CN101506667B - 改进的复信号插值 - Google Patents

Abstract

用从采样数据中重构复信号的改进插值技术估计每一个采样数据时间的载波相位。所述载波相位随后被用于补偿复信号中的频率变化。所述采样数据的复数部分随后被单独地插值，而插值的结果被用于产生所述重构的复信号的插值幅度。

Description

改进的复信号插值

背景技术

本发明涉及电信号的显示，并且更具体地涉及用于增加所显示信号精确度的采样复信号的改进插值。

对于在时间域上观察射频(RF)带限信号(band-limited signal)的包络幅度(envelope magnitude)有许多要求。现代测量仪器(例如在图1中所描绘的频谱分析仪)从采样信号来测量射频带限信号的幅度。为了测量信号的采样点之间的中间点，通常使用某些插值。理想的插值从离散的采样中重构中间点。用于带限信号的最佳方法之一是再采样(resampling)。然而，传统的插值技术(例如三次样条插值)仍然很普遍，尽管其信号重构不够完美。当插值点不规则间隔时，当需要更快的速度时和/或当用于再采样方法的重构滤波器很难设计时，传统的插值技术可能更是所期望的。

有两种通常的方法使用传统技术来计算被插值的复信号的幅度。然而，这两种方法都有一些难点。如图2所示，一种方法是采用原始采样信号的幅度并且随后应用插值。如图3所示，此第一种方法可能产生负插值数据。如图4所示，另一种方法是单独地对信号的同相(In-phase)分量和正交(Quadrature-phase)分量应用插值，并且随后计算幅度。如图5所示，此第二种方法没有产生负幅度，但是如果信号相位旋转的话，可能会引入过度的纹波(ripple)。如果线性插值被用于相位旋转信号，则幅度轨迹中引入的纹波的原因是显而易见的，如图6所示。

希望得到一种改进的复信号插值，该插值不会产生负幅度并且也不会引入过度的纹波，从而可以提供输入信号的更精确表示。

发明内容

因此，本发明提供了一种改进的插值方案，用于通过估计每一个采样数据时间的载波相位而从采样数据中重构复信号。载波相位随后被用于补偿复信号的频率变化。采样数据的复数分量(complexcomponent)随后被分别地插值，而插值结果被用于产生重构复信号的插值幅度。

在阅读下面的详细说明以及所附权利要求和附图时，本发明的目的、优点以及其他新的特征会变的显而易见。

附图说明

图1是处理RF信号用于显示的典型接收机的方块图。

图2是在图1的典型接收机中使用的现有插值技术的方块图。

图3是脉冲连续波信号的视图，该图指示了相关于图2插值技术的问题。

图4是图1的典型接收机中使用的另一种现有插值技术的方块图。

图5是脉冲连续波信号的视图，该图指出了相关于图3插值技术的问题。

图6是示出图5中所示的纹波的原因的视图。

图7是根据本发明的改进插值技术的方块图。

图8是示出根据本发明产生的脉冲连续波信号的视图，其没有现有技术的问题。

具体实施方式

现在参考图7，示出了本发明的改进插值技术，该改进插值技术是基于采样复信号的I和Q分量而进行分别插值的。由正交信号发生器从输入采样信号中产生的IQ基带信号采样，如图1所示，被输入补偿模块12和载波相位估计模块14。如下面所描述的，与分析信号有关的已知信息以信号模型参数的形式也被输入载波相位估计模块14。载波相位估计模块14使用信号模型参数在每一个采样时间上从IQ基带信号中估计载波相位。估计的载波相位被输入产生IQ基带信号的校正公式的校正模块16。补偿模块12的输出是校正的I和Q采样分量，它们随后分别被各自的插值器18、20插值。插值的结果随后被输入幅度计算模块22以产生被插值的幅度采样。补偿模块12的输出被校正，因而采样信号没有频率变化。产生的重构信号如图8所示，除了在CW脉冲的顶端和尾端上，该重构信号没有任何负幅度并且实际上没有纹波，。

