CN117749134A - 一种基带数据和中频数据的数据回放方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于信号处理领域,具体涉及一种基带数据和中频数据的数据回放方法。具体技术方案为:根据设定标志位判断输入的待回放数据是否为中频信号,当输入为基带信号时,进行后续处理;当输入为中频信号时,对其进行数字下变频,得到零中频的数字基带信号;对数字基带信号进行FIR低通滤波,得到滤波后的数字基带信号;对滤波后的数字基带信号进行采样率变换,利用3HB+CIC滤波器将输入采样率变换至目标采样率。该数据回放方法不仅可以对基带数据进行回放,同时可以对输入的中频数据进行回放。
Description
技术领域
本发明属于信号处理领域,具体涉及一种基带数据和中频数据的数据回放方法。
背景技术
在雷达、航空航天、通信、电子战等领域里,信号回放有着重要的作用。例如,利用数据回放,只需采集一次雷达接收到的信号,就可以在需要模拟真实环境时对采集到的信号进行多次重复回放,屏蔽了外界环境因素的干扰,而且避免了多次试飞测试带来的经济损失。在信号处理方面,回放现场采集的真实信号对***性能进行研究,可以有效地检验信号处理的正确与否。同时如果要改进信号处理算法,可以利用原来采集到的数据回放来验证数据处理的效果,节省了大量的外场实验时间和科研经费。
当前的数据回放只针对于A/D采样后的数字中频信号,没有考虑到关于基带数据的回放。当需要待回放的数据量过大时,会存在内存溢出的情况。当现有采样率不满足要求时,无法对待回放的数据采样率进行任意倍数变换。
信号回放功能可以用来模拟真实环境中的信号,由于现实中有些场景下多次采集真实数据较难实现,有些场景下多次采集数据不但耗费大量外场试验时间,导致项目研制周期过长,同时也会增加研究费用。因此,通过回放已经采集过的基带或中频真实数据从而达到模拟被测现场的目的是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基带数据和中频数据的数据回放方法。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案是:一种基带数据和中频数据的数据回放方法,包括如下步骤:
S1、基于数据点的存储位置确定输入的待回放数据的长度,设定分段回放数据点数,计算待回放数据的分段个数;
S2、根据设定标志位判断输入的待回放数据是否为中频信号,当输入为基带信号时,进行后续处理;当输入为中频信号时,对其进行数字下变频,得到零中频的数字基带信号;
S3、对数字基带信号进行FIR低通滤波,得到滤波后的数字基带信号;
S4、任意倍数采样率更换:对滤波后的数字基带信号进行采样率变换,利用3HB+CIC滤波器将输入采样率变换至目标采样率。
优选的,所述步骤S1中,根据待回放数据中第一个、最后一个数据点的存储位置确定待回放数据的长度;待回放数据的分段个数为:/>,其中为分段的回放数据点数。
优选的,所述步骤S1中,在每一分段内,读取数据文件中该段点数的待回放数据,记录已读取的数据点数长度,每一段信号处理完成后对记录的已读取数据长度进行更新。
优选的,所述步骤S2中,设定标志位代表待回放数据类型,当时,代表待回放数据类型为基带信号;当/>时,代表待回放数据类型为中频信号;
先判断待回收数据是否为中频信号:
若待回收数据为基带信号,将数据分为两路分别赋值给变量实部/>和虚部/>,此时变量/>的长度为输入数据长度的一半;
若待回放数据为中频信号,将输入数据全部赋值给变量实部,虚部,此时变量/>的长度与输入数据长度相等,对其进行数字下变频,得到零中频的数字基带信号。
优选的,所述步骤S3中,设定FIR低通滤波器阶数为580阶,共581个抽头系数;第1个输入数据和第581个输入数据对应的滤波器系数相同,第2个输入数据和第580个输入数据对应的滤波器系数相同,以此类推,最后剩余中间第291个滤波器系数,将移位寄存器中的数据进行对称相加,得到滤波后的数据为:
其中,为输入信号,/>为FIR滤波系数,/>为经过滤波后的信号,/>表示FIR滤波器的抽头数,/>为滤波器阶数。
优选的,所述步骤S4中,HB半带滤波器为具有线性相位的FIR滤波器,用于倍的抽取和内插;
CIC滤波器包括梳状滤波器、积分器、抽取器或插值器三部分,阶数为的CIC滤波器在输入序列时把包括当前输入在内的前/>个值求和作为输出,下一个值到达时滤波器保存的/>个值进行移位,重新计算/>个值的和;CIC滤波器递归实现如下:
。
优选的,所述步骤S4中,当进行小数倍内插时,采用3阶多项式进行拟合,拉格朗日基本多项式分别为:
;
;
;
;
则滤波器输出。
优选的,所述步骤S4中,对滤波后的数字信号进行处理得到新的数字信号,新的数字信号采样率变为之前数字信号采样率的,得到采样率变换后的数字信号;/>是原有采样率,/>是最终所需采样率。
优选的,还包括步骤S5、对采样率变换后的两路数字信号进行上变频,最终保存至数据文件中。
