CN108649968A - 一种基带信号的提取方法 - Google Patents

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Abstract

一种基带信号的提取方法，包括以下步骤：步骤1：获取探测器的下行射频信号s(t)；所述射频信号s(t)包括至少两个基带信号，基带信号的个数为N；步骤2：对射频信号s(t)进行处理；步骤3：从射频信号s(t)中提取基带信号sb(t)；步骤4：对得到的基带信号sb(t)进行误差分析；本发明能够直接把基带信号从射频信号中提取出来，该方法简单、误差小，提高了工作效率。

Description

一种基带信号的提取方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基带信号的提取方法。
背景技术
在深空探测、大地测量过程中，接收机接收的目标探测器发射的下行信号为已调制的射频信号(S波段载波频率2GHz，X波段载波频率8GHz)，地面接收站需要对该信号进行解调、滤波等处理，将射频信号变换到基带，然后进行记录、传输及相关处理。由于接收机接收到探测器下行信号为射频频信号，如果用软件设计一个该发射接收系统，所需要的数字采样率高，产生的数据量大，且其中的大部分为噪声信号，有用(有效)带宽只有几兆到数十兆；如果设计数字滤波器提取基带信号，所需要设计的滤波器采样率很高(S波段至少4GHz，X波段至少16GHz)，根据分析滤波器的阶数需要上千阶才能达到设计要求，运算量大，计算缓慢，效率低下。
目前把射频信号提取到基带进行处理的方法是根据载波频率，构建一个余弦函数，对射频信号进行解调，然后滤波，该方法同样有数据量大，设计的滤波器阶数高，运算缓慢，效率低下的缺点。
为解决以上问题，本发明提供了一种基带信号的提取方法，通过对接收机接收的典型探测器下行信号的频域特点进行分析，给出了一种在不运用滤波器的情况下，直接把基带信号从射频信号中提取出来的简单有效的方法；通过该方法，产生的数据量与直接对射频信号进行分析产生的数据量以及采用滤波器提取基带信号产生的数据量相比，至少小了2到3个数量级，运算速度和效率大大提升，而信号的信息并没有丢失；同时通过对对该方法做误差分析，使得可以根据所需要的精度，更加灵活的提取所需的基带信号。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基带信号的提取方法，能够直接把基带信号从射频信号中提取出来，该方法简单、误差小，提高了工作效率。
一种基带信号的提取方法，包括以下步骤：
步骤1：获取探测器的下行射频信号s(t)；所述射频信号s(t)包括至少两个基带信号，基带信号的个数为N；
步骤2：对射频信号s(t)进行处理；
步骤3：从射频信号s(t)中提取基带信号sb(t)；
步骤4：对得到的基带信号sb(t)进行误差分析；在提取基带信号过程中产生的总误差为RMT，所述总误差包括误差RM和误差RM′两部分。
优选地，所述射频信号s(t)为：
其中，PT为探测器射频信号的总功率，fc为载波频率，d(t)或sin(2πft)为副载波，θ为其调制系数；mTM为射频信号的调制系数，fTM为射频信号的频率；f1，f2，fN分别为基带信号1、基带信号2和基带信号N的频率，m1，m2，mN分别为基带信号1、基带信号2和基带信号N的调制系数。
优选地，所述步骤2具体包括：
步骤2.1：对射频信号s(t)进行化简；
其中，fi为各个基带信号的频率，mi为各个基带信号的调制系数，i的取值范围为1～N；
步骤2.2：根据欧拉公式式(2)中的射频信号s(t)转换为：
由于ω＝2πf，对式(3)进行整理，得到射频信号s(t)的泰勒展开式(4)：
步骤2.3：取射频信号s(t)的泰勒展开式(4)的正频部分，忽略负频部分，得到下式：
优选地，所述步骤3具体包括：
步骤3.1：假设射频信号s(t)信号中只有两个基带信号，即取N＝2，根据式(5)在正频域的表现形式，其载波信号和各个基带信号的频域幅值强度分别为PC，P1，P2；
步骤3.2：根据该射频信号s(t)的频谱特点，构建一个只含有基带信号的表达式sb(t)：
