CN107819453B - 用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的系统和方法 - Google Patents

用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的系统和方法。提供一种处理在传感器103处接收的多个随时间变化的信号114/116以识别多个随时间变化的信号114/116中至少一个的至少一个参数的方法1200，其中传感器103与信号数据处理器101通信耦合。该方法1200包括在信号数据处理器101的多个盲源分离(BSS)模块120处接收1202来自多个随时间变化的信号114/116的信号，多个BSS模块120中的每个BSS模块120包括具有流水线化架构和并行化架构的滤波子系统207。该方法1200还包括生成多个盲源分离信号129，以及发送至少一个脉冲描述符字(PDW)参数矢量信号138给信号数据处理器101的计算设备132。该方法1200进一步包括识别来自至少一个PDW参数矢量信号138的至少一个参数，以及从信号数据处理器101输出至少一个参数。

Description

用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的系统和方法
技术领域
本公开的领域大体涉及从多个混合信号中分离和识别感兴趣的信号，并且更具体地，涉及用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的系统和方法。
背景技术
在至少一些已知的信号处理系统中，多个混合信号(例如雷达信号)被传感器接收，传感器与盲源分离滤波器通信地耦合。使用信号处理技术，盲源分离滤波器尝试从多个混合信号中精确分离和识别感兴趣的信号。为了提高性能，至少一些已知的盲源分离滤波器使用流水线化和并行化技术。但是，流水线化和并行化滤波器通常需要为每个调谐的频率确定新的滤波器系数，并且使用相对大的需要密集存储器和计算资源的查找表。此外，在至少一些已知的系统中，连续生成、分类和追踪期间遇到的过度的硬件延迟(例如，由于时钟周期)可引发潜在的感兴趣的信号被错误分类或没有包含在信号追踪中。并且，在至少一些已知的信号滤波器调谐系统和方法中，流水线化和并行化信号过滤需要实质上不同的电路和硬件版本用于各种平台。
发明内容
在一方面，提供了一种处理在传感器处接收的多个随时间变化的信号以识别多个随时间变化的信号中的至少一个的至少一个参数的方法，其中传感器与信号数据处理器通信耦合。该方法包括，在信号数据处理器的多个盲源分离(BSS)模块处接收来自多个随时间变化的信号的信号，多个BSS模块中的每个BSS模块包括滤波子系统，其中，每个BSS模块内的滤波子系统具有流水线化架构和并行化架构。该方法还包括，使用多个BSS模块生成多个盲源分离信号，以及基于多个盲源分离信号发送至少一个脉冲描述符字(PDW)参数矢量信号给信号数据处理器的计算设备。该方法进一步包括，使用计算设备从至少一个PDW参数矢量信号中识别至少一个参数，以及从信号数据处理器中输出至少一个参数。
在另一个方面，提供了一种处理多个随时间变化的信号以识别多个随时间变化的信号中的至少一个的至少一个参数的系统。该系统包括传感器，其被配置以接收多个随时间变化的信号，以及与传感器通信耦合的信号数据处理器。信号数据处理器包括多个BSS模块，多个BSS模块中的每个BSS模块包括滤波子系统。滤波子系统具有流水线化架构和并行化架构。信号数据处理器被配置以在多个BSS模块处接收来自多个随时间变化的信号的信号，以及使用多个BSS模块生成多个盲源分离信号。信号数据处理器也被配置以基于多个盲源分离信号发送至少一个PDW参数矢量信号给信号数据处理器的计算设备。信号数据处理器进一步被配置以使用计算设备从至少一个PDW参数矢量信号中识别至少一个参数，以及从信号数据处理器中输出至少一个参数。
在另一个方面，提供了一种用于处理多个随时间变化的信号以识别多个随时间变化的信号中的至少一个的至少一个参数的信号数据处理器。信号数据处理器包括多个BSS模块，其中多个BSS模块中的每个BSS模块包括滤波子系统。滤波子系统具有流水线化架构和并行化架构。信号数据处理器被配置以在多个BSS模块处接收来自多个随时间变化的信号的信号，以及使用多个BSS模块生成多个盲源分离信号。信号数据处理器也被配置以基于多个盲源分离信号发送至少一个PDW参数矢量信号给信号数据处理器的计算设备。信号数据处理器进一步被配置以使用计算设备从至少一个PDW参数矢量信号中识别至少一个参数，以及从信号数据处理器中输出至少一个参数。
附图说明
当参考附图阅读后面的详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将会被更好的理解，其中附图中相同的符号表示相同的部件，其中：
图1是使用盲源分离(BSS)生成脉冲描述符字(PDW)的示例性信号处理系统的示意图。
图2是形成图1所示信号处理系统的一部分的示例性BSS信道的示意图。
图3是可与在图2所示的滤波子系统一起使用的示例性滤波器模块的流水线化架构的示意图。
图4是可与在图3所示的滤波器模块一起使用的示例性滤波器电路的详细视图。
图5是可与在图2所示的滤波子系统一起使用的示例性滤波器模块的并行化架构的示意图。
图6是在图5所示的并行化滤波器架构中的频率追踪误差(赫兹，Hz)与已知的标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图，其中Nt＝100且P＝4，M＝4。
图7是在图5所示的并行化滤波器架构中的频率追踪误差(Hz)与已知的标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图，其中Nt＝1000且P＝4，M＝4。
图8是在图5所示的并行化滤波器架构中的频率追踪误差(Hz)与已知的标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图，其中Nt＝10000且P＝4，M＝4。
图9是在图5所示的并行化滤波器架构中的频率追踪误差(Hz)与已知的标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图，其中Nt＝1000且P＝8。
图10是图1所示的信号处理系统100的操作的图形表示，其描绘了针对双精度滤波器以及流水线化并联定点滤波器的功率普密度(PSD)与频率的关系，其中，中心频率为875.0兆赫兹(MHz)。
图11是图5所示的并行化滤波器架构的操作的图形表示，其描绘了针对28个不同滤波器系数的多相系统功能确定的滤波器中心频率的误差(Hz)与插值点的数目的关系。
图12是处理可与图1所示信号处理系统一起使用的多个随时间变化的信号的示例性方法的流程图。
除非另有说明，这里提供的附图旨在图示说明本公开的实施方式的特征。这些特征被认为适用于包括本公开中的一个或更多个实施方式在内的各种系统。因此，附图并不意在包括为实施本文中公开的实施方式所需要的那些被本领域一般技术人员熟知的所有的常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将参考若干术语，其被限定应具有以下含义。
单数形式的“一个/一种(a、an)”以及“所述/该(the)”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。
“可选的”或“可选地”意为随后所描述的事件或环境可能发生或者可能不会发生，并且该描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以被应用于修饰任何量化表示，在不导致与其相关的基本功能改变的情况下，该任何量化表示可获准地变化。从而，一个或更多个术语修饰的值(如“大约”、“近似地”以及“基本上”)不限于指定的准确值。在至少一些实例中，近似语言可对应于测量值的仪器的精度。这里和整个说明书和权利要求中，范围限制可以组合和/或互换，以及这些范围被识别并且包括其中所包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。
如本文所用，术语“处理器”、“计算机”以及相关术语等，“处理设备”、“计算设备”以及“控制器”并不只限于那些本领域中称为计算机的集成电路，而是广泛地涉及微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)以及其它可编程电路，并且这些术语在本文可互换使用。在本文所描述的实施方式中，存储器可包括但不限于计算机可读介质，如随机存取存储器(RAM)和计算机可读非易失性介质(如闪存)。替代地，也可以使用软盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)。并且，在本文所描述的实施方式中，附加的输入信道可以是但不限于与操作者界面相关的计算机外设(如鼠标和键盘)。替代地，也可使用其它计算机外设，可包括，例如，但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，附加的输出信道可包括但不限于操作者界面监控器。
