CN102175918B - 一种通用数字检波器的实现方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用数字检波器的实现方法和装置，从采集模块中读取幅度信号数据点，按照抽取系数对读取到的幅度信号数据点进行分段；对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；输出检波结果。采用本发明的技术方案，可以利用数字器件、微处理器或计算机的强大处理能力，实时完成频谱仪任意长度数据的检波功能，提高了检波的效率和准确度。同时，可以降低***对硬件的依赖能力，降低***成本，从而有效提高频谱仪或具有类似功能仪器的批量生产能力。

Description

一种通用数字检波器的实现方法和装置

技术领域

本发明涉及频谱仪数据采集技术领域，尤其涉及一种通用数字检波器的实现方法和装置。

背景技术

目前的频谱仪多采用模拟器件实现检波，用不同检波器和开关组合的方式实现多种检波方式，由于受模拟器件性能、体积和温度特性等因素的影响，不仅不利于实现频谱仪的小型化，而且容易引入***误差，增加研发和生产的调试工作量。用数字实现检波器可有效解决上述缺点。随着数字化程度的提高，如何用数字化技术实现频谱仪前端模拟电路的功能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种通用数字检波器的实现方法和装置，用数字化技术代替频谱仪前端模拟电路实现检波功能，利于频谱仪的小型化且提高了检波的效率和准确度。

本发明采用的技术方案是，所述通用数字检波器的实现方法，包括：

从采集模块中读取幅度信号数据点，基于抽取系数对读取到的幅度信号数据点进行分段；

对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；

输出检波结果。

进一步的，所述从采集模块中读取幅度信号数据，基于抽取系数对读取到的幅度信号数据进行分段，具体包括：

从采集模块中读取幅度信号数据点时，按照读取的顺序为每个幅度信号数据点设置编号，所述编号是间隔为1的整数；

对每次从采集模块中读取的幅度信号数据点，按照编号从小到大依次对抽取系数与编号的乘积取整，取整得到的数值相同的幅度信号数据点属于同一分段。

进一步的，所述抽取系数等于用户设定的输出幅度信号数据点个数除以采集模块中待检波的所有幅度信号数据点个数。

进一步的，所述检波的方式包括：标准检波、均值检波、正峰值检波、负峰值检波和取样检波。

进一步的，所述输出检波结果，具体包括：

当按照标准检波方式进行检波时，判断正峰值对应的幅度信号数据点是否为噪声，若不是噪声，则将幅度正峰值作为检波结果输出；若是噪声，则进一步判断当前分段的幅度信号数据点的个数是否为偶数，若是，则将幅度正峰值作为检波结果输出，否则将幅度负峰值作为检波结果输出；

当按照均值检波方式进行检波时，将幅度平均值作为检波结果输出；

当按照正峰值检波方式进行检波时，将幅度正峰值作为检波结果输出；

当按照负峰值检波方式进行检波时，将幅度负峰值作为检波结果输出；

当按照取样检波方式进行检波时，将幅度中间值作为检波结果输出。

本申请还提供一种通用数字检波器的实现装置，包括：

读取模块，用于从采集模块中读取幅度信号数据点；

分段模块，用于基于抽取系数对读取到的幅度信号数据点进行分段；

检波模块，用于对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；

输出模块，用于输出检波结果。

进一步的，所述读取模块进一步用于：从采集模块中读取幅度信号数据点时，按照读取的顺序为每个幅度信号数据点设置编号，所述编号是间隔为1的整数；

所述分段模块进一步用于：对读取模块每次从采集模块中读取的幅度信号数据点，按照编号从小到大依次对抽取系数与编号的乘积取整，将取整得到的数值相同的幅度信号数据点划归于同一分段。

进一步的，所述抽取系数等于用户设定的输出幅度信号数据点个数除以采集模块中待检波的所有幅度信号数据点个数。

进一步的，所述检波模块进一步用于：根据用户指定的检波方式对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；

所述检波模块，具体包括：

标准检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行标准检波获取幅度正峰值和幅度负峰值；

均值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行均值检波获取幅度平均值；

正峰值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行正峰值检波获取幅度正峰值；

负峰值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行负峰值检波获取幅度负峰值；

取样检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行取样检波获取幅度中间值。

进一步的，所述输出模块，具体包括：

标准输出子模块，与标准检波子模块相连，用于判断正峰值对应的幅度信号数据点是否为噪声，若不是噪声，则将幅度正峰值作为检波结果输出；若是噪声，则进一步判断当前分段的幅度信号数据点的个数是否为偶数，若是，则将幅度正峰值作为检波结果输出，否则将幅度负峰值作为检波结果输出；

