CN108008188A - 一种通道间相位差、幅度差的测量方法 - Google Patents

一种通道间相位差、幅度差的测量方法 Download PDF

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庞豪
王江
赵蓓
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

本发明特别涉及一种通道间相位差、幅度差的测量方法，包括如下步骤：(A)多通道输入信号记为r(k，n)，选择其中任一通道作为参考通道；(B)对各通道信号进行平方运算和均值滤波处理得到信号P(k)：(C)将参考通道分别与其他通道信号进行乘法运算和均值滤波处理后得到信号Q(k)；(D)按信号信号P(k)和Q(k)计算其他通道与参考通道之间的幅度差AΔ(k)和相位差通过对输入序列平方、相乘、平均、开方、反余弦等常用的数字函数进行操作，将幅度差和相位差的测量结果以公式的形式给出，处理起来非常简单、方便和快速；同时该方案精度可调，适用范围更广泛，且无需进行数字下变频处理，更简洁、快速。

Description

一种通道间相位差、幅度差的测量方法
技术领域
本发明涉及通信侦察和数字信号处理技术领域，特别涉及一种通道间相位差、幅度差的测量方法。
背景技术
传统的通道间的相位差、幅度差测量方法大都是采用快速傅里叶变换(FFT)进行频域测量，这种测量方式存在诸多不足：其一，由于非整数周期的FFT造成的频谱泄露会降低幅度以及相位测量精度，从而算法本身会引入一定误差，造成测量结果不够准确；其二，通过FFT计算会计算出所有频点，而实际应用中大部分频点是不需要的，因此会增大运算量，并且运算时间也大大增加；其三，采用快速傅里叶变换进行测量时，还需要对信号进行数字下变频处理，运算时需要知道信号的频率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通道间相位差、幅度差的测量方法，运算速度快且精度高。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种通道间相位差、幅度差的测量方法，包括如下步骤：
(A)多通道输入信号记为r(k，n)，其中通道号k＝0，1，2，...，K-1，序列采样时刻n＝0，1，2，...，N-1，选择其中任一通道作为参考通道，参考通道记为r(m，n)，m∈[0，K-1]；
(B)对各通道信号进行平方运算和均值滤波处理得到信号P(k)：
其中k＝0，1，2，...，K-1；
(C)将参考通道与分别与其他通道信号乘法运算和均值滤波处理后得到信号Q(k)：
其中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m，m∈[0，K-1]；
(D)按信号信号P(k)和Q(k)计算其他通道与参考通道之间的幅度差AΔ(k)和相位差
两公式中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m，m∈[0,K-1]；
所述的步骤B和C中的均值滤波处理用于滤除信号中的高频分量。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过对输入序列平方、相乘、平均、开方、反余弦等常用的数字函数进行操作，将幅度差和相位差的测量结果以公式的形式给出，处理起来非常简单、方便和快速；可以通过增加N的值，来增加计算结果的精度，这样就能实现精度可调，适用范围更广泛；同时，该方法是直接针对多通道输入信号进行处理的，无需进行数字下变频处理，更简洁、快速。
附图说明
图1是根据输入的各通道信号计算信号P(k)的示意图；
图2是根据输入的各通道信号计算信号Q(k)的示意图；
图3是根据信号P(k)计算0通道和其他通道幅度差的示意图；
图4是根据信号P(k)和Q(k)计算0通道和其他通道相位差的示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图4，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1至图4，一种通道间相位差、幅度差的测量方法，包括如下步骤：一种通道间相位差、幅度差的测量方法，包括如下步骤：
(A)多通道输入信号记为r(k，n)，其中通道号k＝0，1，2，...，K-1，序列采样时刻n＝0，1，2，...，N-1，选择其中任一通道作为参考通道，参考通道记为r(m，n)，m∈[0，K-1]；
(B)对各通道信号进行平方运算和均值滤波处理得到信号P(k)：
其中k＝0，1，2，...，K-1；
(C)将参考通道与分别与其他通道信号乘法运算和均值滤波处理后得到信号Q(k)：
其中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m，m∈[0，k-1]；
(D)按信号信号P(k)和Q(k)计算其他通道与参考通道之间的幅度差AΔ(k)和相位差
两公式中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m，m∈[0，k-1]；
所述的步骤B和C中的均值滤波处理用于滤除信号中的高频分量。
通过对输入序列平方、相乘、平均、开方、反余弦等常用的数字函数进行操作，将幅度差和相位差的测量结果以公式的形式给出，处理起来非常简单、方便和快速；可以通过增加N的值，来增加计算结果的精度，这样就能实现精度可调，适用范围更广泛；同时，该方法是直接针对多通道输入信号进行处理的，无需进行数字下变频处理，更简洁、快速。上述测量方法可以通过软件实现，也可以通过现场可编程门列阵(FPGA)来实现；当然，最佳的方式是采用FPGA结合软件的方式来处理：先由FPGA对输入的数据流处理经过N倍降速后获得P、Q数据，然后上传至PC软件，最后通过P、Q计算出最终的幅度差和相位差。这里通过从时域上测量克服了采用FFT实现时造成的频谱泄漏问题，同时运算量要小很多。
下面通过详细的推导来对上述方法进行说明，其中以第0通道为参考通道。
假设原始输入信号表达式为：
按照步骤B，
对于高频分量2f，累加器等效于低通滤波器，因此上式等价为：
根据上式，我们可以得到通道间的幅度差测量为：
按照步骤C，
对于高频分量2f，累加器等效于低通滤波器，因此上式等价为：
其中，为第k通道与第0通道之间相位差的平均值。
由上式可知：
通过上述计算我们可以确认，通过步骤A-D能够准确、快速的计算出各通道间的相位差和幅度差。
作为本发明的优选方案，所述的步骤A中，选择第0通道r(0，n)作为参考通道；Q(k)、以及AΔ(k)中的k＝1，2，...，K-1。参考通道的选择可以很随意，选择第0通道作为参考通道更方便一点。

Claims (2)

1.一种通道间相位差、幅度差的测量方法，包括如下步骤：
(A)多通道输入信号记为r(k，n)，其中通道号k＝0，1，2，...，K-1，序列采样时刻n＝0，1，2，...，N-1，选择其中任一通道作为参考通道，参考通道记为r(m，n)，m∈[0，K-1]；
(B)对各通道信号进行平方运算和均值滤波处理得到信号P(k)：
其中k＝0，1，2，...，K-1；
(C)将参考通道与分别与其他通道信号乘法运算和均值滤波处理后得到信号Q(k)：
<mrow> <mi>Q</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </mfrac> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>r</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>r</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>,</mo> </mrow>
其中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m，m∈[0，K-1]；
(D)按信号信号P(k)和Q(k)计算其他通道与参考通道之间的幅度差AΔ(k)和相位差
两公式中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m，m∈[0，K-1]；
所述的步骤B和C中的均值滤波处理用于滤除信号中的高频分量。
2.如权利要求1所述的通道间相位差、幅度差的测量方法，其特征在于：所述的步骤A中，选择第0通道r(0，n)作为参考通道；Q(k)、以及AΔ(k)中的k＝1，2，...，K-1。
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