其中，式(6)中的aik为：
优选地，所述步骤4具体包括：
步骤4.1：得到所述误差RM；在得到式(5)泰勒展开式时，对k取有限的自然数M，产生误差RM，误差RM为：
步骤4.2：得到所述误差RM′；根据需要的精度，对式(6)中的k可取有限的自然数M，取值时产生误差RM′，误差RM′为：
其中，RMi为各个基带信号展开项的误差，由下式表示：
步骤4.3：在提取基带信号过程中产生的总误差RMT为误差RM与误差RM′的乘积，如下式：
本发明的有益效果在于：
本发明一种基带信号的提取方法，通过对接收机接收的典型探测器下行射频信号的频域特点进行分析，在不运用滤波器的情况下，直接把基带信号从射频信号中提取出来，该方法简单有效；通过该方法，产生的数据量与直接对射频信号进行分析产生的数据量以及采用滤波器提取基带信号产生的数据量相比，至少小了2到3个数量级，运算速度和效率大大提升，而信号的信息并没有丢失；同时通过对该方法得出的基带信号做了误差分析，使得可以根据所需要的精度，更加灵活的提取所需的基带信号。
附图说明
图1是本发明一种基带信号的提取方法的流程图。
图2是本发明的实施例中射频信号的频谱示意图。
图3是本发明的实施例中根据射频信号频谱构建的基带信号的频谱示意图。
图4是本发明的实施例中射频信号的频谱图。
图5是本发明的实施例中两个基带信号的频谱图。
图6是本发明的实施例中射频信号降频之后与基带信号的频谱比较图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1：
如图1所示，本发明的一种基带信号的提取方法，包括以下步骤：
步骤1：获取探测器的下行射频信号s(t)；所述射频信号s(t)包括至少两个基带信号，基带信号的个数为N；
步骤2：对射频信号s(t)进行处理；
步骤3：从射频信号s(t)中提取基带信号sb(t)；
步骤4：对得到的基带信号sb(t)进行误差分析；在提取基带信号过程中产生的总误差为RMT，所述总误差包括误差RM和误差RM′两部分。
实施例2：
本发明的另一种基带信号的提取方法，包括以下步骤：
步骤1：获取探测器的下行射频信号s(t)；所述射频信号s(t)包括至少两个基带信号，基带信号的个数为N；
所述射频信号s(t)为：
其中，PT为探测器射频信号的总功率，fc为载波频率，d(t)或sin(2πft)为副载波，θ为其调制系数；mTM为射频信号的调制系数，fTM为射频信号的频率；f1，f2，fN分别为基带信号1、基带信号2和基带信号N的频率，m1，m2，mN分别为基带信号1、基带信号2和基带信号N的调制系数。
步骤2：对射频信号s(t)进行处理；
所述步骤2具体包括：
步骤2.1：对射频信号s(t)进行化简；
其中，fi为各个基带信号的频率，mi为各个基带信号的调制系数，i的取值范围为1～N；
步骤2.2：根据欧拉公式式(2)中的射频信号s(t)转换为：
由于ω＝2πf，对式(3)进行整理，得到射频信号s(t)的泰勒展开式(4)：
步骤2.3：取射频信号s(t)的泰勒展开式(4)的正频部分，忽略负频部分，得到下式：
步骤3：从射频信号s(t)中提取基带信号sb(t)；
所述步骤3具体包括：
步骤3.1：假设射频信号s(t)信号中只有两个基带信号，即取N＝2，根据式(5)在正频域的表现形式，其载波信号和各个基带信号的频域幅值强度分别为PC，P1，P2；
步骤3.2：根据该射频信号s(t)的频谱特点，构建一个只含有基带信号的表达式sb(t)：
其中，式(6)中的aik为：
步骤4：对得到的基带信号sb(t)进行误差分析；在提取基带信号过程中产生的总误差为RMT，所述总误差包括误差RM和误差RM′两部分。
所述步骤4具体包括：
步骤4.1：得到所述误差RM；在得到式(5)泰勒展开式开式时，对k取有限的自然数M，产生误差RM，误差RM为：
步骤4.2：得到所述误差RM′；根据需要的精度，对式(6)中的k取有限的自然数M，取值时产生误差RM′，误差RM′为：
其中，RMi为各个基带信号展开项的误差，由下式表示：
步骤4.3：在提取基带信号过程中产生的总误差RMT为误差RM与误差RM′的乘积，如下式：
