样点的顺序号nsample＝t×f，f为预设采样频率。应当理解的是，在实际操作中，t0存在采样点，即存在初始采样点，为保证计算的准确性，即各周期内初始采样点的顺序号为0。即第一个周期内的采样点为nsample+1个，对于第一个周期之后的其他信号周期内采集到的数据，上一信号周期内的顺序号为nsample的采样点的数据即为其起始点的采样数据。应当理解的是，本实施例中各采样点的顺序号不会重复，例如设一个信号周期内采集101个点，则在第一个信号周期内采样点顺序号为0-100，第一个信号周期内采样点顺序号为100-200。注意，对于顺序号为100的采样点，其既是第一个信号周期内的最后一个采样点，也是第二个信号周期内的初始采样点。

在本实施例中，信号采集器6221在采样过程中，会将顺序号为n的采样点和该点后7个采样点的幅值相加，然后求平均值作为顺序号为n的采样点的幅值。其中n＝0，1，2，……。值得注意的是，如果第n个采样点之后不够7个采样点，则通过补0补足，仍旧按照8个数据求平均值。

数据处理单元6222在均值化处理后的数据中寻找最大值，具体的，将顺序号最小的一个数据和后一个数据进行比较，如果小于前一个数则被丢弃，如果大于前一个数则被保留，前一个数和其位置信息被丢弃。依次类推，直至将一个周期的数据比较完，最终留存的数据就是幅值最大点的幅值a2和其顺序号nmax。此后根据t1+(n-1)t＝nmax/f，可计算出采样时间t1+(n-1)t，其中n为信号周期数，表示信号采集器6221采集的是第几个周期的数据。

此后，数据处理单元6222将a2和对应采样时间t1+(n-1)t发送给反射系数计算装置623，反射系数计算装置623确定该周期的方波脉冲发射信号起始时间为t0+(n-1)t，将t0+(n-1)t和t1+(n-1)t输入到数字控制振荡器6231中，计算得到反射系数的实部cos(2πf(t1-t0))和虚部sin(2πf(t1-t0))。

同时，反射系数计算装置623还会将方波脉冲发射信号的幅值a1和采集到的反射信号的最大幅值a2输入第二除法器6232中，计算得到反射系数的幅度a2/a1。

综上，本实施提供的fpga，通过直接获取方波幅值和起始时间，以及直接采集反射信号的最大幅度值和最大幅度值的采集时间，直接计算得到矢量反射系数值，这就使得计算矢量驻波比检测的算法更加简单，同时整个过程都通过fpga实现，不需要dsp介入，简化了电路，降低了成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(rom/ram、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。