本发明具有以下有益效果:
该数据回放方法不仅可以对基带数据进行回放,同时可以对输入的中频数据进行回放。当输入待回放数据的数据量较大时,能够将其进行分段处理,不但可以快速回放数据文件,而且能避免回放数据内存溢出。当采样率不满足要求时,在不增加硬件实现复杂度的前提下,实现对原始采样率做任意倍数采样率变换,确保达到最终需求。
附图说明
图1为本发明数据回放方法的流程图;
图2为本发明数字下变频示意图;
图3为本发明FIR低通滤波器示意图;
图4为本发明HB滤波重采样示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
如图1所示,本发明公开了一种基带数据和中频数据的数据回放方法,包括如下步骤:
S1、基于数据点的存储位置确定输入的待回放数据的长度,设定分段回放数据点数,计算待回放数据的分段个数。在每一分段内,记录已读取的数据点数,并在信号处理完成后进行更新。
S2、根据设定标志位判断输入的待回放数据是否为中频信号,当输入为基带信号时,直接进入步骤S3;当输入为中频信号时,对其进行数字下变频,得到零中频的数字基带信号,然后进入步骤S3。
S3、对数字基带信号进行FIR低通滤波,得到滤波后的数字基带信号。
S4、任意倍数采样率更换:对滤波后的数字基带信号进行采样率变换,利用3HB+CIC滤波器将输入采样率变换至目标采样率。
S5、将生成的回收数据存储在数据文件里。
本发明具体地实施步骤如下:
步骤S1:读取存储回放数据的数据文件,根据待回放数据中第一个数据点的存储位置和最后一个数据点的存储位置确定出待回放数据的输入数据长度,即数据点个数。为了避免回放数据内存溢出,将待回收数据进行分段读取以及处理,首先设定分段的回放数据点数/>,再根据待回放的数据点个数及当前设定的分段回放数据点数,确定待回放数据的分段个数为:/>。当计算出的分段个数不为整数时,对计算结果向上取整,以确保输入待回放数据的完整性。
在每一分段内,读取数据文件中该段点数的待回放数据,记录已读取的数据点数长度,每一段信号处理完成后对记录的已读取数据长度进行更新。值得注意的是,最后一段数据长度并不一定等于设定的分段回放数据点数。
步骤S2:设定标志位代表待回放数据类型,当/>时,代表待回放数据类型为基带信号;当/>时,代表待回放数据类型为中频信号。在当前段先判断待回收数据是否为中频信号:若待回收数据为基带信号,将数据分为/>两路分别赋值给变量实部/>和虚部/>,此时变量/>的长度为输入数据长度的一半;若待回放数据为中频信号,将输入数据全部赋值给变量实部/>,虚部,此时变量/>的长度与输入数据长度相等,对其进行数字下变频,下变频实现框图如图2所示,得到零中频的数字基带信号。具体地,当输入为中频信号时,将信号分为两路,一路乘cos(2πfct)下变频到0中频,形成与原始信号相位相同的信号;另一路乘sin(2πfct),下变频到0中频,形成与原始信号正交的信号,再经过低通滤波器滤除高频成分即可得到基带信号。其中,fc是已知的中频频率。
下变频模块完成数控振荡器NCO和混频器的功能,NCO的目标是产生一个频率可变、时间离散的正弦波和余弦波的数据样本。
步骤S3:对数字基带信号经过FIR低通滤波器,滤波过程主要是一组特定滤波器系数与信号完成卷积的过程,得到滤波后的数字信号。
实施例中,FIR低通滤波器的作用是在采样率变换之前限制信号的带宽,避免采样造成频谱混叠,如图3所示。
设定FIR低通滤波器阶数为580阶,共581个抽头系数。第1个输入数据和第581个输入数据对应的滤波器系数相同,第2个输入数据和第580个输入数据对应的滤波器系数相同,以此类推,最后剩余中间第291个滤波器系数,将移位寄存器中的数据进行对称相加,得到滤波后的数据为:
。
其中,为输入信号,/>为FIR滤波系数,/>为经过滤波后的信号,/>表示FIR滤波器的抽头数,/>为滤波器阶数。
该步骤中, 由于FIR低通滤波器的滤波器系数是奇对称的形式,可以使得乘法运算次数减少一半。
步骤S4:任意倍数采样率变换: 本发明采用3HB+CIC滤波器结构,可实现原始采样率的倍内插,任意小数倍内插则在/>倍内插的基础上进行拉格朗日插值法进行插值。
HB半带滤波器为具有线性相位的FIR滤波器,用于倍的抽取和内插;HB滤波器2倍重采样的抽取和内插原理如图4所示。HB滤波器计算效率高,但是只能完成/>倍采样率变换,实际应用时通常会与CIC滤波器相结合,实现分数倍采样率变换。
CIC滤波器包括梳状滤波器、积分器、和抽取器或插值器三部分,阶数为的CIC滤波器的工作流程主要是输入序列时把包括当前输入在内的前/>个值求和作为输出,下一个值到达时滤波器保存的/>个值进行移位,重新计算/>个值的和。实际应用时,CIC滤波器有一种高效的递归实现如下:
。
每计算一个输出值只需要两次加法,也只需要保存两个输入值和一个输出值。实际应用时,一般采用多个滤波器级联的方式增加阻带的衰减,但是过多的级联会对硬件造成负担,一般最多采用5级级联。