此外，如本文所用，术语“实时”指相关事件的发生时间、测量和收集预定数据的时间、处理数据的时间、系统对事件和环境的响应的时间中的至少一个。在本文所描述的实施方式中，这些活动和事件基本上同时发生。
本文所描述的系统和方法针对信号处理系统。信号处理系统使用传感器检测多个混合信号(如雷达信号)。与传感器通信耦合的信号数据处理器使用盲源分离(BBS)和其它信号处理技术以从多个混合信号中分离和识别一个或更多个感兴趣的信号。例如，识别每个感兴趣的信号的信号参数(如频率、振幅等)。被识别的感兴趣的信号从信号数据处理器输出。例如，被识别的信号可输出到人机界面进行显示，和/或可输出到交通工具以促进基于被识别的信号控制交通工具的操作。
信号数据处理器使用滤波器系数分离和识别感兴趣的信号。在本文所描述的系统和方法中，并行化和流水线化技术用于即时更新可调谐盲源分离滤波器的滤波器系数(如，其具有低至一个时钟周期的硬件延迟)。本文所描述的实施方式也促进通过来自相对于已知系统和方法明显较小的查找表的线性插值的持续滤波器调节以及准确的信号参数追踪。本文所描述的实施方式进一步使得能够使用比已知的系统和方法更少的存储器和计算资源实现持续生成、分类和追踪脉冲信号参数。本文所描述的用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的系统和方法也为基于FPGA和ASIC的设计提供具有基本类似的电路和硬件实施方式的无限脉冲响应(IIR)滤波器的组合的并行化和流水线化。
图1是使用BSS生成脉冲描述符字(PDW)的示例性信号处理系统100的示意图。BSS也称为盲信号分离，其用于从多个混合信号中分离(如，滤波)一个或更多个感兴趣的源信号。在应用中，包括但不限于欠定(underdetermined)的情况(如，比信号源更少的观察的信号)，BSS促进从任意的一组随时间变化的信号中分离和识别纯的感兴趣的信号(如，来自一个或更多个信号发射器的雷达脉冲)，而不依靠大量的关于信号发射器、感兴趣的信号或信号混合过程的已知信息。
在示例性实施例中，信号处理系统100包括与天线102通信耦合的信号数据处理器101。在示例性实施例中，天线102是广域传感器103。信号数据处理器101包括预处理器104和后处理器105。传感器103被配置以接收来自雷达信号发射器106和107的信号。尽管两个雷达信号发射器106和107显示在图1中，但本领域的技术人员将理解传感器103可接收来自任意数量的雷达信号发射器106和107的信号。
传感器103通过预调节器108与预处理器104通信耦合。在示例性实施例中，预调节器108包括低噪声放大器109、带通滤波器110和宽带模拟-数字转换器(ADC)111。在操作中，预调节器108被配置以将从传感器103接收的传感器输出信号112转换为发送至预处理器104的输入信号113。每个输入信号113来自于在传感器103处接收的随时间变化的信号。随时间变化的信号可包括从雷达信号发射器106和107接收的信号的混合。例如，随时间变化的信号可包括第一雷达信号114和第二雷达信号116。
在示例性实施例中，预处理器104包括一个或更多个信号去噪模块118和多个盲源分离(BSS)模块120。每个BSS模块120与单个信号去噪模块118耦合，并且表示一个BSS信道。信号处理系统100中的BSS信道的总数表示为K。信号去噪模块118发送去噪信号124和状态能量信号126给多个BSS模块120中的每个相应BSS模块120(如，120a、120b、…、120K)。状态能量信号126表示与在特定采样时间点(如，状态)处的输入信号113的幅度成比例的量(如，模拟电压电平)。
在操作中，输入信号113从预调节器108被发送至信号去噪模块118，其中输入信号113经历信号去噪并且作为去噪信号124随后被发送至每个BSS模块120。例如，第一雷达信号114作为具有信号特征(包括但不限于频率和带宽)的脉冲初始在传感器103处被接收。在此示例中，第一雷达信号114的单个脉冲被预调节器108处理后作为混合信号在信号去噪模块118处被接收(如，输入信号113表示第一雷达信号114的信号脉冲，并且具有多种特征包括但不限于除了期望的感兴趣的信息之外的噪声和信息)。信号去噪模块118在发送具有频率和带宽(或常规模式的频率和带宽)的去噪信号124给BSS模块120之前对混合的输入信号113去噪。信号处理系统100实施的方法通过上述设备和系统基本上实时执行，并且参考图2在下面进一步详细示出和描述。
进一步地，在示例性实施例中，预处理器104包括一个或更多个PDW生成模块128和脉冲去噪模块130，其中，一个或更多个PDW生成模块128与每个BSS模块120耦合，并且脉冲去噪模块130与每个BSS模块120耦合。PDW生成模块128基于从每个BSS模块120接收的盲源分离信号129生成PDW参数矢量信号138。每个PDW参数矢量信号138包含表示来自盲源分离信号129的单个脉冲的雷达信号114和116之一的感兴趣的特征(如，频率、带宽、到达时间、离开时间、脉冲宽度、脉冲振幅、脉冲重复间隔和/或到达角度(AOA))的数据。脉冲去噪模块130还基于盲源分离信号129生成未知信号状态空间表示信号139。未知信号状态空间表示信号139包含表示雷达信号114和116之一的感兴趣的附加(如，非PDW类型)特征的数据，其中根据这些附加特征，关于雷达信号发射器106和107之一的可用空间信息是可辨别的。PDW参数矢量信号138以及未知信号状态空间表示信号139被发送至后处理器105。信号去噪模块118、PDW生成模块128以及脉冲去噪模块130包括合适的信号滤波、信号放大、信号调制、信号分离、信号调节和/或使用模拟的和/或数字的电子电路组件实施的ADC电路系统。并且，在示例性实施例中，每个BSS模块120发送相应盲源分离信号129(如，129a、129b、…、129K)给PDW生成模块128和脉冲去噪模块130。
后处理器105包括计算设备132，计算设备132包括存储器134。如上所述，PDW生成模块128接收来自每个相应BSS模块120的盲源分离信号129。随后PDW生成模块128应用盲源分离信号129生成PDW参数矢量信号138，其随后被发送至后处理器105。PDW参数矢量信号138被计算设备132接收并且作为计算机可读数据存储到存储器134中，其包括但不限于如至少一个缓冲数据集。脉冲去噪模块130也被配置以用于接收来自每个相应BSS模块120的盲源分离信号129。脉冲去噪模块130进一步被配置以应用盲源分离信号129生成未知信号状态空间表示信号139，随后其被发送至后处理器105。未知信号状态空间表示信号139被计算设备132接收并且作为计算机可读数据存储到存储器134中，其包括但不限于如至少一个缓冲数据集。在示例性实施例中，计算设备132从存储器134中提取缓冲数据集用于使用基于计算机的方法处理，该基于计算机的方法采用运行软件的操作系统，该软件根据也被存储在存储器134(如，来自一个或更多个计算机可读存储介质)中的指令集数据执行。
计算设备132实施基于计算机的方法(如，根据存储在一个或更多个计算机可读存储介质中的软件指令，包括但不限于存储在存储器134中的软件指令)以基于包含在PDW参数矢量信号138和未知信号状态空间表示信号139中的至少一个中的数据，执行操作。这样的操作包括但不限于检测、处理、量化、存储和显示(如，以人类可读数据形式)至少一个雷达信号(例如，信号114和116)表示为PDW参数矢量信号138和未知信号状态空间表示信号139中的至少一个中的数据的各种特征。例如，PDW生成模块128生成PDW参数矢量信号138包含以矢量形式构成的多个PDW矢量数据块，其中每个PDW矢量数据块包含第一雷达信号114的一个参数。(如，表示第一雷达信号114的至少一个特征的)参数包括但不限于频率、带宽、到达时间、离开时间、脉冲宽度、脉冲振幅、脉冲重复间隔和/或AOA。计算设备132读取PDW参数矢量信号138以及对多个PDW矢量数据块中的至少一个PDW矢量数据块执行至少一个前面提到的操作。并且，在示例性实施例中，计算设备132读取并分离(如，去交错(deinterleave))PDW参数矢量信号138成它的构成的PDW矢量数据块，并且将少于包含在PDW参数矢量信号138中的PDW矢量数据块的总量的PDW矢量数据块存储到存储器134中。PDW参数矢量信号138的去交错使得能够通过计算装置132确定雷达信号114和/或116的感兴趣的特征，以例如，但不限于精确确定和追踪雷达信号发射器106和/或107的空间信息。在其它实施方式中，计算设备132读取所有PDW矢量数据块并将其彼此分离并且将其中包含的所有数据存储到存储器134中。在传感器103接收到雷达信号114和116时，计算设备132基本上同时(如，实时)执行前面提到的操作。
