CN106375042A - 基于dpx的短时信号捕捉方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于DPX的短时信号捕捉方法及其***，通过对信号的频谱数据进行量化、补点、压缩处理，得到具有统计特性的频率出现次数传输给上位机，上位机根据次数对二维点位图中各个位点进行着色，最后在屏幕上显示。根据该方法建立的***包括射频信号接收模块、预处理模块、数字信号处理模块和显示模块。射频信号接收模块接收射频信号并把信号传给预处理模块进行处理得到频谱数据，数字信号处理模块对频谱数据进行采样并通过量化、补点处理获得频率出现次数数据，并把次数数据压缩传输给上位机进行显示。采用本发明能更好地侦测各种瞬态信号、同频信号，能满足复杂电磁环境下的无线电监测工作；通过数据压缩能减小数据的传输量，便于数据传输。

Description

基于DPX的短时信号捕捉方法及其***

技术领域

本发明涉及通信信号处理领域，特别是涉及一种基于DPX的短时信号捕捉方法及其***。

背景技术

近年来，随着无线技术数字化、智能化的迅猛发展，高速跳频、扩频、时分复用、复杂调制等各种新技术应用越来越广泛，在频谱监测与管理工作中，对短时信号频谱的截获与定位一直是悬而未决的难题，各种低截获概率信号日益增多，利用传统技术手段进行无线电信号检测，而DPX数字荧光谱技术正是解决这些检测难题的一个有效手段，该技术可以100％捕捉到大于125μs的脉冲信号，并实时地用彩色方式将不同的信号反映出来。

DPX可以简单地描述为每秒执行数万次频谱测量，然后以生动的实时速率更新屏幕，这种变换速率对检测不频繁的事件至关重要，由于事件出现的速度太快，液晶显示器刷新频率跟不上这样的速度，人眼也无法通过肉眼直接查看到它的频谱。因此通过一定时间内，将每一帧频谱数据都写入位图数据库，最后以人眼可见的速率传送到屏幕上刷新。数字荧光图通过跟踪频点幅值出现次数来实现配比，从而可以用眼睛把罕见的瞬变与正常信号和背景噪声区分开来。

而传统的DPX测量数据数据离散，显示效果不好，并且由于采集次数多，数据量很大，，给数据传输造成了不小的困难。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于DPX的短时信号捕捉方法及其***。通过补点和压缩数据，减小了数据量，并且在减小数据量的同时，保证了信号捕捉概率。

技术方案如下：

一种基于DPX的短时信号捕捉方法，其关键在于包括以下步骤：

步骤1，接收射频信号；

步骤2，对接收的射频信号进行快速傅里叶变换得到射频信号的频谱数据；

步骤3，对频谱数据进行采样，共采集M帧的频谱数据，每帧频谱数据包含N个数据，每个数据对应一个频率和该频率的幅值；

步骤4，对每帧频谱数据进行数据量化，将每帧频谱数据中的每个数据的幅值量化为整数；

步骤5，构建二维点位图并将量化后的频谱数据映射到二维点位图中；

二维点位图是以频率为横坐标，幅值为纵坐标所构建的二维网格图，其中横坐标与纵坐标的交点表示点位，每个点位对应一个数据的频率和幅值；频谱数据映射到二维点位图是将每个数据在二维点位图中所对应的点位进行标记；

步骤6，对每帧频谱数据的二维点位图进行补点处理；

步骤7，统计经过补点处理后的所有二维点位图中每个点位标记的次数；

步骤8，将统计得到的每个点位标记的次数数据压缩后上传给上位机，上位机接收到压缩数据对数据进行解压还原每个点位标记的次数；

步骤9，上位机根据还原的每个点位标记的次数和规定的次数与颜色的配比，对二维点位图中每个点位进行着色，然后显示在屏幕上。

采用上述方法，通过补点处理能更好地侦测各种瞬态信号、同频信号，能满足复杂电磁环境下的无线电监测工作，得到的荧光谱图像连续性更强；通过数据压缩能减小数据的传输量，便于数据传输。

更进一步的，步骤3中帧数M＝(T*SampleRate)/N，其中T表示向上位机传输数据的时间间隔，SampleRate表示数据采样率，数据采样率通过人工设置。

采用上述方法，能根据***不同的要求，确定符合***要求的数据采集帧数。

更进一步的，步骤4采用以下方法对频谱数据进行量化：

a、根据原始频谱数据中幅值的极差SrcFFTRangeDB和原始频谱数据中的幅值上限RangeUPLimit按照以下公式求出原始频谱数据的幅值下限RangeDownLimit；

