CN112821988B - 一种畸变信号矫正方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种畸变信号矫正方法、装置及存储介质，方法包括：获取原始畸变信号，并对所述原始畸变信号进行预处理，输出预处理后的信号；根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号，获得预测数据；检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合，获得数据流；对所述数据流进行缓冲平滑，获得缓冲后的数据流；将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码，获得矫正后的正常信号。本发明的技术方案能够降低矫正畸变信号的成本，且矫正过程延迟很低。

Description

一种畸变信号矫正方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种畸变信号矫正方法、装置及存储介质。

背景技术

EBR1553总线是AS5652标准定义下的一种航空控制总线，其物理层通常选用RS485收发器，采用星形拓扑，传输距离可超过100m，物理层选用曼彻斯特编码，总线实际速率可达到20Mbps。但是，由于通信线缆上存在分布电容，会导致信号在远距离传输过程中容易出现信号畸变。

目前，为了降低信号畸变，常通过提高通信线缆绝缘特性的方法来减小分布电容，进而减小信号畸变，但是这种方式会导致电缆变粗、变重，增加了成本，并且会限制线缆的应用范围。

发明内容

本发明解决的问题是如何降低矫正畸变信号的成本。

为解决上述问题，本发明提供一种畸变信号矫正方法、装置及存储介质。

第一方面，本发明提供了一种畸变信号矫正方法，包括：

获取原始畸变信号，并对所述原始畸变信号进行预处理，输出预处理后的信号；

根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号，获得预测数据；

检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合，获得数据流；

对所述数据流进行缓冲平滑，获得缓冲后的数据流；

将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码，获得矫正后的正常信号。

可选地，所述对所述原始畸变信号进行预处理包括：

对所述原始畸变信号进行时钟域同步化处理和毛刺滤波，获得所述预处理后的信号，其中，所述时钟域同步化处理包括通过多级寄存器对所述原始畸变信号进行多级流水打拍处理，所述多级流水打拍处理包括将所述原始畸变信号延迟多个时钟周期。

可选地，所述根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号包括：

实时获取所述预处理后的信号，根据曼彻斯特编码方式对获取的当前预处理后的信号和历史预处理后的信号进行分析，识别各种信号状态和各种信号状态对应的时间；

对各种所述信号状态和对应的时间进行纯组合逻辑处理，输出所述预测数据。

可选地，所述对各种所述信号状态和对应的时间进行纯组合逻辑处理包括：

根据各个所述信号状态和对应的所述时间确定待处理序列，根据所述待处理序列在预设的对应关系中查找所述预测数据，所述对应关系包括一一对应的所述待处理序列和所述预测数据。

可选地，所述预测数据包括信号值，所述检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合：

实时检测所述预处理后的信号中的标志位，所述标志位包括同步头和数据位；

将所述同步头、所述数据位分别与对应的所述预测数据中的信号值进行绑定，获得所述数据流。

可选地，所述对所述数据流进行缓冲平滑包括：

通过所述先进先出存储器对所述数据流进行缓冲平滑，获得所述缓冲后的数据流。

可选地，所述将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码包括：

实时获取所述缓冲后的数据流中的数据，根据所述数据的标志位确定所述数据对应的曼彻斯特编码的类型，并根据所述数据的信号值确定对应的编码值，输出所述矫正后的正常信号。

第二方面，本发明提供了一种畸变信号矫正装置，包括：

信号预处理模块，用于获取原始畸变信号，并对所述原始畸变信号进行预处理，输出预处理后的信号；

信号预测模块，用于根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号，获得预测数据；

信号检测模块，用于检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合，获得数据流；

信号缓冲模块，用于对所述数据流进行缓冲平滑，获得缓冲后的数据流；

信号再生模块，用于将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码，获得矫正后的正常信号。

第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上所述的畸变信号矫正方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的畸变信号矫正方法。