来自计算设备132执行的操作的结果数据存储在存储器134中。进一步地，在示例性实施例中，计算设备132使后处理器105发送数据输出信号142到人机接口(HMI)以促进以下项中的至少一个：交互、修改、可视化、至少一个另外的操作、以及信号处理系统100的用户的有关雷达信号114和116的信息的可查看记录。例如，HMI是显示器144，其接收来自后处理器105的数据输出信号142。在一个示例中，表示如由信号处理系统100确定的雷达信号发射器106和107的物理位置的特征(如，位置特征如物理空间域中的网格坐标)显示在显示器144上，并基本上实时更新。数据输出信号142也被从后处理器105发送至与信号处理系统100相关联的至少一个设备和/或系统(如，交通工具146)。进一步地，计算设备132使后处理器105能够基本上实时发送致动器控制信号148到包括在交通工具146内的致动器控制器150，以促进控制交通工具146。例如，交通工具146可以是远程和/或自主操作的地面交通工具和/或无人驾驶飞行器(UAV)。
在一种操作模式中，包含在相应PDW参数矢量信号138中的频率和带宽信息中的至少一种以及相应雷达信号发射器106和107的位置显示在显示器144上，以促进精确追踪位置和与特定雷达信号发射器106和107相关联。在至少一个雷达信号发射器106和107是移动的情况下，显示器144基本上实时自动更新以显示至少一个相应移动雷达信号发射器106和107的位置信息。进一步地，计算设备132也确定至少一个相应移动雷达信号发射器106和107的速度、加速度、轨道和轨迹(如，包括当前位置和之前位置)中的至少一个。在另一种操作模式中，信号数据处理器101确定的特征还在与信号处理系统100通信的物理设备和系统中触发多种基本上实时的物理动作。例如，雷达信号发射器106和107的特征(包括信号处理系统100确定的频率和带宽)作为数据被基本上实时发送至交通工具146中的致动器控制器150(如，以控制UAV的方向舵和襟翼)。如果雷达信号发射器106和107是未经授权的(如，敌对的，以前未检测的等)被确定为威胁的雷达信号发射器，则致动器控制器150操纵交通工具146以避开信号发射器106和107的操作区域或接合信号发射器106和107。作为进一步的示例，被本文描述的信号数据处理方法确定的雷达信号发射器106和107的特征在控制信号中被基本上实时发送至与信号处理系统相关联的电子保障措施(electronic supportmeasure,ESM)设备和电子战(electronic warfare,EW)系统中的至少一个，以例如在没有授权的情况下指示在传感器103的可检测环境中操作的雷达信号发射器106和107处的雷达干扰信号。
在操作中，在信号处理系统100中的多个BSS模块120中的每个BSS模块120实施具有动态更新的滤波方法以实现生成包含频率、中心频率、带宽、脉冲时间和脉冲宽度信息中的至少一个的高质量PDW。如本文所描述的，BSS模块120具有流水线化及并行化架构。追踪如感兴趣的雷达信号的频率和带宽的这种改善的PDW的精度和分辨率有利于识别、确定和/或分析相关联的雷达信号从其发射的雷达信号发射器106和107。例如，信息(包括但不限于源自来自雷达信号发射器106和107的PDW的信息)在作为数据输出信号142通过后处理器105发送至显示器144后显示在显示器144上，如上所述。该改善后的信息使信号处理系统100能够区分第一雷达信号发射器106和第二雷达信号发射器107。并且，例如，在传感器103的可检测环境中的不同的雷达信号发射器(如第一雷达信号发射器106和第二雷达信号发射器107)被绘制在显示器144上(如，作为地图)的相应位置(如，网格坐标)处。
并且，在操作中，多个BSS模块120分离多个去噪信号124。如参考图2和图3在下面进一步示出和描述的，每个BSS模块120包含多个可调谐滤波器，其中每个滤波器基于滤波器参数(包括但不限于中心频率和带宽)进行操作。进一步地，在示例性实施例中，预处理器104包括BSS控制模块196，其促进控制多个BSS模块120中的每个相应BSS模块120。BSS控制模块196接收包含BSS相关信息(包括但不限于频率、带宽和状态)的来自多个BSS模块120中的每个BSS模块120的相应BSS数据信号197(如，197a、197b、…、197K)。基于包含在BSS数据信号197中的BSS相关的信息，BSS控制模块196也生成和发送相应BSS控制信号198(如，198a、198b、…、198K)返回到每个相应BSS模块120，以控制(例如但不限于)接收去噪信号124的时间和发送相应盲源分离信号129到PDW生成模块128和脉冲去噪模块130中的至少一个的时间。包含在BSS数据信号197和BSS控制信号198中的信息被BSS控制模块196使用以促进反馈控制回路的实施。
图2是形成图1所示的信号处理系统100的一部分的示例性BSS信道200(如，BSS模块120a接收来自信号去噪模块118的去噪信号124)的示意图。如上所述，信号去噪模块118发送去噪信号124以及状态能量信号126。并且，在示例性实施例中，状态能量信号126体现在多个状态能量信号126中。多个状态能量信号126中的每个状态能量信号126包含表示信号去噪模块118的相应状态输出202的状态(如，与在特定采样时间点的输入信号113的振幅成比例的模拟电压电平)的信息。多个状态能量信号126被状态能量分析子系统204接收。状态能量分析子系统204确定对应于滤波子系统207的S个滤波器状态的S个信号(如，126a、126b…、126S)的相应状态能量信号126的中心频率(如，f0)。状态能量分析子系统204包括窗口加法器模块206，其被配置以确定一组长度Ne的S个窗口内的总能量(如，针对BSS模块120a的BSS信道状态机模块208的每个状态确定一次)。BSS信道状态机模块208协调通过滤波子系统207对去噪信号124滤波的时间。状态能量分析子系统204也包括最大能量检测模块210，其与窗口加法器模块206耦合。最大能量检测模块210被配置以接收S个总和窗口信号212(如，212a、212b、…、212S)，并且确定S个总和窗口信号212的每个总和窗口信号212的最大能量。最大能量检测模块210进一步被配置以确定和发送初始频率信号214至信号频率和带宽追踪器模块216，其与最大能量检测模块210耦合。
在一个示例性实施例中，初始频率信号214表示对应于BSS信道200的相关联状态的相应状态能量信号126的最大能量的f0。信号频率和带宽追踪器模块216使用初始频率信号214确定对应于BSS信道200的最大能量状态的相应总和窗口信号212的中心频率(“Cf”)和带宽(“BW”)。信号频率和带宽追踪器模块216进一步输出Cf和BW信号218至BSS信道状态机模块208。BSS信道状态机模块208与滤波子系统207、信号频率和带宽追踪器模块216、输入缓冲器模块220以及计算设备132耦合。基本上与通过BSS信道状态机模块208接收到来自信号频率和带宽追踪器模块216的Cf和BW信号218同时地，输入缓冲器模块220通过滤波子系统207延迟对去噪信号124滤波，以使BSS信道状态机208能够更新滤波子系统207的Cf和BW滤波器参数(进一步描述如下)。
在示例性实施例中，滤波子系统207是可调谐滤波器组，其包括多个滤波器模块，例如，包括但不限于低滤波器(“Flo”)模块207a，主滤波器(“F”)模块207b和高滤波器(“Fhi”)模块207c。在其它实施方式(如参考图5在下面描述的)中，滤波子系统207包括多于或少于三个滤波器模块。输入缓冲器模块220耦合至滤波子系统207和信号去噪模块118，并且在其之间，并且被配置以发送多个滤波器输入信号228(如，228a、228b和228c)至滤波子系统207中的相应滤波器模块(如，207a、207b和207c)。输入缓冲器模块220进一步被配置以接收从BSS信道状态机模块208的第一输出端发送的延迟信号227。延迟信号227指示将滤波器输入信号228输出到滤波子系统207的时间。BSS信道状态机模块208从第二输出端发送中心频率和带宽更新信号232至滤波子系统207。中心频率和带宽更新信号232使滤波子系统207中的每个滤波器模块(如，207a、207b和207c)的Cf和BW操作参数和相关的滤波器系数α(“alpha”)和β(“beta”)分别持续更新。中心频率和带宽更新信号232因此促进准确追踪去噪信号124频率和带宽以产生来自BSS模块120a和BSS信道200的连续且未失真的盲源分离信号129a输出。