对于一个拥有恒包络的信号A，例如CW脉冲信号，信号s(t)的复基带表达可以被表述为：

的值从采样信号s(k)中估计，其中k是整数，t＝kt_s并且t_s是采样周期。如果

是被估计的相位，那么信号相位可以由采样方式的乘积校正：

所校正的相位应该几乎为0，并且幅度和原始信号A精确地一致。因此，在I和Q中独立地插值可以安全地执行而没有纹波。

在CW信号中，相位

可以被建模为：

其中，a是频率偏移量，而b是在k＝0时的起始相位偏移量。因为对于本应用b不重要，所以频率偏移量a可以被估计。通常的方法是最小平方估计(LSE)。

对于雷达脉冲，通常使用线性调频(Linear FM，LFM)(“啁啾(chirp)”信号)，其中相位

可以被建模为：

并且2a是频率调制(frequency modulation)。

载波相位估计模块14可以使用最小平方估计(LSE)，最小平方估计仅需要信号模型，使用简单的计算并且仍提供合理的估计。该原理是找到估计器θ^使误差平方和最小，即：

d/dθ^_i{∑(error)²}＝0

其中，θ₁＝a，θ₂＝b而θ₃＝c。

信号模型是将被估计的参数的线性组合，它可以以矩阵的形式简化为

y＝Hθ+e

其中y代表所测量的相位，θ代表误差而Hθ代表理想信号

估计器θ^成为

θ^＝(H^TH)^-1H^Ty

在IQ基带信号的每一个采样时间，相位采样被确定(见图6)。LSE被应用到相位采样以产生被输入校正模块16的相位估计器。对于恒频信号，这是相位拟合的(fit-to-phase)测量

导致线性拟合。频率拟合的(fit-to-frequency)测量取相位对时间的导数

导致恒定值。对于LFM信号(变频信号)，这两个模型要么产生抛物线拟合

或线性拟合

其他估计器算法可以被用于替代LSE算法。例如，另一个估计器是最小方差无偏估计(Minimum Variance Unbiased Estimator，MVUE)。其他经典的估计器包括在其他估计器中的最小似然估计(MinimumLikelihood Estimator，MLE)，以及包括最小均方误差(Minimum MeanSquared Error，MMSE)和最大后验(Maximum a Posteriori，MAP)等的Bayes估计(Bayesian estimator)。

因此，系统模型以信号模型信息的方式被提供给估计模型14。如果可能，可以找到Cramer-Rao下界(Cramer-Rao Lower Bound，CRLB)以达到精确界限。估计算法被用于基于尽可能多的原始数据点。如果可能的话，可以使用其他估计器，并且使用具有最小方差(variance)的估计器的结果。

因此，本发明提供改进的插值以通过从采样复信号和已知信号模型参数估计的基带信号的载波相位来重构采样复信号，并且通过使用估计的载波相位来补偿在复信号部分分别插值之前采样复信号中的频率变化。

Claims (6)

1.一种确定源于复信号的采样数据的插值幅度值以重构所述复信号用于显示的方法，包括如下步骤：

从所述采样数据和关于所述复信号的已知信息估计载波相位；

作为所估计载波相位的函数来补偿所述采样数据以产生校正的采样数据；以及

对所述校正的采样数据的同相分量和正交分量分别进行插值以产生所述插值幅度值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述插值步骤包括如下步骤：

从所述插值的同相分量和正交分量计算所述插值幅度值。

3.一种确定源于复信号的采样数据的插值幅度值以重构所述复信号用于显示的如下型式的改进方法：所述复信号的同相分量和正交分量分别被从所述采样数据插值以产生插值分量数据，并且从所述插值分量数据计算所述插值幅度值，其中所述改进包括如下步骤：

使用关于所述复信号的已知信息来估计所述采样数据的各采样时间的载波相位；以及

使用所述载波相位来校正所述采样数据，以产生校正的采样数据作为所述同相分量和正交分量的插值用的采样数据。

4.一种用于确定重构复信号的插值幅度值的设备，包括：

载波相位估计器，所述载波相位估计器具有作为输入的表示所述复信号的采样数据和关于所述复信号的已知信息，并且所述载波相位估计器提供作为输出的估计的载波相位；

用于作为所估计的载波相位的函数来校正采样数据以产生校正的采样数据的装置；及

用于对所述校正的采样数据表示的复信号的同相分量和正交分量分别插值，以产生所述插值幅度值的装置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述插值装置包括：

用于从所述复信号的插值分量计算插值幅度值的装置。

6.一种用于确定源于复信号的采样数据的插值幅度值以重构所述复信号用于显示的如下型式的改进设备：所述采样数据的同相分量和正交分量分别被插值以产生插值数据，并且从所述插值数据计算所述插值幅度值，其中所述改进包括：

载波相位估计器，所述载波相位估计器具有作为输入的所述采样数据和关于所述复信号的已知信息，并且产生作为输出的估计的载波相位；及

用于校正所述采样数据以产生校正的采样数据的装置，所述插值数据源于所述校正的采样数据。

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