CN110531168A - 一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统及方法，数字化接收机系统包括天线模块或信号输入连接设备、模拟信道前端模块、ADC数模转换器、DDC下变频模块、数字信号处理模块、数据输出模块。能量检测系统包括信号输入模块、滤波器模块、瞬时能量计算模块、峰值计算模块、能量累积模块、平均值计算模块、能量比较模块、准峰值计算模块、数据输出控制模块。本发明能够克服电磁干扰测量接收机中对脉冲信号能量三种能量值计算困难、耗时长的问题，达到在数字化接收机内实现多通道快速计算的目的。

Description

一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁干扰测量领域，具体来说，涉及一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统及方法。

背景技术

电磁干扰测量接收机是测量各种干扰电压、电流或场强的仪器。是一种按规定要求专门设计的接收机，其主要的能力是对电磁干扰中脉冲能量信号的测量。现有的电磁干扰接收机大都是模拟接收机，通过设置不同通道的的充放电电容来达到计算脉冲信号能量的目的，无法做到多路通道同时计算，需要大量时间在电容累积和切换频率后电容放电上。使得接收机在对测试设备宽频域的测量上需要花费大量时间。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统及方法，能够克服电磁干扰测量接收机中对脉冲信号能量三种能量值计算困难、耗时长的问题，达到在数字化接收机内实现多通道快速计算的目的。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种数字化接收机系统，包括天线模块或信号输入连接设备，所述天线模块或信号输入连接设备连接有模拟信道前端模块，所述模拟信道前端模块连接有ADC数模转换器，所述ADC数模转换器连接有DDC下变频模块，所述DDC下变频模块连接有数字信号处理模块，所述数字信号处理模块连接有数据输出模块。

一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统，包括信号输入模块、滤波器模块、瞬时能量计算模块、峰值计算模块、能量累积模块、平均值计算模块、能量比较模块、准峰值计算模块、数据输出控制模块；

所述信号输入模块将数字化之后的脉冲信号输入到滤波器模块中；

所述滤波器模块将滤波后的信号送入瞬时能量计算模块；

所述瞬时能量计算模块得出信号瞬时能量数值X，所述X分三路，一路送入峰值计算模块用以计算脉冲信号能量的峰值，一路送入能量累积模块进行能量累积后再送入平均值计算模块计算脉冲信号的平均值，一路送入能量比较模块中和准峰值累积值Y做比较后进入准峰值计算模块，最后将三个能量计算值输入到数据输出控制模块；

所述数据输出控制模块对计算周期进行判断，若计算周期未到则继续累积计算数据，若周期到则输出脉冲能量的三个计算结果。

优选的，所述滤波器模块根据脉冲信号的频率范围选择合适的滤波器，其中，9KHz-150KHz A波段范围内选择200Hz滤波器，150KHz-30MHz B波段范围内选择9KHz滤波器，30MHz以上范围内选择120KHz滤波器。

一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输入的连续信号进入滤波器模块后根据所测信号的所在频率分别进入不同的滤波器；

S2、滤波器对输入信号进行滤波处理；

S3、从滤波器模块输出的信号通过公式求出瞬时能量X；

S4、将瞬时能量X分别送入峰值计算模块、平均值计算模块、准峰值计算模块；

S5、峰值计算模块得到瞬时能量值X后与保存的旧峰值P进行对比，取出最大值替换掉保存的旧峰值，得到的新峰值P一方面作为下一个进入峰值计算模块的X的比较值，另一方面送入数据输出控制模块替换掉原有峰值数值；

S6、平均值计算模块得到瞬时能量值X后将X进行累加，并根据用户设定的最小上报时间为一次周期，将周期内累加的能量值求平均得到A后送给数据输出控制模块；

S7、准峰值计算模块得到瞬时能量值X后需要立即与保存的旧准峰值H进行对比，并按以下公式计算：

其中，K1是准峰值的放电系数，K2是准峰值的充电系数，得到的新准峰值H一方面作为下次准峰值的比较值存入准峰值计算模块内，另一方面送到数据输出控制模块；

S8、数据输出控制模块存储每次采样循环得到的峰值P、准峰值H、平均值A，当时间计数器达到用户设定时间时，数据输出控制模块将当前的峰值P、准峰值H、平均值A输出上报给用户系统，并通知峰值计算模块、准峰值计算模块清除保存的对比值，通知平均值计算模块清除累积值。