在示例性实施例中，滤波子系统207使用数字的和/或模拟的电子电路系统，其包括但不限于在现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)中的至少一个中的实例化的电路。并且，在示例性实施例中，BSS信道200中实施的至少部分方法通过在通用处理器(如，计算设备132)和数字信号处理器(DSP)中的至少一个上的软件实例化。进一步地，在示例性实施例中，滤波子系统207中的每个滤波器模块(如207a、207b和207c)的操作参数存储在存储器134中，并且基本上与通过BSS信道状态机模块208发送中心频率和带宽更新信号232同时(如，实时)地进行更新。在示例性实施例中，滤波器模块207a、207b和207c具有流水线化架构(如下面关于图3描述的)和并行化架构(如下面关于图4描述的)二者。
在示例性实施例中，滤波器模块Flo 207a、滤波器模块F 207b和滤波器模块Fhi207c从输入缓冲器模块220接收相应滤波器输入信号(如，228a、228b和228c)，且均与与BSS信道状态机模块208进一步耦合。滤波子系统207进一步被配置以发送多个信号能量信号234，其中滤波器模块Flo 207a、F 207b和Fhi 207c均发送相应信号能量信号(如，分别为234a、234b和234c)至BSS信道状态机模块208。进一步地，在示例性实施例中，滤波器模块F207b还发送作为从BSS模块120a发送的相应盲源分离信号129a的信号能量信号234b至PDW生成模块128和脉冲去噪模块130以进一步处理(如参考以上图1示出和描述的，通过计算设备132对PDW参数矢量信号138进行去交错)。包含在多个信号能量信号234中的信息被BSS信道状态机模块208使用以生成中心频率和带宽更新信号232并将其发送至滤波子系统207(参考图3和图4进一步示出和描述的)。
在操作中，BSS信道200中的反馈一直用于确定在哪里(如，其数值是多少)设置滤波子系统207的每个滤波器模块(如滤波器模块Flo 207a、F 207b和Fhi 207c)的Cf和BW。反馈包括获取由现有滤波器设置(如来自信号能量信号234a、234b和234c)产生的能量测量，以及持续地且自适应地更新相应滤波器参数Cf和BW和滤波器系数α和β，同时维持时间和频率的覆盖尽可能完整。雷达信号的随后的脉冲被滤波子系统207滤波，其中，滤波器模块Flo207a、F 207b和Fhi 207c具有相应滤波器参数和系数，其经调谐以使滤波子系统207能够以非常有效的方式进行多任务操作(如，参考图1在上面描述的，至少部分在BSS控制模块196的控制下)。
并且，在操作中，信号频率和带宽追踪器模块216包括追踪算法，其用以追踪初始频率信号214的值。具体地，初始频率信号214的Cf以任何速率向上改变到由追踪算法设置的最大预定速率(如，由计算设备132、BSS信道状态机模块208和BSS控制模块196中的至少一个确定)。追踪算法的追踪窗口足够短以支持调频速率(chirp rate)，但足够长以处理信号噪声水平。具体地，追踪算法被BSS信道200稳健实施，包括但不限与计算设备132结合，作为以下所有项的函数：多个滤波器模块(如，207a、207b和207c)的参数和/或系数设置、噪声水平、信号频率改变特征、振幅差和在信号去噪模块118需要的范围内接通(pull-in)信号的能力。例如，但并不限于，在信号去噪模块118具有1GHz的带宽的20种状态(如，S＝20)的情况下，BSS信道200追踪具有从初始频率(如，接通范围)向上偏移到±25MHZ(如，0.025GHz)的频率的雷达信号。
在示例性实施例中，滤波子系统207中的每个滤波器模块(如，207a、207b和207c)是无限脉冲响应(IIR)滤波器。并且，在示例性实施例中，BSS信道200处理雷达信号而不是通信信号，并且，因此，通过使用IIR滤波器引起的非常数组延迟的影响不如利用通信信号重要。IIR滤波器充分满足通过后处理器105对PDW去交错后滤波所需的信号质量。
滤波器模块F 207b被作为初级滤波器用以分离来自去噪信号124的滤波器输入信号228b。由滤波器模块Flo 207a和Fhi 207c分别对滤波器输入信号228a和228c滤波用于追踪过程，以保持滤波器模块F 207b相对精确地确定频率和带宽二者。并且，在示例性实施例中，滤波器模块Flo 207a和Fhi 207c在频率和带宽上以固定的量偏移，并且与滤波器模块F207b一样，被持续监测以促进Cf和BW的适当和及时的调谐。
滤波器模块Flo 207a、F 207b和Fhi 207c中的每个通过两个值(如，Cf和BW)被参数化。在未示出的替代实施方式中，滤波子系统207包括两个滤波器模块(如，滤波器模块F207b和Fhi 207c)而不是三个滤波器模块，BSS信道200具有固定的BW，且简化的追踪过程只追踪频率。在此简化的情况下，滤波器模块F 207b的Cf和BW分别称为f和w，使得：
中心频率(Fhi)＝f+Δf 方程1
带宽(Fhi)＝w 方程2
对于示例性实施例，其中滤波子系统207包括三个滤波器模块(例如，滤波器模块Flo 207a、F 207b和Fhi 207c)，根据方程1和2滤波器模块F 207b的Cf和BW被限定，滤波器模块Flo 207a和Fhi 207c的Cf和BW(如，分别为f和w，)被限定如下：
中心频率(Flo)＝f-Δf 方程3
带宽(Flo)＝w-Δw 方程4
中心频率(Fhi)＝f+2Δf 方程5
带宽(Fhi)＝w+2Δw 方程6
并且，在操作中，滤波子系统207中的相应滤波器模块(如，滤波器模块Flo 207a、F207b和Fhi 207c)输出的相应信号能量信号234(如，234a、234b和234c)具有由BSS信道状态机模块208确定的其输出能量，包括但不限于与使用计算设备132和BSS控制模块196中的至少一个实现的方法结合。对于实数值信号能量信号234，输出能量通过求平方确定，以及对于复数值信号能量信号234，输出能量通过取绝对值确定。对于实数值或复数值信号能量信号234，在具有三个滤波器模块(如，Flo 207a、F 207b和Fhi 207c)的滤波子系统207情况下的输出能量的确定导致一系列能量测量的三元组(E(n)、Elo(n)、Ehi(n)，n＝1，2，…)，其中n表示BSS信道200的状态，如上所述。在简化的两个滤波器的情况中，信号能量信号234的输出能量的确定导致一系列能量测量对(E(n)、Ehi(n)，n＝1，2，…)，并且促进对滤波器模块F207b和Fhi 207c的Cf(如，f)参数的更新，如下：
f←f+α0*[(E(n)-Ehi(n))/(E(n)+Ehi(n))]+α1 方程7
在滤波子系统207包括三个滤波器模块(如，Flo207a、F 207b和Fhi207c)的示例性实施例中，f和w参数更新如下：
f←f+α0*[(E(n)-Elo(n))/(E(n)+Elo(n))]
+al*[(E(n)-Ehi(n))/(E(n)+Ehi(n))]+α2 方程8
w←w+β0*[E(n)-Elo(n)]/[E(n)+Elo(n)]
+βl*[(E(n)-Ehi(n))/(E(n)+Ehi(n))]+β2 方程9
其中，系数矢量α和β的初始值在预训练(pre-training)过程(如，通过计算设备132、BSS信道状态机模块208和BSS控制模块196中的至少一个实施)中被确定并存储在存储器134中，并且该初始值是窗口尺寸、BW和信噪比(SNR)的函数。α和β的初始值根据在BSS信道200处接收的初始去噪信号124和初始状态能量信号126中的至少一个确定。
再次参考图2，在示例性实施例的操作中，来自去噪信号124的相应滤波器输入信号(如，228a、228b和228c)基本上同时被提供给信号处理系统100中的多个BSS模块120中的每个BSS模块120的滤波器子系统207中的每个滤波器模块(如，Flo 207a、F 207b和Fhi207c)。例如，在BSS信道200中，由滤波器子系统207输出的最终的盲源分离信号129a被PDW生成模块128进一步矢量化为PDW参数矢量信号138，以进一步促进准确追踪和确定至少一个雷达信号的频率和/或带宽。因此，BSS信道200使信号处理系统100能够实施流过预处理器104的多个随时间变化的雷达信号的高性能实时追踪。