假设以M阶多项式进行内插,利用M+1点进行拟合,则构造拉格朗日多项式的计算公式为:;
其中,基函数;
当进行小数倍内插时,采用3阶多项式进行拟合,即利用4个原来的采样点进行拟合,坐标分别为。其中,x -1到x 2是4个点对应的横坐标,y -1到y 2为对应的纵坐标函数值。此时,拉格朗日插值算法又称为立方插值算法,拉格朗日基本多项式分别为:
;
;
;
;
则滤波器输出。其中,L为根据这几个数据点构造出的拉格朗日多项式,x为给定输入的数据点,y为给定数据点所对应的函数估值,即滤波器输出。
该步骤中,对滤波后的数字信号进行处理得到新的数字信号,新的数字信号采样率变为之前数字信号采样率的,得到采样率变换后的数字信号;/>是原有采样率,/>是最终所需采样率。
步骤S5:对采样率变换后的两路数字信号进行上变频,最终保存至数据文件中。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1、基于数据点的存储位置确定输入的待回放数据的长度,设定分段回放数据点数,计算待回放数据的分段个数;
S2、根据设定标志位判断输入的待回放数据是否为中频信号,当输入为基带信号时,进行后续处理;当输入为中频信号时,对其进行数字下变频,得到零中频的数字基带信号;
S3、对数字基带信号进行FIR低通滤波,得到滤波后的数字基带信号;
S4、任意倍数采样率更换:对滤波后的数字基带信号进行采样率变换,利用3HB+CIC滤波器将输入采样率变换至目标采样率。
2.根据权利要求1所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:所述步骤S1中,根据待回放数据中第一个、最后一个数据点的存储位置确定待回放数据的长度;待回放数据的分段个数为:/>,其中/>为分段的回放数据点数。
3.根据权利要求2所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:所述步骤S1中,在每一分段内,读取数据文件中该段点数的待回放数据,记录已读取的数据点数长度,每一段信号处理完成后对记录的已读取数据长度进行更新。
4.根据权利要求2所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:所述步骤S2中,设定标志位代表待回放数据类型,当/>时,代表待回放数据类型为基带信号;当/>时,代表待回放数据类型为中频信号;
先判断待回收数据是否为中频信号:
若待回收数据为基带信号,将数据分为两路分别赋值给变量实部/>和虚部/>,此时变量/>的长度为输入数据长度的一半;
若待回放数据为中频信号,将输入数据全部赋值给变量实部,虚部,此时变量/>的长度与输入数据长度相等,对其进行数字下变频,得到零中频的数字基带信号。
5.根据权利要求4所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:所述步骤S3中,设定FIR低通滤波器阶数为580阶,共581个抽头系数;第1个输入数据和第581个输入数据对应的滤波器系数相同,第2个输入数据和第580个输入数据对应的滤波器系数相同,以此类推,最后剩余中间第291个滤波器系数,将移位寄存器中的数据进行对称相加,得到滤波后的数据为:
;
其中,为输入信号,/>为FIR滤波系数,/>为经过滤波后的信号,/>表示FIR滤波器的抽头数,/>为滤波器阶数。
6.根据权利要求5所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:所述步骤S4中,HB半带滤波器为具有线性相位的FIR滤波器,用于倍的抽取和内插;
CIC滤波器包括梳状滤波器、积分器、抽取器或插值器三部分,阶数为的CIC滤波器在输入序列时把包括当前输入在内的前/>个值求和作为输出,下一个值到达时滤波器保存的/>个值进行移位,重新计算/>个值的和;CIC滤波器递归实现如下:
。
7.根据权利要求6所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:所述步骤S4中,当进行小数倍内插时,采用3阶多项式进行拟合,利用4个原来的采样点进行拟合,坐标分别为拉格朗日基本多项式分别为:
;
;
;
;
则滤波器输出;
x为给定输入的数据点;y为给定数据点所对应的函数估值。
8.根据权利要求7所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:所述步骤S4中,对滤波后的数字信号进行处理得到新的数字信号,新的数字信号采样率变为之前数字信号采样率的,得到采样率变换后的数字信号;/>是原有采样率,/>是最终所需采样率。
9.根据权利要求8所述的一种基带数据和中频数据的数据回放方法,其特征在于:还包括步骤S5、对采样率变换后的两路数字信号进行上变频,最终保存至数据文件中。
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