优选的，所述滤波器处理的信号为IQ信号。

优选的，所述S5、S6、S7步骤同步。

优选的，所述S7步骤中，K1计算方法为K2计算方法为其中N为信号的采样率、单位为Hz，T1为放电时间常数，T2为充电时间常数。

优选的，所述放电时间常数T1随着信号所使用的滤波器不同而不同，具体为：9KHz-150KHz A波段范围内、200Hz滤波下，T1＝0.50S；150KHz-30MHz B波段范围内、9KHz滤波下，T1＝0.16S；30MHz以上范围内、120KHz滤波下，T1＝0.55S。

优选的，所述充电时间常数T2随着信号所使用的滤波器不同而不同，具体为：9KHz-150KHz A波段范围内、200Hz滤波下，T2＝0.045S；150KHz-30MHz B波段范围内、9KHz滤波下，T2＝0.001S；30MHz以上范围内、120KHz滤波下，T2＝0.001S。

本发明的有益效果：

1.本发明由于采用了数字化的滤波器组和计算方式，使得只要所搭载的数字数字信号处理模块有足够的计算资源的情况下，可以在同一个模拟前端下搭载多个数字计算模块。可以同一时间计算多个频点的脉冲信号能量值，可以大大提高提高脉冲信号能量检测设备的频率扫描速度。

2.本发明通过对脉冲信号的数字化，减少了原本模拟系统所需要的大量模拟旗舰构成的滤波器电路、充放电电路，优化了系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的数字化接收机系统连接框图。

图2是根据本发明实施例所述的数字下变频技术示意图。

图3是根据本发明实施例所述的基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统的信号流程图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种数字化接收机系统，包括：天线模块或信号输入连接设备、模拟信道前端模块、ADC数模转换器、DDC下变频模块、数字信号处理模块、数据输出模块。

天线模块或信号输入连接设备连接至模拟信道前端模块，ADC数模转换器与模拟信道前端模块相连，DDC下变频模块与ADC数模转换器相连，数字信号处理模块与DDC下变频模块相连，数据输出模块和数字信号处理模块连接。

其中，天线模块或信号输入连接设备用于接收信号；

模拟信道前端模块用于将天线模块或信号输入连接设备接收到的信号进行放大、混频、滤波，将需要的信号频段滤出，并混频至需要的频率点；

ADC数模转换器用于将模拟信道前端模块滤出的有用信号频段进行模数转换；

DDC下变频模块用于将ADC数模转换器转换的数字信号进行数字下变频处理；

数字信号处理模块用于完成信号数据的各种算法处理；

数据输出模块将处理过的数据输出到系统之外。

如图2所示，数字下变频技术是将高频率的数字信号转换为低频率的数字信号的一种技术。

在本优选实施例中，模拟信号经过ADC高速采样后就转化为32.768MHz的高速的数字信号，由于频率太高无法被进行有效的处理，所以需要将数率(采样率)降低，首先通过数字NCO将数字信号的中频搬移到基带，再经过CIC滤波器和FIR滤波器将数字信号进行抽取滤波最终将采样率降低到32000Hz即32KHz。

根据本发明所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统，包括信号输入模块、滤波器模块、瞬时能量计算模块、峰值计算模块、能量累积模块、平均值计算模块、能量比较模块、准峰值计算模块、数据输出控制模块。

如图3所示，信号输入模块用于将数字化脉冲信号(IQ信号)分成多路信号输入到多个相同的数字信号处理子模块中，数字化脉冲信号(IQ信号)进入数字信号处理子模块第一级：滤波器模块中，滤波器模块负责根据脉冲信号的频率范围选择合适的滤波器(9KHz-150KHz A波段范围内选择200Hz滤波器，150KHz-30MHz B波段范围内选择9KHz滤波器，30MHz以上范围内选择120KHz滤波器)，并将滤波后的IQ信号送入瞬时能量计算模块。瞬时能量计算模块计算模块得出信号瞬时能量数值X，X分3路，一路数值进入峰值计算模块，经过峰值模块计算后将计算出的峰值送入数据输出控制模块；一路数值进入能量累计模块进行能量累积，到达制定的累计时间后(1ms)将累积的结果送入平均值计算模块，计算平均值并将计算出的平均值送入数据输出控制模块；一路数值进入能量比较器中和准峰值累积值Y做比较后进入准峰值计算模块，计算准峰值并将计算出的准峰值送入数据输出控制模块。最后将3个能量计算值输入到数据输出控制模块中，并判定一轮计算周期是否已到，如果计算周期未到，则需要继续累积计算数据。如果周期到则输出脉冲能量的三个计算结果。

根据本发明所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，具体为：

输入的连续信号进入滤波器模块后根据所测信号的所在频率分别进入为三个不同的滤波器(9KHz-150KHz A波段范围内选择200Hz滤波器，150KHz-30MHz B波段范围内选择9KHz滤波器，30MHz以上范围内选择120KHz滤波器)。