前面提到的滤波方法使信号处理系统100可生成高质量PDW参数矢量信号138，其用于识别、确定和分析雷达信号发射器106和107。例如，与雷达信号发射器106相关联的PDW参数矢量信号138显示在显示器144上，如上所述。并且，例如，包含在至少两个PDW参数矢量信号138中的关于频率和/或带宽的改善的信息使得信号处理系统100能够区分第一雷达信号发射器106和第二雷达发射器107。这些雷达信号发射器106和107被绘制在显示器144(如，作为地图)上的相应位置处。
图3是可与在图2所示的滤波子系统207一起使用的示例性滤波器模块(如，滤波器模块F 207b)的示意图。如图3所示和本文所述，滤波子系统207具有流水线化架构。如本文所用，术语流水线、流水线化(pipeline、pipelined和pipelining)指的是滤波器模块和相关操作单元的方法和配置，其通过促进不同功能单元同时执行不同的任务使信号处理系统100的速度和吞吐量(throughput)增加。在示例性实施例中，滤波器模块F 207b包括高效的六阶IIR滤波器301，其被配置以输出相应信号能量信号234b至BSS信道状态机模块208。在示例性实施例中，可类似地实施滤波器模块207a和207c。
在所示实施例中，六阶IIR滤波器301包括7个BW滤波器电路303(如，303a、303b、…、303g)，其中每个BW滤波器电路303体现为二阶IIR滤波器，且具有相应β系数(分别为“βj0”、“βj1”、…、“βj6”)。六阶IIR滤波器301还包括两个Cf滤波器电路304(如，304a、304b)，其中，每个Cf滤波器电路304体现为二阶IIR滤波器，且具有相应α系数(分别为“αj1”和“αj2”)。滤波器模块F 207b还包括(如，与计算设备132、BSS信道状态机模块208和BSS控制模块196中的至少一个结合实施的)流水线化架构302，其促进以因数3流水线化多个BW滤波器电路303和多个Cf滤波器电路304。因此，在示例性实施例中，滤波器模块F 207b作为六阶IIR滤波器起作用，其中，传递函数具有6个0(如，分子中6个系数β)和2个极点(如，分母中2个系数α)，假设值αj0＝1。
在操作中，BW滤波器电路303和Cf滤波器电路304的系数α和β在由滤波器模块F207b接收到滤波器输入信号228b的第一脉冲后分别在两个硬件时钟周期中进行更新。此更新程序通过BSS信道状态机模块208实施，以使用包含在多个信号能量信号234(如下参考图4所示和所述)的信息发送Cf和BW更新的信号232至滤波子系统207。作为数据包含在中心频率和带宽更新信号232中的信息被六阶IIR滤波器301用以分别更新BW滤波器电路303和Cf滤波器电路304的滤波器系数α和β。在滤波子系统207接收到滤波器输入信号228b(同样的，如，滤波器输入信号228a和228c)的第二脉冲和随后的脉冲时，更新的滤波器系数α和β促进在传感器103的可检测的环境中追踪至少一个雷达信号发射器(如，第一雷达信号发射器106)的频率。
在操作中，滤波器输入信号228b的值(如，Vj(n)input)和BW滤波器电路303a的系数βj0的值的乘积由第一乘法器306确定。系数βj1到βj6基本上同时从BW滤波器电路303b到303g被发送至多个乘法器308(如，六个乘法器308a、308b、…、308f)。多个乘法器308的每个乘法器308还输入相应一阶Z变换延迟(Z-1)310(如，310a、310b、…、310f)。每个Z-1延迟310在输入到多个乘法器308的每个乘法器308之前应用延迟值至滤波器输入信号228b。第一乘法器306和多个乘法器308的每个乘法器308的输出被发送至第一加法器312。第一加法器312确定第一乘法器306和多个乘法器308的每个乘法器308的输出的和。
基本上与确定第一乘法器306和多个乘法器308的每个乘法器308的输出的和的值同时，Cf滤波器电路304a和304b将系数αj1和αj2的值分别发送至第二乘法器314和第三乘法器316。第二乘法器314和第三乘法器316均输入相应三阶Z变换延迟(Z-3)318(如，318a、318b)。每个Z-3延迟318在输入到第二乘法器314和第三乘法器316之前应用延迟值至信号能量信号234b。三阶Z变换延迟318的值是一阶Z变换延迟310的值的三倍，因为存在3倍大的β系数输入到多个乘法器308的每个相应乘法器308，和α系数(假设αj0＝1)输入到第二乘法器314和第三乘法器316中。除了ASIC，这使得在FPGA上也可实施滤波器模块F 207b。被第二乘法器314和第三乘法器316确定的乘积被发送至第二加法器320。第二加法器320确定第二乘法器314和第三乘法器316的输出以及第一加法器312的输出的和。因此，第二加法器320生成信号能量信号234b作为其输出。
在随后的滤波器输入信号228b被滤波器模块F 207b接收到的情况下，利用滤波器系数更新和反馈的流水线化使得能够连续调谐每个BW滤波器电路303和每个Cf滤波器电路304的α和β系数和操作参数(包括但不限于中心频率和带宽)。给出Vj(n)input-值滤波器输入信号228b的随后的脉冲(如，x[n])，上边描述的流水线化滤波操作使滤波器模块F 207b能够输出精确的(如，追踪的)信号能量信号234b，其遵循流水线化架构302实施的差函数，如下：
Figure BDA0001404916440000161
其中x[n]项是被第一加法器312加和的多个乘法器308(如，M＝6)中的相应乘法器308的单独流水线化输出，y[n]项是被第二加法器320加和的第二乘法器314和第三乘法器316(如，N＝2)流水线化输出。因此，此示例性实施例，滤波器输入信号228b的至少七个脉冲被滤波器模块F 207b接收到从而更新滤波器系数α和β至少6次之后，总计8个系数被更新(如，αj0＝1保持恒定)，且需要总计1+M+N个乘法器以计算来自差方程的每个新输出。
在大于7个滤波器输入信号228b脉冲流过滤波器模块F 207b后的信号能量信号234b的值的确定能够从上述差函数通过以下系统函数H(z)被进一步简化：
Figure BDA0001404916440000171
其中H(z)是多项分解，其降至并行二阶IIR滤波器模式(如，其中，M＝N＝2)，构成总和的子序列xk[n]是母序列x[n](对于所有n)的多相分量，并且G是常数，其表示在发送Cf和BW更新信号232至每个BW滤波器电路303和每个Cf滤波器电路304之前由BBS信道状态机模块208得出的值(如，在n＝0时，且其中αj0＝1时的信号能量信号234b的值)。
并且，在操作中，在示例性实施例中，滤波器模块F 207b实现插值过程以确定滤波器系数α和β的终值，以在两个硬件时钟周期内提供前面提到的更新。进一步参考图4所示及如下所述，Cf和BW更新信号232包含频率字和带宽字(分别包括频率值和带宽值)中的至少一个。基本上与发送来自BSS信道状态机模块208的Cf和BW更新信号232同时，追踪算法使用查找和插值程序(其利用存储在存储器134中的固定系数的表)，以通过对使用更新的频率字和/或带宽字的值查询的来自固定系数的表中的值进行插值以确定更新的滤波器系数值α和/或β。并且，基本上与查找和插值程序同时，在存储器134中的一组滤波器系数α和/或β的值被更新，以针对滤波器输入信号228b的后续实例能够进行滤波器系数α和β的查找、插值和更新的后续循环。因此，在两个硬件时钟周期中，滤波器模块F 207b使信号处理系统100可以在没有小故障的情况下，快速且适应地追踪快速变化的输入雷达信号(如，宽带调频)，与Cf和BW更新信号232可从BSS信道状态机模块208发送以及在间隔较大的频率下的雷达信号之间实时切换一样快。
图4是可与图3所示滤波器模块F 207b一起使用的示例性滤波器电路(如，Cf滤波器电路304a)的详细示意图。在示例性实施例中，BSS信道状态机模块208发送包含频率字的Cf和BW的更新信号232至Cf滤波器电路304a，其中频率字数据被分成高半位组(Fh)402和低半位组(Fl)404。在示例性实施例中，中间寄存器406接收36位Fh 402，且乘法器408接收Fl404。基本上与中间寄存器406接收到Fh 402同时，减法器410从中间寄存器406中的Fh 402的高18位414减去中间寄存器406中的Fh 402的低18位412。基本上与中间寄存器406接收到Fh402同时，Fl 404和低18位412和高18位414之间差值418的乘积被乘法器408确定。接下来，加法器420确定低18位412和乘积416的和422。和422表示Cf滤波器电路304a的滤波器系数α的值(如，图3中的αj1)将在被流水线化架构302接收滤波器输入信号228b的后续脉冲所实施的下一个周期更新。Cf滤波器电路304a因此通过来自固定系数的表的插值确定更新的滤波器系数值αj1，如下：