均值输出子模块，与均值检波子模块相连，用于将幅度平均值作为检波结果输出；

正峰输出子模块，与正峰值检波子模块相连，用于将幅度正峰值作为检波结果输出；

负峰输出子模块，与负峰值检波子模块相连，用于将幅度负峰值作为检波结果输出；

取样输出子模块，与取样检波子模块相连，用于将幅度中间值作为检波结果输出。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述通用数字检波器的实现方法和装置，从采集模块中读取幅度信号数据点，按照抽取系数对读取到的幅度信号数据点进行分段；对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；输出检波结果。采用该方法和装置，可以充分利用数字器件、微处理器或计算机的强大处理能力，实时完成频谱仪任意数据的检波功能，提高了检波的效率和准确度。同时，可以降低***对硬件的依赖能力，降低***成本，从而有效提高频谱仪或具有类似功能仪器的批量生产能力。

附图说明

图1为本发明第一实施例中所述通用数字检波器的实现方法流程图；

图2为本发明第二实施例中所述通用数字检波器的实现装置组成示意图。

图3为采用本发明技术方案的一个数字检波实例流程图；

图4为图3中检波算法的具体流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

本发明第一实施例，一种通用数字检波器的实现方法，如图1所示，包括：

S101，从采集模块中读取幅度信号数据点时，按照读取的顺序为每个幅度信号数据点设置编号，该编号是间隔为1的整数，比如：0，1，2，......。数字检波器前端的采集模块通常为模数转换器件，每次从采集模块中读取的幅度信号数据点的个数受采集模块硬件性能的限制，若不能一次读取待检波的所有幅度信号数据点个数，则需要进行多次读取。

S102，对每次从采集模块中读取的幅度信号数据点，按照编号从小到大依次对抽取系数与编号的乘积取整，取整得到的数值相同的幅度信号数据点属于同一分段。抽取系数等于用户设定的输出幅度信号数据点个数除以采集模块中待检波的所有幅度信号数据点个数。

S103，对幅度信号数据点按照分段分别进行检波。检波的方式包括：标准检波、均值检波、正峰值检波、负峰值检波和取样检波。用户可以指定其中任意一种检波方式进行检波。

S104，输出检波结果。具体的，

当按照标准检波方式进行检波时，包括如下具体步骤：

A1，判断正峰值对应的幅度信号数据点是否为噪声，若是噪声，则跳转步骤A2；若不是噪声，则跳转步骤A3；本领域中，判断正峰值对应的幅度信号数据点是否为噪声的方法很多，比如，将正峰值与其对应的幅度信号数据点前一个和后一个数据点的幅度做比较，如果前一个和后一个数据点的幅度都小于正峰值3dB以上，则该正峰值对应的幅度信号数据点不属于噪声，否则属于噪声。

A2，判断当前分段的幅度信号数据点的个数是否为奇数，若是，则跳转步骤A3，否则跳转步骤A4；

A3，将幅度正峰值作为检波结果输出；

A4，将幅度负峰值作为检波结果输出。

当按照均值检波方式进行检波时，将幅度平均值作为检波结果输出。

当按照正峰值检波方式进行检波时，将幅度正峰值作为检波结果输出。

当按照负峰值检波方式进行检波时，将幅度负峰值作为检波结果输出。

当按照取样检波方式进行检波时，将幅度中间值作为检波结果输出。

本发明第二实施例，一种通用数字检波器的实现装置，如图2所示，包括：

1)读取模块，用于从采集模块中读取幅度信号数据点时，按照读取的顺序为每个幅度信号数据点设置编号，该编号是间隔为1的整数，比如：0，1，2，......。数字检波器前端的采集模块通常为模数转换器件，每次从采集模块中读取的幅度信号数据点的个数受采集模块硬件性能的限制，若不能一次读取待检波的所有幅度信号数据点个数，则需要进行多次读取。

2)分段模块，用于对读取模块每次从采集模块中读取的幅度信号数据点，按照编号从小到大依次对抽取系数与编号的乘积取整，将取整得到的数值相同的幅度信号数据点划归于同一分段。抽取系数等于用户设定的输出幅度信号数据点个数除以采集模块中待检波的所有幅度信号数据点个数。