滤波器需要同时对输入IQ信号进行滤波处理。

从滤波器模块输出的IQ信号通过公式求出瞬时能量X。

瞬时能量X是计算三种信号值的基础，需要分别送入峰值计算模块、平均值计算模块和准峰值计算模块。

峰值计算模块得到瞬时能量值X后，需要立即与保存的旧峰值P进行对比，取出最大值替换掉保存的旧峰值，即如以下所示：

得到的峰值P一方面作为下一个进入峰值计算模块的X的比较值，另一方面送入数据输出控制模块替换掉原有峰值数值。

平均值计算模块得到瞬时能量值X后，需要将X进行累加，并根据用户设定的最小上报时间为一次周期将这段时间类累加的能量值求平均得到A后送给数据输出控制模块。

准峰值计算模块得到瞬时能量值X后需要立即与保存的旧准峰值H进行对比，并按以下公式计算：

得到到准峰值H一份作为下次准峰值的比较值存入准峰值计算模块内，另一份送到数据输出控制模块。

其中，K1是准峰值的放电系数，K2是准峰值的充电系数，K1、K2的值根据信号采样率和信号所在频率范围的的不同取值不一样。

K1计算方法为：其中N为信号的采样率、单位为Hz，T1为放电时间常数。

在本优选实施例中，放电时间常数T1随着信号所使用的滤波器的不同有所不一样，具体为：9KHz-150KHz A波段范围内、200Hz滤波下，T1＝0.50S；150KHz-30MHz B波段范围内、9KHz滤波下，T1＝0.16S；30MHz以上范围内、120KHz滤波下，T1＝0.55S。

K2计算方法为：其中N为信号的采样率、单位为Hz，T2为充电时间常数。

在本优选实施例中，充电时间常数T2随着信号所使用的滤波器的不同有所不一样，具体为：9KHz-150KHz A波段范围内、200Hz滤波下，T2＝0.045S；150KHz-30MHz B波段范围内、9KHz滤波下，T2＝0.001S；30MHz以上范围内、120KHz滤波下，T2＝0.001S。

在本优选实施例中，作为采样率的N也同时随着信号所使用的滤波器的不同而不一样。

在本优选实施例中，数据输出控制模块主要存储3个数值，其中每次采样循环都能得到峰值P和准峰值H，每次时间片后能得到平均值A。数据输出控制模块根据用户设定的测量时间T来保存这3个数值，当时间计数器达到用户设定的时间的时候，数据输出控制将当前的峰值P、准峰值H、平均值A输出上报给用户系统，并通知峰值计算模块、准峰值计算模块清除保存的对比值、平均值计算模块清除累积值。

由此完成一次脉冲信号的能量分析。

本发明的算法基于数字话接收机系统中的数字信号处理模块，只有数字化的脉冲信号才可以应用于本算法。

算法需求：输入的信号的采样率应大于所在频段的标准测量带宽,9KHz-150KHz A波段范围内大于选择200Hz(32KHz以上为佳)，150KHz-30MHz B波段范围内选择9KHz滤波器(128KHz以上为佳)，30MHz以上范围内选择120KHz滤波器(512KHz以上为佳)。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在本发明实际使用的EMI数字检测系统中数字信号处理模块所接收到的脉冲信号分为3个频段。

9KHz-150KHz A波段范围内设置32个200Hz滤波器，采样率为32KHz。

150KHz-30MHz B波段范围内设置32个9KHz滤波器，采样率为512KHz。

30MHz-1000MHz范围内选择8个120KHz滤波器，采样率为512KHz。

在9KHz-150KHz A波段范围内，32个200Hz滤波器同时输出32路16bit IQ数据，被分别送入32个瞬时能量计算模块中完成能量计算，并分别计算出峰值、准峰值和平均值。

在150KHz-30MHz B波段范围内，32个9KHz滤波器同时输出32路16bit IQ数据，被分别送入32个瞬时能量计算模块中完成能量计算，并分别计算出峰值、准峰值和平均值。

在30MHz-1000MHz CD波段范围内，4个120KHz滤波器同时输出4路16bit IQ数据，被分别送入32个瞬时能量计算模块中完成能量计算，并分别计算出峰值、准峰值和平均值。

由于采用了多路同时计算的设计，使得EMI数字检测系统在对在9KHz-150KHz A波段范围内在设置单点检测时间为100ms的情况下仅用时2.8秒即完成A波段扫描。B波段设置单点检测时间为10ms时仅用时1.3秒完成扫描。CD波段设置单点检测时间为10ms仅用时11秒完成扫描。