滤波器系数＝Fl*(Rh-Rl)+Rl 方程12
其中，Fl表示Fl 404的值，Rh是来自中间寄存器406的Fh 402的高18位414的值，且Rl是来自中间寄存器406的Fh 402的低18位412的值。因此，和422包含更新的αj1的值，其从六阶IIR滤波器301发送至第二乘法器314，这基本上与从BSS信道状态机模块208发送随后的CF和BW更新信号232同时。
例如，在BW滤波器电路303a的情况下，发送给BW滤波器电路303a并包含带宽字的Cf和BW更新信号232被分成对应的高半位组和低半位组，并且以与上面针对αj1示出和描述的基本相同的方式确定更新的滤波器系数β的值(如，在图3中的“βj0”)。但是，在BW滤波器电路303a的情况下，和422包含从六阶IIR滤波器301发送至第二乘法器314到第一乘法器306的更新的βj0值。
图5是可与在图2所示滤波子系统207一起使用的示例性滤波器模块(如，滤波器模块F 207a)的示意图。如图5所示及本文所述，滤波子系统207具有并行化滤波器架构500。在示例性实施例中，并行化滤波器架构500包括4个滤波器组件501(如，501a、501b、501c和501d)。每个滤波器组件501接收来自输入缓冲器模块220(在图2中所示)的第一滤波器输入信号228a。228a的单独实例可通过输入缓冲器模块220相对于彼此延迟。并行化滤波器架构500在FPGA和ASIC中的至少一个中是可实施的，以进行利用(例如但不限于)贝塞尔(Bessel)型滤波器，以及使用用于多个滤波器输入信号228a的每个滤波器输入信号228a的多相方法的自适应BSS滤波。在示例性实施例中，并行化滤波器架构500对多个滤波器组件501的每个内的一组四个子模块(如，子模块502a、502b、502c和502d)实施线性插值(如，以上参考图3和4所示及所述)。插值基于Cf参数。还针对二维插值调整BW，且滤波器子模块(如，502a、502b、502c和502d)覆盖连续频率范围，以用于分析4个滤波器输入信号228a脉冲。
在并行化滤波器架构500中，输入缓冲器模块200(图2所示)从连续接收的去噪信号124(图1和2所示)的脉冲生成四个相应滤波器输入信号228a的矢量。四个滤波器输入信号228a随后被滤波器组件501a、501b、501c和501d分别接收。每个滤波器组件501输出多个中间信号能量信号503作为四个相应中间信号能量信号组503(如，503a、503b、503c和503d)。例如，但不限于，每个中间信号能量信号组503由四个相应中间信号组成。图5中在四个滤波器组件501中总计16个子模块502a-502d产生与滤波器模块207a相同的结果，其中四个并行信道以1/4采样速率运行。在示例性实施例中，类似实施滤波器模块207b和207c。
并且，在示例性实施例中，四个中间信号能量信号组503并行化成四个并行信号504(如，504a、504b、504c和504d)。例如，从四个盲源分离模块501的每个滤波器模块502a输出的中间信号能量信号503组合成第一并行信号504a。类似地，从四个盲源分离模块501的每个滤波器模块502b输出的中间信号能量信号503组合成第二并行信号504b等。并行化滤波器架构500也包括多个一阶z转换延迟模块506。从第一盲源分离模块501a的四个滤波器模块502a-502d输出的信号能量信号234均不包括相关联的一阶z转换延迟模块506，而第二中间信号能量信号组503b、第三中间信号能量信号组503c和第四中间信号能量信号组503d中的至少一个相应中间信号能量信号503包括与其相关联的至少一个一阶z转换延迟模块506。
进一步地，在示例性实施例中，四个并行信号504中的每个并行信号504被发送至四个求和树模块508(如，508a、508b、508c和508d)中的相应求和树模块508。四个求和树模块508中的每个求和树模块508将每个相应并行信号504的相应中间信号能量信号503的值加和。四个求和树模块508中的每个求和树模块508进一步被配置以发送相应并行求和信号509(如，509a、509b、509c和509d)至四个输出寄存器(如，510a、510b、510c和510d)中的相应输出寄存器510。相应输出寄存器510发送相应并行信号能量信号529(如，529a、529b、529c和529d)至BSS信道状态机模块208。(如，滤波器模块207a的并行信号能量信号529对应于以上参考图2所示和所述的信号能量信号234a)。
当四个BSS模块501接收到相应滤波器输入信号228a的后续脉冲时，使用以上参考图2-图4所示和所述的系统和过程，以基本上相同的方式更新滤波器系数α和/或β的相应值。因此，并行化滤波器架构500相对于将四个盲源分离模块120(如图1和2所示)串行化地耦合在一起实施为4的并行化因素。此外，在具有任意并行化阶P的并行化滤波器架构500中实施多相分解方法(如以上参考图3所述)使单个2阶IIR可调谐滤波器能够复制到利用流水线化求和树模块508连接在一起的P2个滤波器的阵列中，其每个时钟周期产生表示P个连续滤波器输出的P值的一个矢量。这进一步使滤波器以P倍的时钟速率运行。例如，具有25位数据和18位系数的滤波器的数值性能与滤波器的双精度版本基本上无法区分，从而对已知并行化或串行化滤波器方法提供改进。
在操作中，在示例性实施例中，在四个BSS模块501中的每个中的多个滤波器模块(如，502a、502b、502c和502d)的无限精度多相形式的情况下，对在频带上选择的所有最坏情况的插值点的搜索说明了在信号处理系统100的并行化滤波器架构500实施例中可变频率表大小(如，Nt)和P值对可调谐滤波的性能的影响。为了说明示例性实施例的操作，图6是在如图5所示的并行化滤波器架构500中频率追踪误差(赫兹，Hz)与已知标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图600，其中Nt＝100且P＝4，M＝4。在示例性实施例中，对于通过例如在信号处理系统100的并行化滤波器架构500实施方式中的BSS模块501a实施的100个点插值，第一曲线602和第二曲线604分别表示标准化和最大误差性能。图7是在如图5所示的并行化滤波器架构500中频率追踪误差(Hz)与已知标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图700，其中Nt＝1000且P＝4，M＝4。在示例性实施例中，对于通过例如在信号处理系统100的并行化滤波器架构500实施方式中的BSS模块501a实施的1000个点插值，第三曲线702和第四曲线704分别表示标准化和最大误差性能。图8是在如图5所示的并行化滤波器架构500中频率追踪误差(Hz)与已知标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图800，其中Nt＝10000且P＝4，M＝4。在示例性实施例中，对于通过例如在信号处理系统100的并行化滤波器架构500实施方式中的BSS模块501a实施的10000个点插值，第五曲线802和第六曲线804分别表示标准化和最大误差性能。图9是在如图5所示的并行化滤波器架构500中频率追踪误差(Hz)与已知标准化频率(GHz)关系的示例性曲线图900，其中Nt＝1000且P＝8。在示例性实施例中，对于通过例如在信号处理系统100的并行化滤波器架构500实施方式中的BSS模块501a实施的1000个点插值，第七曲线902和第八曲线904分别表示标准化和最大误差性能。
在曲线图600中的第一曲线602和第二曲线604二者的情况下，最坏情况的重构的并行信号误差出现在100个点插值中的信道之间的转换中，这是预期的，因为这是BSS模块501a的滤波器模块(如，502a、502b、502c和502d)能够进行精确的频率和带宽追踪的地方。如图8所示，Nt＝10000且P＝4的情况图示比图6和图7分别所示的曲线图600和700的10000个点插值总体上更少的误差。在保持P不变(P＝4)的情况下，在信号处理系统100的并行化滤波器架构500实施方式中，误差随着Nt值的增加而减小。但是，如图9所示，对于1000个点插值且P＝8的情况，总体误差性能相比图7所示Nt＝1000且P＝4的情况恶化了近两个数量级的大小。因此，在信号处理系统100的并行化滤波器架构500实施方式中，较大P的操作的趋势是昂贵的，这需要更密集和更低效地使用存储器和计算资源。这些资源的使用乘以BSS信道200的数量，以用于信号处理系统100的并行化滤波器架构500的实施方式，且进一步地，这些资源的使用随着P的增加而增加。