RangeDownLimit＝RangeUPLimit-SrcFFTRangeDB；

b、按照以下公式计算量化系数K；

$K=\frac{b-a}{SrcFFTRangeDB};$

c、采用以下公式对每帧频谱数据进行量化；

pDestFFT(i)＝K*[(pSrcFFT(i)/L)-RangeDownLimit]，其中pSrcFFT(i)表示原始频谱数据中第i个频率的幅值，pDestFFT(i)表示第i个频率的量化结果，L表示频谱数据采样前每个数据的幅值扩大的倍数，在若量化结果为非整数，则量化结果进位取整；

d、固定幅值范围，将量化后的每帧频谱数据的幅值固定在***设置的幅值范围[a，b]中，其中大于最大幅值b的数据幅值取为b，小于最小幅值a的数据幅值取为a。

采用上述方法，方便建立频谱数据的二维点位图。

更进一步的，步骤6采用以下方法对二维点位图进行补点处理：

以二维点位图中相邻两个标记的点位中左点位为基准，若右点位的幅值比左点位的幅值高2个点位以上，则对左点位上方的点位进行补点标记，直到左点位的幅值与右点位的幅值只相差1个点位；

若右点位的幅值比左点位的幅值低2个点位以上，则对左点位下方的点位进行补点标记，直到左点位的幅值与右点位的幅值只相差1个点位。

采用上述方法，通过补点处理能更好地侦测各种瞬态信号、同频信号，能满足复杂电磁环境下的无线电监测工作。

一种基于DPX的短时信号捕捉***，其关键在于包括：

用于接收射频信号的射频接收模块，该射频接收模块接收射频信号；

用于对接收的射频信号进行预处理的预处理模块，该预处理模块将接收的射频信号转换成基带信号并通过快速傅里叶变换，对射频信号进行频谱分析得到信号的原始频谱数据；

用于对原始频谱数据进行处理的数字信号处理模块，该模块采集原始频谱数据并对采集的频谱数据进行量化处理，得到二维点位图中每个点位标记的次数；

用于将频谱数据进行着色显示的显示模块，该模块获取每个点位标记的次数，并对二维点位图中每个点位进行着色，最后显示在显示模块的屏幕上。

采用上述***，能在复杂电磁环境下监测无线电信号，并且以彩色方式将不同的信号反映出来，便于工作人员监测。

更进一步的，所述预处理模块为可编程门阵列模块。

采用上述***，便于给预处理模块编入算法、程序。

更进一步的，所述数字信号处理模块设置有：

用于判定是否是第一次进行信号捕捉，若是，则根据M＝(T*SampleRate)/N计算采集频谱数据的帧数M后进入数据采集，若不是，则直接进行数据采集；

用于采集第X帧频谱数据的步骤，其中X∈(1,M)；

用于对采集的第X帧频谱数据进行量化的步骤，量化后的频谱数据中每个数据的幅值落入到设定的范围内；

用于将量化后的频谱数据映射到二维点位图中的步骤；

用于判定二维点位图中左右相邻两个点位的幅值是否只相差1个点位的步骤；若不是，则进行补点处理，若是，则将本帧频谱数据的二维点位图中每个点位标记的次数与上一帧频谱数据的二维点位图中每个点位标记的次数进行累加；

用于判定是否继续采集数据的步骤，判定X是否等于M，若是，则将数据压缩并上传显示模块，若不是，则继续采集第X+1帧数据。

采用上述步骤，能获得完善的二维点位图数据，并减小传输数据的数据量。

有益效果：采用本发明通过补点处理能更好地侦测各种瞬态信号、同频信号，能满足复杂电磁环境下的无线电监测工作；通过数据压缩能减小数据的传输量，便于数据传输。

附图说明

图1为本发明的方法原理框图；

图2为本发明的***框图；

图3为图2中数字信号处理模块的工作流程图；

图4为本发明的二维点位图部分的结构示意图；

图5为本发明补点处理的二维点位图部分的结构示意图；

图6为本发明的效果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于DPX的短时信号捕捉方法，包括以下步骤：

步骤1，接收射频信号。

步骤2，对接收的射频信号进行快速傅里叶变换得到射频信号的频谱数据。

步骤3，对频谱数据进行采样，共采集M帧的频谱数据，每帧频谱数据包含N个数据，每个数据对应一个频率和该频率的幅值。

帧数M＝(T*SampleRate)/N，其中T表示向上位机传输数据的时间间隔，SampleRate表示数据采样率，数据采样率由人工设置。

步骤4，采用以下步骤对每帧频谱数据进行数据量化，将每帧频谱数据中的每个数据的幅值量化为整数：

a、根据原始频谱数据中幅值的极差SrcFFTRangeDB和原始频谱数据中的幅值上限RangeUPLimit按照以下公式求出原始频谱数据的幅值下限RangeDownLimit；