综上所述，本发明由于采用了数字化的滤波器组和计算方式，使得只要所搭载的数字数字信号处理模块有足够的计算资源的情况下，可以在同一个模拟前端下搭载多个数字计算模块。可以同一时间计算多个频点的脉冲信号能量值，可以大大提高提高脉冲信号能量检测设备的频率扫描速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数字化接收机系统，包括天线模块或信号输入连接设备，其特征在于，所述天线模块或信号输入连接设备连接有模拟信道前端模块，所述模拟信道前端模块连接有ADC数模转换器，所述ADC数模转换器连接有DDC下变频模块，所述DDC下变频模块连接有数字信号处理模块，所述数字信号处理模块连接有数据输出模块。

2.一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统，其特征在于，包括信号输入模块、滤波器模块、瞬时能量计算模块、峰值计算模块、能量累积模块、平均值计算模块、能量比较模块、准峰值计算模块、数据输出控制模块；

所述信号输入模块将数字化之后的脉冲信号输入到滤波器模块中；

所述滤波器模块将滤波后的信号送入瞬时能量计算模块；

所述瞬时能量计算模块得出信号瞬时能量数值X，所述X分三路，一路送入峰值计算模块用以计算脉冲信号能量的峰值，一路送入能量累积模块进行能量累积后再送入平均值计算模块计算脉冲信号的平均值，一路送入能量比较模块中和准峰值累积值Y做比较后进入准峰值计算模块，最后将三个能量计算值输入到数据输出控制模块；

所述数据输出控制模块对计算周期进行判断，若计算周期未到则继续累积计算数据，若周期到则输出脉冲能量的三个计算结果。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测系统，其特征在于，所述滤波器模块根据脉冲信号的频率范围选择合适的滤波器，其中，9KHz-150KHz A波段范围内选择200Hz滤波器，150KHz-30MHz B波段范围内选择9KHz滤波器，30MHz以上范围内选择120KHz滤波器。

4.一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输入的连续信号进入滤波器模块后根据所测信号的所在频率分别进入不同的滤波器；

S2、滤波器对输入信号进行滤波处理；

S3、从滤波器模块输出的信号通过公式求出瞬时能量X；

S4、将瞬时能量X分别送入峰值计算模块、平均值计算模块、准峰值计算模块；

S5、峰值计算模块得到瞬时能量值X后与保存的旧峰值P进行对比，取出最大值替换掉保存的旧峰值，得到的新峰值P一方面作为下一个进入峰值计算模块的X的比较值，另一方面送入数据输出控制模块替换掉原有峰值数值；

S6、平均值计算模块得到瞬时能量值X后将X进行累加，并根据用户设定的最小上报时间为一次周期，将周期内累加的能量值求平均得到A后送给数据输出控制模块；

S7、准峰值计算模块得到瞬时能量值X后需要立即与保存的旧准峰值H进行对比，并按以下公式计算：

其中，K1是准峰值的放电系数，K2是准峰值的充电系数，得到的新准峰值H一方面作为下次准峰值的比较值存入准峰值计算模块内，另一方面送到数据输出控制模块；

S8、数据输出控制模块存储每次采样循环得到的峰值P、准峰值H、平均值A，当时间计数器达到用户设定时间时，数据输出控制模块将当前的峰值P、准峰值H、平均值A输出上报给用户系统，并通知峰值计算模块、准峰值计算模块清除保存的对比值，通知平均值计算模块清除累积值。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，其特征在于，所述滤波器处理的信号为IQ信号。

6.根据权利要求4所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，其特征在于，所述S5、S6、S7步骤同步。

7.根据权利要求4所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，其特征在于，所述S7步骤中，K1计算方法为K2计算方法为其中N为信号的采样率、单位为Hz，T1为放电时间常数，T2为充电时间常数。

8.根据权利要求7所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，其特征在于，所述放电时间常数T1随着信号所使用的滤波器不同而不同，具体为：9KHz-150KHz A波段范围内、200Hz滤波下，T1＝0.50S；150KHz-30MHz B波段范围内、9KHz滤波下，T1＝0.16S；30MHz以上范围内、120KHz滤波下，T1＝0.55S。

9.根据权利要求7所述的一种基于数字化接收机的脉冲信号能量检测方法，其特征在于，所述充电时间常数T2随着信号所使用的滤波器不同而不同，具体为：9KHz-150KHz A波段范围内、200Hz滤波下，T2＝0.045S；150KHz-30MHz B波段范围内、9KHz滤波下，T2＝0.001S；30MHz以上范围内、120KHz滤波下，T2＝0.001S。