基于这个结果，在示例性实施例中，频率表应用512个条目，针对小的并行化因素，例如P＝1、2、3、4，该512个条目用于在512×36位模式中的单个18k×1BRAM中。更大的P值需要的不同方法，其中，更大存储器和更大计算功率中的至少一个代替前面提到的示例性实施例中相对小的BRAM。在信号处理系统100中实施并行化处理器架构500(其中，P≥4)的方法包括，例如，BSS模块501a执行的非均匀插值技术，以解决在信道转换过程中的前面提到的问题。第一方法需要三个硬件时钟周期，而不是一个，并且依旧需要相当大的频率表尺寸(如，Nt个值)。在第一方法中使用10000个点插值的情况下，点的数目和所需滤波器系数α和/或β的数目相乘，即使对于每个BSS信道200的相当小数目的滤波器，这也使得第一方法在实践中不可行。在信号处理系统100中实现并行化处理器架构500(P≥4)的第二方法包括，例如，使用计算设备132确定滤波器系数α和/或β。第二方法必然需要多个硬件时钟周期，但具有不具有非均匀误差(如以上参考图6-图9所示和所述)的优势，且在实践中是可行的，因为信号处理系统100中必要的电路系统相比更大的所需存储器134是小的。
在信号处理系统100中实施并行化处理器架构500的两种上述方法(P≥4或者对于此问题P为任意值)之一使得IIR滤波器能够使用。并且，在操作中，IIR型滤波器用在信号处理系统100中实施并行化处理器架构500(P≤4)的第一方法中。进一步地，在第二实施方式方法(P＞4)中，IIR型滤波器用于在并行化滤波器架构500的所有四个BSS模块501中的所有滤波器模块(如，502a、502b、502c和502d)。在IIR滤波器以这种方式使用的情况下，即使此方法中通过计算设备132使用部分分式分解，将简单的2阶贝塞尔型IIR滤波器用于自适应的事实意味着频率和带宽之间仍然存在合理的关系，并且在用于其更新和追踪的最终组合分析的系数α和/或β中存在合理的关系。
图10是图1所示信号处理系统100的操作的图形表示(如，图1000)，其描述了针对双精度滤波器以及流水线化并联定点滤波器的功率普密度(PSD)与频率的关系，其中，中心频率为875.0兆赫兹(MHz)。在示例性实施例中，图1000绘制了使用双精度滤波器(曲线1002)和具有25位数据和18位滤波器系数α和β的信号处理系统100的FPGA实施方式(曲线1004)的PSD幅度(dBm/MHz，y轴)与追踪的频率(MHz，x轴)的关系的结果。曲线1004所示的具有流水线化及并行化(如上描述和示出)的信号处理系统100的频率追踪性能与曲线1002示出的双精度滤波器的频率追踪性能紧密匹配。从频率225MHz到高达1000MHz，PSD振幅在曲线1002和曲线1004之间的变化不大于5dBm/MHz。在30MHz和225MHz的频率之间，为22dBm/MHz的最大PSD振幅变化发生在210MHz处，以及从频率0MHz到30MHz，在频率6MHz处PSD振幅变化高达55dBm/MHz。
图11是图5所示的并行化滤波器架构500的操作的图形表示(如，图1100)，其描述了针对28个不同滤波器系数的多相系统函数H(z)确定的滤波器中心频率的误差(Hz)与插值点的数目的关系。曲线图1102包括一组28条曲线，其中各曲线描绘了随着插值点的数目从0增加到512时的H(z)确定的滤波器的中心频率的误差(如，相对于已知的中心频率值)呈减小趋势。曲线图1102的曲线的第一子集1104包括4条曲线，其表示与图5所示的BSS模块501中的四个的每个BSS模块501的相应第一乘法器306(如，在图3中的BW滤波器电路303a中为“βj0”)相关联的相应滤波器系数β。曲线图1102的曲线的第二子集1104包括24条相应曲线，其表示与图5所示的BSS模块501中的四个的每个BSS模块501的多个乘法器308的相应乘法器308(如，在图3中的BW滤波器电路303b…303g中为“βj1”…“βj6”)相关联的相应滤波器系数β。
在图1100中的前几个插值点内，曲线图1102的28条曲线中的每个曲线的确定的滤波的中心频率的最大误差接近1.8*107Hz。曲线图1102中所有曲线的误差值以大致指数衰减方式从初始的一些插值点迅速下降到插值点250，其中误差值的范围在0.1Hz和1.4*103Hz之间。在插值点250和512之间，相比于较小的插值点和在插值点512处(其中误差值的范围在1.2*10-1Hz和1.8*102Hz之间)，确定的中心频率误差值更缓慢地下降。因此，对于BSS模块501中的四个的每个BSS模块501中的特定BW滤波器电路303，图1100说明对某些滤波器系数β的影响的广泛变化。此外，如在图1100所示的操作结果使信号处理系统100的用户能够确定存储在预处理器104和后处理器105中的至少一个中的存储器中所需的点的数目(如，参考图3在上面描述的固定系数的表)，以获得在BSS模块501中的四个的每个BSS模块501中的特定滤波器模块(如，502a、502b、502c和502d)的期望的准确性。
图12是处理可与图1所示信号处理系统100一起使用的多个随时间变化的信号(如，第一雷达信号114和第二雷达信号116中的至少一个)的示例性方法1200的流程图。多个随时间变化的信号在与信号数据处理器101通信耦合的传感器103处被接收，且方法1200用于识别多个随时间变化的信号中的至少一个的至少一个参数。在示例性实施例中，方法1200包括在信号数据处理器101的多个BSS模块(如，BSS模块120)处接收1202来自多个随时间变化的信号的信号(如，至少一个去噪信号124和至少一个状态能量信号126)。
方法1200也包括使用多个BSS模块120生成1204多个盲源分离信号129(如，129a、129b、…、129K)。方法1200进一步包括基于多个盲源分离信号129发送1206至少一个PDW参数矢量信号138至信号数据处理器101的计算设备132。方法1200还包括使用计算设备132从至少一个PDW参数矢量信号138中识别1208至少一个参数。方法1200进一步包括从信号数据处理器101中输出1210至少一个参数。
用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的上述系统和方法使得能够以低至一个时钟周期的硬件延迟来确定更新的滤波器系数。相对于已知系统和方法，上述实施方式还促进通过来自明显较小的查找表的线性插值的持续的滤波器调谐和准确的信号参数追踪。相对于已知系统和方法，上述实施方式进一步进行使用更小的存储器和计算资源持续地生成、分类和追踪包括频率的脉冲信号参数。用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的上述系统和方法还为基于FPGA和ASIC的设计提供具有基本类似的电路和硬件实施方式的IIR滤波器的组合的并行化和流水线化。
用于并行化和流水线化可调谐盲源分离滤波器的上述系统和方法的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)使得能够以低至一个时钟周期的硬件延迟来确定更新的滤波器系数；(b)相对于已知系统和方法，促进通过来自明显较小的查找表的线性插值的持续的滤波器调谐和准确的信号参数追踪；(c)相对于已知系统和方法，进行使用更小的存储器和计算资源持续地生成、分类和追踪包括频率的脉冲信号参数；(d)为基于FPGA和ASIC的设计提供具有基本类似的电路和硬件实施方式的IIR滤波器的组合的并行化和流水线化。
尽管本公开的多种实施方式的具体特征可示出在一些附图而不在其它图中，这仅仅是为了方便。依据本公开的原则，图中任何特征可与任何其他图的任何特征相结合进行参考和/或要求保护。
一些实施方式包括使用一个或更多个电子的或计算设备。这些设备通常包括处理器、处理设备或控制器，如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、ASIC、可编程逻辑电路(PLC)、FPGA、数字信号处理(DSP)设备和/或能够执行本文所描述功能的任何其它电路或处理设备。本文描述的方法可被编码为可执行指令，该可执行指令体现在计算机可读介质中，包括但不限于储存设备和/或存储器设备。当被处理设备执行时，这些指令使处理设备执行本文所描述方法的至少一部分。上述示例只是示例性的，因此并不旨在以任何方式限制术语处理器和处理设备的限定和/或含义。
进一步地，本公开包括根据以下实施例的实施例：
实施例1.一种处理在传感器处接收的多个随时间变化的信号以识别多个随时间变化的信号中的至少一个信号的至少一个参数的方法，传感器与信号数据处理器通信耦合，该方法包括:
在信号数据处理器的多个盲源分离(BSS)模块处接收来自多个随时间变化的信号的信号，多个BSS模块中的每个BSS模块包括滤波子系统，其中每个BSS模块中的滤波子系统具有流水线化架构和并行化架构；
使用多个BSS模块生成多个盲源分离信号；
