同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析裝置及其分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其是一種同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析裝置及其分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在快速信號(hào)分析或監(jiān)測(cè)設(shè)備中，對(duì)信號(hào)的深入分析前，首先需要查找到信號(hào)，從頻率上確定信號(hào)的中心頻率點(diǎn)，或頻譜的占用。目前的分析儀或監(jiān)測(cè)設(shè)備一般都是通過軟件的頻譜峰值搜索，當(dāng)掃描完全部的預(yù)設(shè)頻段后，采用軟件方式，包括峰值搜索算法和峰值門限判決，通過首先查找數(shù)學(xué)上的極值點(diǎn)，包括極大值和極小值，然后再對(duì)極值進(jìn)行峰值門限的判斷，門限大小由用戶設(shè)定，最后峰值的個(gè)數(shù)或是否為峰值，受限于參數(shù)的設(shè)置，即受限于用戶的經(jīng)驗(yàn)，不同用戶設(shè)置，最后搜索或確認(rèn)到的信號(hào)是不一樣的，即使是噪聲，如果測(cè)的功率值比周邊弱信號(hào)大或一樣，基于數(shù)學(xué)的極值判斷，也可以判定為信號(hào)。另外，信號(hào)峰值的搜索是在全部頻率范圍掃描完成后再進(jìn)行的，搜索的啟動(dòng)時(shí)間，取決于掃描的快慢，在小分辨率情況下，搜索速度很慢，往往需要很長的掃描時(shí)間，因此帶來了信號(hào)處理的嚴(yán)重滯后。對(duì)于需要立即處理的信號(hào)，或某些變化比較快的信號(hào)，如果需要發(fā)現(xiàn)即深入處理如解調(diào)或記錄等，等整個(gè)頻率范圍掃描完，信號(hào)可能已經(jīng)消失了。此外，在掃描頻段比較寬，掃描頻率點(diǎn)數(shù)非常多的情況下，信號(hào)的搜索效率將極大制約儀器分析性能的提高。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn):需要掃描完成整個(gè)頻段的所有頻率點(diǎn)后，才能進(jìn)行頻譜功率的極值點(diǎn)搜索，然后在極值點(diǎn)上進(jìn)行峰值信號(hào)的搜索，這樣信號(hào)的識(shí)別遠(yuǎn)在掃描之后，當(dāng)需要進(jìn)一步對(duì)發(fā)現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行分析解調(diào)時(shí)，信號(hào)可能已經(jīng)消失或跳變了。另外無法區(qū)分信號(hào)與噪聲，較大噪聲可能被當(dāng)作了信號(hào)峰值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過研究和利用信號(hào)和噪聲的頻譜特點(diǎn)和特性，并設(shè)計(jì)掃描處理裝置，能夠使分析儀在整個(gè)頻段內(nèi)即時(shí)掃描即時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)，不需要等待整個(gè)頻段掃描完成，改變了先掃描后搜索的儀器處理流程和工作方法，能夠大大提高儀器的性能。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析裝置，包括兩條并列的第一濾波支路、第二濾波支路，第一濾波支路包括依次連通的第一帶通濾波器、第一插值抽取單元及第一峰值檢波單元，第二濾波支路包括依次連通的第二帶通濾波器、第二插值抽取單元及第二峰值檢波單元，其中，第一帶通濾波器和第二帶通濾波器為兩個(gè)中心頻率一樣，帶寬不一樣的分辨率濾波器；
[0007]所述第一濾波支路和第二濾波支路的輸入端分別連接AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器輸入中頻模擬信號(hào)，第一濾波支路和第二濾波支路的輸出端分別連接用于實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)減法運(yùn)算的減法器，減法器通過比較器連接信號(hào)索引存儲(chǔ)器，比較器用于實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)字信號(hào)的差值設(shè)定閾值的比較，并輸出該點(diǎn)數(shù)字信號(hào)的索引值至信號(hào)索引存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。
[0008]所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器均為非遞歸型帶通濾波器，通過可編程現(xiàn)場(chǎng)門陣列FPGA編程實(shí)現(xiàn)不同分辨率的頻譜分析。
[0009]所述信號(hào)索引存儲(chǔ)器為存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)前端輸出的信號(hào)索引值，并傳輸給主機(jī)軟件讀出。
[0010]所述第一峰值檢波單元的輸出端還連接有譜分析或解調(diào)單元，實(shí)現(xiàn)頻譜的分析或解調(diào)處理。
[0011]基于上述的同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析裝置的分析方法采用如下步驟:
[0012](I)中頻信號(hào)實(shí)時(shí)經(jīng)過AD采樣，變?yōu)閿?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后，進(jìn)入該裝置并分成了兩路，同時(shí)進(jìn)入第一帶通濾波器與第二帶通濾波器；