3)检波模块，用于根据用户指定的检波方式对幅度信号数据点按照分段分别进行检波。该检波模块，具体包括：

标准检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行标准检波获取幅度正峰值和幅度负峰值；

均值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行均值检波获取幅度平均值；

正峰值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行正峰值检波获取幅度正峰值；

负峰值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行负峰值检波获取幅度负峰值；

取样检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行取样检波获取幅度中间值。

4)输出模块，用于输出检波结果。该输出模块，具体包括：

标准输出子模块，与标准检波子模块相连，用于判断正峰值对应的幅度信号数据点是否为噪声，若是噪声，则进一步判断当前分段的幅度信号数据点的个数是否为奇数，若是，则将幅度正峰值作为检波结果输出，否则将幅度负峰值作为检波结果输出；若不是噪声，则将幅度正峰值作为检波结果输出；

均值输出子模块，与均值检波子模块相连，用于将幅度平均值作为检波结果输出；

正峰输出子模块，与正峰值检波子模块相连，用于将幅度正峰值作为检波结果输出；

负峰输出子模块，与负峰值检波子模块相连，用于将幅度负峰值作为检波结果输出；

取样输出子模块，与取样检波子模块相连，用于将幅度中间值作为检波结果输出。

下面介绍一个在计算机中采用本申请第一、二实施例中的技术方案对幅度信号数据点进行检波的实例。

假设采集模块中原始待处理的所有幅度信号数据点以数组a[i]的形式存储，即输入数据点长度为103，从前端采集模块读取的输入数据可以是幅度数据，也可以是经过滤波、FFT处理后的频谱数据。

用户设定的检波后输出数据点长度为10个，以数组b[j]的形式存储，则抽取系数α＝输出数据点长度/输入数据点长度＝10/103约等于0.0971。假设采集模块一次只能返回15个幅度信号数据点，则103个幅度信号数据点需要从采集模块中读取7次数，前6次每次返回15个幅度信号数据点，最后一次只返回103％15＝13个幅度信号数据点。103为完成一次检波的总点数即整帧长度，15为一帧长度。

数字检波过程如图3所述，涉及的参数如下：

i：输入数组下标，即幅度信号数据点的编号，i＝0，1，2，......，102；

j：输出数组下标，j＝0，1，......，9；

mOffset：上次已处理到的输入数组的位置(偏移量)；

N：每个分段的幅度信号数据点个数；

n：为当前分段累加的待检波的幅度信号数据点个数；

设i，j，mOffset，n，N，nLastLength初始值都为0数字检波的过程包括如下步骤：

S1：i＝mOffset；

S2：从采集模块读取一帧幅度信号数据点；

S3：判断i是否小于当前帧输入数字长度加上偏移量mOffset的和，若是，则跳转步骤S4，否则跳转步骤S5；

S4：判断(α×i)取整后是否等于(j+1)，若是，则跳转S6，否则i累加1，n累加1，跳转步骤S3；

S5：判断i是否等于102，若是，则跳转步骤S15，否则跳转S11；

S6：判断上帧剩余点数是否为0，若是，则N＝n，执行步骤S7，否则N＝n+nLastlength，执行步骤S7；

S7：对之前满足(α×i)取整后等于j的N个数据点执行检波算法；

S8：将上帧剩余点数nLastlength清零，n清零；

S9：将检波值保存到输出数组b[j]中；

S10：j累加1，跳转步骤S3；

S11：判断(α×i)取整后是否大于j，若是，则跳转步骤S12，否则跳转S13；

S12：对之前满足(α×i)取整后等于j的N个数据点执行检波算法，将上帧剩余点数nLastlength清零，n清零，将检波值保存到输出数组b[j]中，j累加1，跳转步骤S14；

S13：保存上帧剩余点数nLastlength为当前n值，将n清零，保存当前j值；

S14：保存mOffset的值为i，跳转步骤S1；

S15：对之前满足(α×i)取整后等于j的N＝n个数据点执行检波算法；

S16：将检波值保存到输出数组b[j]中，流程结束。

图4是本发明的检波算法流程图。对分段后长度为N的某段数组进行检波。可以选择的检波方式包括：标准检波、均值检波、正峰值检波、负峰值检波和取样检波。以标准检波为例，获取数组的正峰值和负峰值，根据标准检波的定义，当正峰值数据点属于非噪声时，将正峰值作为检波结果输出；当正峰值数据点属于噪声时，n为偶数时，将正峰值作为检波结果输出，n为奇数时，将负峰值作为检波结果输出。

