CN107565967B - 基于周期信号混频的信号处理与采样方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于周期信号混频的信号处理与采样方法，该方法通过调节周期信号的时域外形进行重构,从而实现不同的信号处理功能。本发明可同时实现信号的模拟处理和采样，信号处理的等效频率响应可通过调整周期信号的时域外形灵活配置，大大降低了信号处理重构的响应时间和系统复杂度，同时突破了用传统滤波器进行信号处理带来的系统带宽限制。

Description

基于周期信号混频的信号处理与采样方法
技术领域
本发明涉及信号处理，特别是一种基于周期信号混频的信号处理与采样方法，以同时实现可重构的信号处理与采样。
背景技术
随着数字技术的飞速发展，从模拟信号采样得到数字信号，并进行存储、处理、传输和显示是信息技术发展的趋势。在对模拟信号进行采样量化之前，往往需要先根据不同应用的需求对信号进行处理。
模拟信号处理包括对信号的选频、移相和抗干扰等等，是电子与通讯领域的关键技术。在近代电信装备和各类控制系统中，通常使用滤波器来完成模拟信号处理的工作，滤波器的应用极为广泛，是使用最多、技术最复杂的电子部件之一。
在信号采样系统中，用不可重构的模拟滤波器进行模拟信号处理往往会受限于其物理结构所限定的固定滤波特性，无法满足不同的滤波需求。而现阶段的可调谐滤波器中，机械调谐滤波器的响应时间长、不易于控制。电调可重构滤波器的提出(Hunter I C,Rhodes J D.Electronically tunable microwave bandpass filters.IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques,1982.)虽然相对提高了响应时间，但是仍然会受到温度等因素的限制。到目前为止，能同时实现频率和带宽调谐的滤波器的报道还较少，可调范围通常也不够大。以2009年提出的在SIW(介质集成波导)谐振腔中利用压电转换器设计的电调滤波器为例(Himanshu Joshi,Hjalti H.Sigmarsson,SungwookMoon,et al.High-Q Fully Reconfigurable Tunable Bandpass Filters.IEEETrans.Microw.Theory Tech.,2009.)，该滤波器可以同时对频率和带宽进行调谐，频率可调范围为3GHz-5.6GHz，绝对带宽可在33MHz-45MHz之间连续可调。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于周期信号混频的信号处理与采样方法，该方法根据需要通过改变周期信号的外形可同时完成对待处理信号的处理与采样，采样的结果与待处理信号经过一个可编程的滤波器再进行采样得到的结果相同，并且简化了结构、易于实现。
为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：
一种基于周期信号混频的信号处理与采样方法，所述的乘法器的带宽应大于要求的信号处理的频带范围，所述的采样器的采样间隔为要求的信号采样周期Ts，采样器的带宽大于所述的滤波器的带宽，其特点在于，包括以下步骤：
1)根据需要通过配置周期信号的时域外形，将该周期信号
Figure BDA0001417771640000021
与待处理信号x(t)送入所述的乘法器进行混频得到混频信号，其中,ps(t)为组成周期信号p(t)的单个脉冲、Ts为要求的信号采样周期，m是整数，t是时域信号函数的自变量；
2)所述的混频信号送入滤波器进行滤波处理，输出处理信号；
3)所述的采样器对所述的滤波器输出的处理信号以Ts为采样间隔进行采样,得到对信号x(t)的处理和采样结果，采样位置位于每个采样间隔内滤波器输出信号的峰值附近。
所述的信号处理的等效频率响应为：
Figure BDA0001417771640000031
其中，Ωs＝2π/Ts，HE(Ω)为滤波器的频率响应，Ps(Ω)为组成周期信号p(t)的单个脉冲ps(t)的傅利叶变换。
由信号处理的等效频率响应表达式可见，通过改变组成周期信号p(t)的时域外形可以对信号处理的等效频率响应进行灵活配置，从而实现不同的信号处理功能。
所述的信号处理的等效频率响应可通过改变组成周期信号p(t)的单个脉冲ps(t)的时域外形进行灵活配置，从而实现不同的信号处理功能。