[0013](2)第一帶通濾波器與第二帶通濾波器下載不同的濾波器系數(shù)，使第一帶通濾波器與第二帶通濾波器中心頻率一致，但通帶寬度不一致，并呈一定的倍數(shù)比例，信號(hào)與噪聲進(jìn)入第一帶通濾波器與第二帶通濾波器后，由于信號(hào)是具有一定帶寬的帶限信號(hào)，而噪聲信號(hào)是隨機(jī)均勻分布于整個(gè)頻帶的，在信號(hào)中心頻率處功率差值為0，在頻率掃描的同時(shí)找到信號(hào)的中心頻率；
[0014](3)兩路的數(shù)據(jù)速率一致的進(jìn)入減法器，減法器逐點(diǎn)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行減法運(yùn)算得到兩路的數(shù)據(jù)差值；
[0015](4)兩路的數(shù)據(jù)差值進(jìn)入比較器與設(shè)定閾值進(jìn)行比較:
[0016]如小于或等于該閾值，把該點(diǎn)的索引值存入后面的信號(hào)索引存儲(chǔ)器，主機(jī)從該存儲(chǔ)器讀取所有的索引值，再乘以掃描步進(jìn)值，得到信號(hào)的頻率值；
[0017]反之，為噪聲而不是信號(hào)。
[0018]所述步驟(2)的中心頻率兩邊測(cè)得的功率值是不同的，離開信號(hào)的中心頻率較遠(yuǎn)處為1Log (B1/B2)，其中BI與B2分別是第一帶通濾波器與第二帶通濾波器的通帶寬度，而在信號(hào)的中心頻率點(diǎn)，功率值則一樣。
[0019]采用如上技術(shù)方案取得的有益技術(shù)效果為:
[0020]本發(fā)明能夠應(yīng)用于信號(hào)監(jiān)測(cè)接收機(jī)或其它信號(hào)分析儀器中，利用帶限信號(hào)和噪聲的功率分布特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的通過數(shù)學(xué)方式查找極大和較小值再搜索信號(hào)的中心頻率，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的快速搜索，達(dá)到邊掃描邊搜索，而且因?yàn)榉闲盘?hào)物理特性，使搜索到的信號(hào)中心頻率更準(zhǔn)確更可信。搜索到信號(hào)的同時(shí)可以啟動(dòng)深入的信號(hào)分析，避免瞬變信號(hào)的消失，這是傳統(tǒng)信號(hào)搜索方法所不能具備的。
[0021]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)成本低廉，應(yīng)用于微波儀器能夠大大提高儀器的性能優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0022]圖1為同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析裝置框圖。
[0023]圖2為同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合附圖1至2對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明:
[0025]同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析裝置，包括兩條并列的第一濾波支路、第二濾波支路，第一濾波支路包括依次連通的第一帶通濾波器、第一插值抽取單元及第一峰值檢波單元，第二濾波支路包括依次連通的第二帶通濾波器、第二插值抽取單元及第二峰值檢波單元，其中，第一帶通濾波器和第二帶通濾波器為兩個(gè)中心頻率一樣，帶寬不一樣的分辨率濾波器。第一濾波支路和第二濾波支路的輸入端分別連接AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器輸入中頻模擬信號(hào)，第一濾波支路和第二濾波支路的輸出端分別連接用于實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)減法運(yùn)算的減法器，減法器通過比較器連接信號(hào)索引存儲(chǔ)器，比較器用于實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)字信號(hào)的差值設(shè)定閾值的比較，并輸出該點(diǎn)數(shù)字信號(hào)的索引值至信號(hào)索引存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。
[0026]第一帶通濾波器和第二帶通濾波器均為非遞歸型帶通濾波器即FIR濾波器，通過可編程現(xiàn)場(chǎng)門陣列FPGA編程實(shí)現(xiàn)不同分辨率的頻譜分析。
[0027]信號(hào)索引存儲(chǔ)器為存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)前端輸出的信號(hào)索引值，并傳輸給主機(jī)軟件讀出。
[0028]第一峰值檢波單元的輸出端還連接有譜分析或解調(diào)單元，實(shí)現(xiàn)頻譜的分析或解調(diào)處理。
[0029]基于上述的同步分離信號(hào)與噪聲的信號(hào)分析裝置的分析方法采用如下步驟:
[0030](I)中頻信號(hào)實(shí)時(shí)經(jīng)過AD采樣，變?yōu)閿?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后，進(jìn)入該裝置并分成了兩路，同時(shí)進(jìn)入第一帶通濾波器與第二帶通濾波器；
[0031](2)第一帶通濾波器與第二帶通濾波器下載不同的濾波器系數(shù)，使第一帶通濾波器與第二帶通濾波器中心頻率一致，但通帶寬度不一致，并呈一定的