作为一种可实施的方式，为了验证本方法的可行性及有效性，才用Matlab仿真软件构建了一个含有两个基带信号的射频信号s(t)的函数，根据公式(5)画出其在正频域的表现形式，如图2所示为射频信号的频谱示意图，图中取N＝2；如图3所示为根据射频信号频谱构建的基带的频谱示意图。
假设射频信号的发射总功率PT为1，则式(1)转化为：
其中，fc，f1，f2分别取900kHz、20kHz和50kHz，并假设载波和各个基带信号的频域幅值强度为PC，P1，P2；根据该信号的频谱特点，并对式(5)做泰勒七次展开式，同时构建一个只含有两个基带信号的函数sb(t)：
sb(t)＝a1sin(2πf1t)+a2sin(2πf2t)，
其中，系数a1，a2由式(9)得出；
图4为得到的射频信号s(t)的频谱图，图5为得到的两个基带信号的sb(t)的频谱图，其中，f1，f2分别为20kHz和50kHz；为了方便分析，将射频信号降频之后并和基带信号的频谱进行比较，如图6所示为射频信号降频后与基带信号的频谱比较图；从图中可以看出，降频后的射频信号的频谱与基带信号的频谱吻合的很好，误差低于0.1％；证明了该基带信号提取方法的可行性及正确性。
以上，是为了本领域技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基带信号的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取探测器的下行射频信号s(t)；所述射频信号s(t)包括至少两个基带信号，基带信号的个数为N；
步骤2：对射频信号s(t)进行处理；
步骤3：从射频信号s(t)中提取基带信号sb(t)；
步骤4：对得到的基带信号sb(t)进行误差分析；在提取基带信号过程中产生的总误差为RMT，所述总误差包括误差RM和误差RM′两部分。
2.根据权利要求1所述的一种基带信号的提取方法，其特征在于，所述射频信号s(t)为：
其中，PT为探测器射频信号的总功率，fc为载波频率，d(t)或sin(2πft)为副载波，θ为其调制系数；mTM为射频信号的调制系数，fTM为射频信号的频率；f1，f2，fN分别为基带信号1、基带信号2和基带信号N的频率，m1，m2，mN分别为基带信号1、基带信号2和基带信号N的调制系数。
3.根据权利要求1所述的一种基带信号的提取方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2.1：对射频信号s(t)进行化简；
其中，fi为各个基带信号的频率，mi为各个基带信号的调制系数，i的取值范围为1～N；
步骤2.2：根据欧拉公式式(2)中的射频信号s(t)转换为：
由于ω＝2πf，对式(3)进行整理，得到射频信号s(t)的泰勒展开式(4)：
步骤2.3：取射频信号s(t)的泰勒展开式(4)的正频部分，忽略负频部分，得到下式：
4.根据权利要求1所述的一种基带信号的提取方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤3.1：假设射频信号s(t)信号中只有两个基带信号，即取N＝2，根据式(5)在正频域的表现形式，其载波信号和各个基带信号的频域幅值强度分别为PC，P1，P2；
步骤3.2：根据该射频信号s(t)的频谱特点，构建一个只含有基带信号的表达式sb(t)：
其中，式(6)中的aik为：
5.根据权利要求1所述的一种基带信号的提取方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
步骤4.1：得到所述误差RM；在得到式(5)泰勒展开式时，对k取有限的自然数M，产生误差RM，误差RM为：
步骤4.2：得到所述误差RM′；根据需要的精度，对式(6)中的k取有限的自然数M，取值时产生误差RM′，误差RM′为：
其中，RMi为各个基带信号展开项的误差，由下式表示：
步骤4.3：在提取基带信号过程中产生的总误差RMT为误差RM与误差RM′的乘积，如下式：
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