采用本发明的技术方案，能实时完成任意长度输入数据的检波功能，可以实现硬件功能的数字化，降低检波对硬件的依赖，从而降低***成本，降低生产调试工作量。本发明还可以利用数字器件、微处理器或计算机的强大处理能力，提高检波速度和准确度。同时，有效降低对存储深度的要求，提高实时性。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (6)

1.一种通用数字检波器的实现方法，其特征在于，包括：

从采集模块中读取幅度信号数据点，基于抽取系数对读取到的幅度信号数据点进行分段；

对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；

输出检波结果；

所述从采集模块中读取幅度信号数据点，基于抽取系数对读取到的幅度信号数据点进行分段，具体包括：

从采集模块中读取幅度信号数据点时，按照读取的顺序为每个幅度信号数据点设置编号，所述编号是间隔为1的整数；对每次从采集模块中读取的幅度信号数据点，按照编号从小到大依次对抽取系数与编号的乘积取整，取整得到的数值相同的幅度信号数据点属于同一分段；

所述抽取系数等于用户设定的输出幅度信号数据点个数除以采集模块中待检波的所有幅度信号数据点个数。

2.根据权利要求1所述通用数字检波器的实现方法，其特征在于，所述检波的方式包括：标准检波、均值检波、正峰值检波、负峰值检波和取样检波。

3.根据权利要求2所述通用数字检波器的实现方法，其特征在于,所述输出检波结果，具体包括：

当按照标准检波方式进行检波时，判断正峰值对应的幅度信号数据点是否为噪声，若不是噪声，则将幅度正峰值作为检波结果输出；若是噪声，则进一步判断当前分段的幅度信号数据点的个数是否为偶数，若是，则将幅度正峰值作为检波结果输出，否则将幅度负峰值作为检波结果输出；

当按照均值检波方式进行检波时，将幅度平均值作为检波结果输出；

当按照正峰值检波方式进行检波时，将幅度正峰值作为检波结果输出；

当按照负峰值检波方式进行检波时，将幅度负峰值作为检波结果输出；

当按照取样检波方式进行检波时，将幅度中间值作为检波结果输出。

4.一种通用数字检波器的实现装置，其特征在于，包括：

读取模块，用于从采集模块中读取幅度信号数据点；

分段模块，用于基于抽取系数对读取到的幅度信号数据点进行分段；

检波模块，用于对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；

输出模块，用于输出检波结果；

所述读取模块进一步用于：从采集模块中读取幅度信号数据点时，按照读取的顺序为每个幅度信号数据点设置编号，所述编号是间隔为1的整数；

所述分段模块进一步用于：对读取模块每次从采集模块中读取的幅度信号数据点，按照编号从小到大依次对抽取系数与编号的乘积取整，将取整得到的数值相同的幅度信号数据点划归于同一分段；

所述抽取系数等于用户设定的输出幅度信号数据点个数除以采集模块中待检波的所有幅度信号数据点个数。

5.根据权利要求4所述通用数字检波器的实现装置，其特征在于,所述检波模块进一步用于：根据用户指定的检波方式对幅度信号数据点按照分段分别进行检波；

所述检波模块，具体包括：

标准检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行标准检波获取幅度正峰值和幅度负峰值；

均值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行均值检波获取幅度平均值；

正峰值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行正峰值检波获取幅度正峰值；

负峰值检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行负峰值检波获取幅度负峰值；

取样检波子模块，用于通过对幅度信号数据点进行取样检波获取幅度中间值。

6.根据权利要求5所述通用数字检波器的实现装置，其特征在于，所述输出模块，具体包括：

标准输出子模块，与标准检波子模块相连，用于判断正峰值对应的幅度信号数据点是否为噪声，若不是噪声，则将幅度正峰值作为检波结果输出；若是噪声，则进一步判断当前分段的幅度信号数据点的个数是否为偶数，若是，则将幅度正峰值作为检波结果输出，否则将幅度负峰值作为检波结果输出；

均值输出子模块，与均值检波子模块相连，用于将幅度平均值作为检波结果输出；

正峰输出子模块，与正峰值检波子模块相连，用于将幅度正峰值作为检波结果输出；

负峰输出子模块，与负峰值检波子模块相连，用于将幅度负峰值作为检波结果输出；

取样输出子模块，与取样检波子模块相连，用于将幅度中间值作为检波结果输出。

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