RangeDownLimit＝RangeUPLimit-SrcFFTRangeDB；

b、按照以下公式计算量化系数K；

$K=\frac{b-a}{SrcFFTRangeDB};$

c、采用以下公式对每帧频谱数据进行量化；

pDestFFT(i)＝K*[(pSrcFFT(i)/L)-RangeDownLimit]，其中pSrcFFT(i)表示原始频谱数据中第i个频率的幅值，pDestFFT(i)表示第i个频率的量化结果，L表示频谱数据采样前每个数据的幅值扩大的倍数，在若量化结果为非整数，则量化结果进位取整；

d、固定幅值范围，将量化后的每帧频谱数据的幅值固定在***设置的幅值范围[a，b]中，其中大于最大幅值b的数据幅值取为b，小于最小幅值a的数据幅值取为a。

步骤5，构建二维点位图并将量化后的频谱数据映射到二维点位图中；

如图4所示，二维点位图是以频率为横坐标，幅值为纵坐标所构建的二维网格图，其中横坐标与纵坐标的交点表示点位，每个点位对应一个数据的频率和幅值；频谱数据映射到二维点位图是将每个数据在二维点位图中所对应的点位进行标记。

步骤6，采用以下方法对每帧频谱数据的二维点位图进行补点处理：

如图5所示，以二维点位图中相邻两个标记的点位中左点位为基准，若右点位的幅值比左点位的幅值高2个点位以上，则对左点位上方的点位进行补点标记，直到左点位的幅值与右点位的幅值只相差1个点位。

若右点位的幅值比左点位的幅值低2个点位以上，则对左点位下方的点位进行补点标记，直到左点位的幅值与右点位的幅值只相差1个点位。

步骤7，统计经过补点处理后的所有二维点位图中每个点位标记的次数。

步骤8，将统计得到的每个点位标记的次数数据压缩后上传给上位机，上位机接收到压缩数据对数据进行解压还原每个点位标记的次数；

步骤9，上位机根据还原的每个点位标记的次数和规定的次数与颜色的配比，对二维点位图中每个点位进行着色。不同的次数对应不同的颜色，根据每个点位出现的次数将该点位标记成对应的颜色，最后将标记好颜色的二维点位图显示在屏幕上。

如图2所示，一种基于DPX的短时信号捕捉***，包括：

用于接收射频信号的射频接收模块，该射频接收模块接收射频信号；

用于对接收的射频信号进行预处理的预处理模块，该预处理模块为可编程门阵列模块。

预处理模块将接收的射频信号转换成基带信号并通过快速傅里叶变换，对射频信号进行频谱分析得到信号的原始频谱数据。

用于对原始频谱数据进行处理的数字信号处理模块。如图3所示，所述数字信号处理模块设置有：

用于判定是否是第一次进行信号捕捉，若是，则根据M＝(T*SampleRate)/N计算采集频谱数据的帧数M后进入数据采集，若不是，则直接进行数据采集。

用于采集第X帧频谱数据的步骤，其中X∈(1,M)。

用于对采集的第X帧频谱数据进行量化的步骤，量化后的频谱数据中每个数据的幅值落入到设定的范围内。

用于将量化后的频谱数据映射到二维点位图中的步骤。

用于判定二维点位图中左右相邻两个点位的幅值是否只相差1个点位的步骤；若不是，则进行补点处理，若是，则将本帧频谱数据的二维点位图中每个点位标记的次数与上一帧频谱数据的二维点位图中每个点位标记的次数进行累加。

用于判定是否继续采集数据的步骤，判定X是否等于M，若是，则将数据压缩并上传显示模块，若不是，则继续采集第X+1帧数据。

用于将频谱数据进行着色显示的显示模块，该模块获取每个点位标记的次数，并对二维点位图中每个点位进行着色，最后显示在显示模块的屏幕上。

***工作时，射频接收模块接收射频信号，并把信号转换成中频信号，传输给预处理模块，预处理模块对中频信号进行转频得到基带信号，并对基带信号进行快速傅里叶变换，得到射频信号的频谱数据，最后把频谱数据传输给数字信号处理模块，数字处理模块对频谱数据进行采样、量化、补点、统计、压缩处理后上传给显示模块，显示模块对上传的压缩数据进行解压、着色处理后在显示屏上显示，得到的射频信号的荧光谱图像如图6所示。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于DPX的短时信号捕捉方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，接收射频信号；