基于多个盲源分离信号发送至少一个脉冲描述符字参数矢量信号给信号数据处理器的计算设备；
使用计算设备识别来自至少一个脉冲描述符字参数矢量信号的至少一个参数；以及
从信号数据处理器输出至少一个参数。
实施例2.根据实施例1所述的方法，其中接收信号包括接收来自至少一个信号去噪模块的去噪信号和状态能量信号。
实施例3.根据实施例1所述的方法，其中生成多个盲源分离信号包括使用多个求和树模块生成多个盲源分离信号。
实施例4.根据实施例1所述的方法，其中每个滤波子系统包括多个滤波模块。
实施例5.根据实施例1所述的方法，其中生成多个盲源分离信号包括通过根据第一滤波器系数(α)和第二滤波器系数(β)操作每个滤波子系统，生成多个盲源分离信号。
实施例6.根据实施例5所述的方法，进一步包括基于至少一个脉冲描述符字参数矢量信号持续性更新第一和第二滤波器系数(α，β)。
实施例7.根据实施例1所述的方法，其中从信号数据处理器输出至少一个参数包括基于至少一个参数引导交通工具的运动。
实施例8.根据实施例1所述的方法，其中从信号数据处理器输出至少一个参数包括将至少一个参数显示在显示器上。
实施例9.一种用于处理多个随时间变化的信号以识别多个随时间变化的信号中的至少一个的至少一个参数的系统，该系统包括：
传感器，其被配置以接收多个随时间变化的信号；以及
信号数据处理器，其与所述传感器通信耦合，且包括多个盲源分离(“BSS”)模块，所述多个BSS模块中的每个BSS模块包括滤波子系统，其中每个BSS模块中的所述滤波子系统具有流水线化架构和并行化架构，所述信号数据处理器被配置以：
在所述多个BSS模块处接收来自多个随时间变化的信号的信号；
使用多个BSS模块生成多个盲源分离信号；
基于多个盲源分离信号发送至少一个脉冲描述符字参数矢量信号给所述信号数据处理器的计算设备；
使用计算设备识别来自至少一个脉冲描述符字参数矢量信号的至少一个参数；以及
从所述信号数据处理器输出至少一个参数。
实施例10.根据实施例9所述的系统，其中所述信号数据处理器进一步包括至少一个信号去噪模块，其被配置以提供信号给多个BSS模块。
实施例11.根据实施例9所述的系统，其中所述信号数据处理器进一步包括多个求和树模块。
实施例12.根据实施例9所述的系统，其中每个滤波子系统包括多个滤波模块。
实施例14.根据实施例9所述的系统，其中每个滤波子系统被配置以根据第一滤波器系数(α)和第二滤波器系数(β)进行操作。
实施例15.根据实施例14所述的系统，其中所述信号数据处理器进一步被配置以基于至少一个脉冲描述符字参数矢量信号持续性更新第一和第二滤波器系数(α，β)。
实施例16.根据实施例9所述的系统，其中为了输出至少一个参数，所述信号数据处理器被配置以基于至少一个参数引导交通工具的运动。
实施例17.根据实施例9所述的系统，其中为了输出至少一个参数，所述信号数据处理器被配置以将至少一个参数显示在显示器上。
实施例18.一种用于处理多个随时间变化的信号以识别多个随时间变化的信号中的至少一个信号的至少一个参数的信号数据处理器，该信号数据处理器包括：
多个盲源分离(“BSS”)模块，所述多个BSS模块中的每个BSS模块包括滤波子系统，其中每个BSS模块内的所述滤波子系统具有流水线化架构和并行化架构，所述信号数据处理器被配置以：
在所述多个BSS模块处接收来自多个随时间变化的信号的信号；
使用多个BSS模块生成多个盲源分离信号；
基于多个盲源分离信号发送至少一个脉冲描述符字参数矢量信号给所述信号数据处理器的计算设备；
使用计算设备识别来自至少一个脉冲描述符字参数矢量信号的至少一个参数；以及
从所述信号数据处理器输出至少一个参数。
实施例19.根据实施例18所述的信号数据处理器，其中所述信号数据处理器进一步包括至少一个信号去噪模块，其被配置以提供信号给所述多个BSS模块。
实施例20.根据实施例18所述的信号数据处理器，其中所述信号数据处理器进一步包括多个求和树模块。
此书面描述使用示例公开包括最佳模式的实施方式，并且也使本领域技术人员可以实践该实施方式，包括制造和使用任何设备及系统和执行任何并入的方法。本公开具有专利权的范围被权利要求所限定，且可能包括本领域技术人员可想到的其它示例。如果这些其它的示例具有与权利要求文字语言没有区别的结构性元素，或者它们包括与权利要求文字语言无实质差异的等同结构要素，那么它们意在权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种处理在传感器(103)处接收的多个随时间变化的信号(114/116)以识别所述多个随时间变化的信号(114/116)中的至少一个的至少一个参数的方法(1200)，所述传感器(103)与信号数据处理器(101)通信耦合，所述方法(1200)包括：
在所述信号数据处理器(101)的多个盲源分离模块(120)即多个BSS模块(120)处接收(1202)来自所述多个随时间变化的信号(114/116)的信号(124/126)，所述多个BSS模块(120)中的每个BSS模块(120)包括滤波子系统(207)，其中，每个BSS模块(120)内的所述滤波子系统(207)具有流水线化架构和并行化架构；
使用所述多个所述BSS模块(120)生成(1204)多个盲源分离信号(129)；
基于所述多个盲源分离信号(129)发送(1206)至少一个脉冲描述符字参数矢量信号(138)给所述信号数据处理器(101)的计算设备(132)；
使用所述计算设备(132)识别(1208)来自所述至少一个脉冲描述符字参数矢量信号(138)的所述至少一个参数；以及
从所述信号数据处理器(101)输出(1210)所述至少一个参数。
2.根据权利要求1所述的方法(1200)，其中接收(1202)信号(124/126)包括接收(1202)来自至少一个信号去噪模块(118)的去噪信号(124)和状态能量信号(126)。
3.根据权利要求1所述的方法(1200)，其中生成多个盲源分离信号(129)包括使用多个求和树模块(508)生成所述多个盲源分离信号(129)。
4.根据权利要求1所述的方法(1200)，其中每个滤波子系统(207)包括多个滤波模块(207a/207b/207c)。
5.根据权利要求1所述的方法(1200)，其中生成多个盲源分离信号(129)包括：通过根据第一滤波器系数(α)和第二滤波器系数(β)操作每个滤波子系统(207)以及基于所述至少一个脉冲描述符字参数矢量信号(138)持续性更新所述第一和第二滤波器系数(α，β)，生成所述多个盲源分离信号(129)。
6.根据权利要求1所述的方法(1200)，其中从所述信号数据处理器(101)输出(1210)所述至少一个参数包括基于所述至少一个参数引导交通工具(146)的运动。
7.一种处理多个随时间变化的信号(114/116)以识别所述多个随时间变化的信号(114/116)中的至少一个的至少一个参数的系统(100)，所述系统(100)包括：
传感器(103)，其被配置以接收所述多个随时间变化的信号(114/116)；以及
信号数据处理器(101)，其与所述传感器(103)通信耦合，且包括多个盲源分离模块(120)即多个BSS模块(120)，所述多个BSS模块(120)中的每个BSS模块(120)包括滤波子系统(207)，其中每个BSS模块(120)内的所述滤波子系统(207)具有流水线化架构和并行化架构，所述信号数据处理器(101)被配置以：
在所述多个BSS模块(120)处接收来自所述多个随时间变化的信号(114/116)的信号(124/126)；
使用所述多个BSS模块(120)生成多个盲源分离信号(129)；
基于所述多个所述盲源分离信号(129)发送至少一个脉冲描述符字参数矢量信号(138)给所述信号数据处理器(101)的计算设备(132)；
使用所述计算设备(132)识别来自所述至少一个脉冲描述符字参数矢量信号(138)的所述至少一个参数；以及
输出来自所述信号数据处理器(101)的所述至少一个参数。
8.根据权利要求7所述的系统(100)，其中所述信号数据处理器(101)进一步包括至少一个信号去噪模块(118)，其被配置以提供所述信号(124/126)给所述多个BSS模块(120)。
9.根据权利要求7所述的系统(100)，其中每个滤波子系统被配置以根据第一滤波器系数(α)和第二滤波器系数(β)进行操作，且其中，所述信号数据处理器(101)进一步被配置以基于所述至少一个脉冲描述符字参数矢量信号(138)持续性更新所述第一和第二滤波器系数(α，β)。
10.根据权利要求7所述的系统(100)，其中，为了输出所述至少一个参数，所述信号数据处理器(101)被配置以基于所述至少一个参数引导交通工具(146)的运动。
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