本发明具有以下技术优势：
1、本发明中信号处理的等效频率响应的调整重构速度取决于周期信号时域外形的调整速度，相比于传统滤波器的调整方式，可以大大缩短信号处理的重构时间。
2、本发明实现的可重构信号处理不受滤波器及采样器的带宽限制。
3、本发明可同时完成模拟信号处理与采样，将两个模块结合在一起，简化了结构且易于实现。
附图说明
图1是本发明基于周期信号混频的信号处理与采样方法的原理框图。
图2是本发明基于周期信号混频的信号处理与采样方法具体实施例的系统框图。
图3是实施例中周期信号时域图(a)及其组成脉冲的频域图(b)。
图4是实施例中信号处理等效频率响应随周期信号时域外形调整的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以便本领域的研究者更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是,实施例以本发明的方法为前提进行实施，给出了具体的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例：
该实施例的系统框图如图2所示，包括：周期信号发生器1、混频器2、低通滤波器(LPF)3、可调延时器4、模数转换器(ADC)5。
本发明基于周期信号混频的信号处理与采样方法，包括以下步骤
1)所述的周期信号发生器1产生周期为Ts的周期信号p(t)：
Figure BDA0001417771640000041
如图3(a)所示。其中，周期Ts即为要求的信号采样周期，ps(t)为组成所述的周期信号p(t)的单个脉冲，脉冲频谱Ps(Ω)如图3(b)所示，且有Cm＝Ps(mΩs)，Ωs＝2π/Ts。
2)将产生的周期信号p(t)与待处理信号x(t)送入带宽大于信号处理频带范围的混频器2进行混频；
3)将所述的混频器输出的信号送入带宽小于后端ADC的低通滤波器3的输入端；
4)调整所述的可调延时器4，控制滤波器输出信号的时延，使滤波信号在每个采样间隔内的峰值与所述的模数转换器5的采样位置对齐；
5)所述的模数转换器5以Ts为采样间隔对滤波器的输出信号进行采样，得到采样结果
Figure BDA0001417771640000051
其中，hA(t)即为信号处理的时域冲激响应。
信号处理的等效频率响应如图4(a)所示：
Figure BDA0001417771640000052
其中，HE(Ω)为低通滤波器3与可调延时器4级联作为一个整体的等效频率响应。
通过调整周期信号发生器1改变所述的周期信号p(t)的外形,即可调整信号处理的等效频率响应，调整所述的周期信号外形后，信号处理的等效频率响应如图4(b)所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于周期信号混频的信号处理与采样方法，乘法器的带宽应大于要求的信号处理的频带范围，采样器的采样间隔为要求的信号采样周期Ts，采样器的带宽大于滤波器的带宽，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据需要通过配置周期信号的时域外形，将该周期信号
Figure FDA0002755926800000011
与待处理信号x(t)送入所述的乘法器进行混频得到混频信号，其中,ps(t)为组成周期信号p(t)的单个脉冲，且满足Cm＝Ps(mΩs)，Ωs＝2π/Ts、Ts为要求的信号采样周期，m是整数，t是时域信号函数的自变量；
2)所述的混频信号送入滤波器进行滤波处理，输出处理信号，同时调整可调延时器，控制滤波器输出信号的时延，使滤波信号在每个采样间隔内的峰值与所述的采样器的采样位置对齐；
3)所述的采样器对所述的滤波器输出的处理信号以Ts为采样间隔进行采样,得到对信号x(t)的处理和采样结果，采样位置位于每个采样间隔内滤波器输出信号的峰值附近。
2.根据权利要求1所述的基于周期信号混频的信号处理与采样方法，其特征在于，所述的信号处理的等效频率响应为：
Figure FDA0002755926800000012
其中，Ωs＝2π/Ts，HE(Ω)为滤波器的频率响应，Ps(Ω)为组成周期信号p(t)的单个脉冲ps(t)的傅利叶变换。
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