步骤2，对接收的射频信号进行快速傅里叶变换得到射频信号的频谱数据；

步骤3，对频谱数据进行采样，共采集M帧的频谱数据，每帧频谱数据包含N个数据，每个数据对应一个频率和该频率的幅值；

步骤4，对每帧频谱数据进行数据量化，将每帧频谱数据中的每个数据的幅值量化为整数；

步骤5，构建二维点位图并将量化后的频谱数据映射到二维点位图中；

二维点位图是以频率为横坐标，幅值为纵坐标所构建的二维网格图，其中横坐标与纵坐标的交点表示点位，每个点位对应一个数据的频率和幅值；频谱数据映射到二维点位图是将每个数据在二维点位图中所对应的点位进行标记；

步骤6，对每帧频谱数据的二维点位图进行补点处理；

步骤7，统计经过补点处理后的所有二维点位图中每个点位标记的次数；

步骤8，将统计得到的每个点位标记的次数数据压缩后上传给上位机，上位机接收到压缩数据对数据进行解压还原每个点位标记的次数；

步骤9，上位机根据还原的每个点位标记的次数和规定的次数与颜色的配比，对二维点位图中每个点位进行着色，然后显示在屏幕上。

2.根据权利要求1所述基于DPX的短时信号捕捉方法，其特征在于：步骤3中帧数M＝(T*SampleRate)/N，其中T表示向上位机传输数据的时间间隔，SampleRate表示数据采样率。

3.根据权利要求1所述基于DPX的短时信号捕捉方法，其特征在于：步骤4采用以下方法对频谱数据进行量化：

a、根据原始频谱数据中幅值的极差SrcFFTRangeDB和原始频谱数据中的幅值上限RangeUPLimit按照以下公式求出原始频谱数据的幅值下限RangeDownLimit；

RangeDownLimit＝RangeUPLimit-SrcFFTRangeDB；

b、按照以下公式计算量化系数K；

$K=\frac{b-a}{SrcFFTRangeDB};$

c、采用以下公式对每帧频谱数据进行量化；

pDestFFT(i)＝K*[(pSrcFFT(i)/L)-RangeDownLimit]，其中pSrcFFT(i)表示原始频谱数据中第i个频率的幅值，pDestFFT(i)表示第i个频率的量化结果，L表示频谱数据采样前每个数据的幅值扩大的倍数，在若量化结果为非整数，则量化结果进位取整；

d、固定幅值范围，将量化后的每帧频谱数据的幅值固定在***设置的幅值范围[a，b]中，其中大于最大幅值b的数据幅值取为b，小于最小幅值a的数据幅值取为a。

4.根据权利要求1所述基于DPX的短时信号捕捉方法，其特征在于：步骤6采用以下方法对二维点位图进行补点处理：

以二维点位图中相邻两个标记的点位中左点位为基准，若右点位的幅值比左点位的幅值高2个点位以上，则对左点位上方的点位进行补点标记，直到左点位的幅值与右点位的幅值只相差1个点位；

若右点位的幅值比左点位的幅值低2个点位以上，则对左点位下方的点位进行补点标记，直到左点位的幅值与右点位的幅值只相差1个点位。

5.一种基于DPX的短时信号捕捉***，其特征在于包括：

用于接收射频信号的射频接收模块，该射频接收模块接收射频信号；

用于对接收的射频信号进行预处理的预处理模块，该预处理模块将接收的射频信号转换成基带信号并通过快速傅里叶变换，对射频信号进行频谱分析得到信号的原始频谱数据；

用于对原始频谱数据进行处理的数字信号处理模块，该模块采集原始频谱数据并对采集的频谱数据进行量化处理，得到二维点位图中每个点位标记的次数；

用于将频谱数据进行着色显示的显示模块，该模块获取每个点位标记的次数，并对二维点位图中每个点位进行着色，最后显示在显示模块的屏幕上。

6.根据权利要求5所述基于DPX的短时信号捕捉***，其特征在于：所述预处理模块为可编程门阵列模块。

7.根据权利要求5所述基于DPX的短时信号捕捉***，其特征在于：所述数字信号处理模块设置有：

用于判定是否是第一次进行信号捕捉，若是，则根据M＝(T*SampleRate)/N计算采集频谱数据的帧数M后进入数据采集，若不是，则直接进行数据采集；

用于采集第X帧频谱数据的步骤，其中X∈(1,M)；

用于对采集的第X帧频谱数据进行量化的步骤，量化后的频谱数据中每个数据的幅值落入到设定的范围内；

用于将量化后的频谱数据映射到二维点位图中的步骤；

用于判定二维点位图中左右相邻两个点位的幅值是否只相差1个点位的步骤；若不是，则进行补点处理，若是，则将本帧频谱数据的二维点位图中每个点位标记的次数与上一帧频谱数据的二维点位图中每个点位标记的次数进行累加；

用于判定是否继续采集数据的步骤，判定X是否等于M，若是，则将数据压缩并上传显示模块，若不是，则继续采集第X+1帧数据。