本发明的畸变信号矫正方法、装置及存储介质的有益效果是：首先对原始畸变信号进行预处理，例如滤波等，能够提高后续运算的准确度，然后对预处理后的信号进行曼彻斯特解码，确定信号状态，根据信号状态预测畸变前的正确信号，消除畸变信号，获得预测数据，并将检测的预处理后的信号中的标志位和预测数据中的信号值进行组合，获得数据流。对数据流进行缓冲平滑，消除抖动，能够提高后续运算的精度。对缓冲后的数据流进行曼彻斯特编码，再生出矫正后的正常信号。本发明的技术方案不需要对线缆进行改造，相较于现有技术，降低了成本，且矫正延迟很低，简单高效。

附图说明

图1为本发明实施例的一种畸变信号矫正装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种畸变信号矫正方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的预处理后的信号的示意图；

图4为本发明实施例的获得预测数据的处理过程示意图；

图5为本发明实施例的EBR1553总线协议的总线数据格式示意图；

图6为本发明实施例的在FPGA平台上采用畸变信号矫正方法的结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

EBR1553总线常应用在飞行器上，而飞行器对线缆的重量和体积要求非常高。当EBR1553总线通信需要实现的传输距离为100m，总线速率为20Mbps时，若通过提高线缆绝缘特性的方式来降低信号畸变，则会导致飞行器体积和重量的增加；若采用绝缘特性一般的线缆，则会发生信号畸变，导致通信失败。

本发明可应用在EBR1553总线的BC（BUS Controller，总线控制器）节点、RT（Remote Terminal，总线终端）节点或BM（Bus Monitor，总线监视器）节点上，也可以应用在EBR1553中继器或集线器上。且本发明不仅可应用在EBR1553总线物理层进行传输信号矫正，还可适用于其它基于曼彻斯特编码通信的总线信号矫正中。

下面以对EBR1553总线中的畸变信号进行矫正为例，对本发明进行具体说明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种畸变信号矫正装置，包括：

信号预处理模块，用于获取原始畸变信号，并对所述原始畸变信号进行预处理，输出预处理后的信号；

信号预测模块，用于根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号，获得预测数据；

信号检测模块，用于检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合，获得数据流；

信号缓冲模块，用于对所述数据流进行缓冲平滑，获得缓冲后的数据流；

信号再生模块，用于将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码，获得矫正后的正常信号。

如图2所示，本发明实施例提供的一种畸变信号矫正方法，包括：

步骤S110，获取原始畸变信号，并对所述原始畸变信号进行预处理，输出预处理后的信号。

可选地，所述对所述原始畸变信号进行预处理包括：

对所述原始畸变信号进行时钟域同步化处理和毛刺滤波，获得所述预处理后的信号，其中，所述时钟域同步化处理包括通过多级寄存器对所述原始畸变信号进行多级流水打拍处理，所述多级流水打拍处理包括将所述原始畸变信号延迟多个时钟周期。

具体地，EBR1553总线属于异步总线，其中两个通信节点的时钟没有同步关系，容易出现亚稳态问题，导致后续的运算逻辑混乱，为了避免引发亚稳态问题，需要对输入信号进行同步处理。本实施例中采用多级寄存器流水打拍的方式对输入的原始畸变信号进行处理，各个寄存器级联，一个寄存器的输出为下一个寄存器的输入，每个寄存器对输入信号打一拍，打一拍表示将输入信号延迟一个周期。通过多级寄存器的打拍处理能够有效的消除亚稳态问题。

EBR1553总线的传输距离可长达100m，而且整个电缆的走向需要配合其它设备的结构进行部署，各个空间大概率存在各种干扰信号，其中高频干扰信号会通过辐射的方式耦合到电缆上，这样会使得EBR1553总线中传输的信号出现一些毛刺信号，这些毛刺信号会导致后续运算出错，因此需要及时进行处理。可根据实际情况灵活选择合适的毛刺处理方法，并根据网络情况的好坏可以灵活配置滤除毛刺干扰的最大时间宽度。

毛刺处理方法可采用现有的处理方法，例如：采用格雷码计数器；或，在输入信号的保持时间内，用一定宽度的高电平脉冲和输入信号做逻辑“与”运算；或，利用D触发器的D输入端对毛刺信号不敏感的特点，在输入信号的保持时间内，用触发器读取输入信号，这两种方法类似于将异步电路转化为同步电路。

本可选的实施例中，对输入的畸变信号进行同步化处理和毛刺滤波，能够消除信号传输过程中的毛刺干扰，并避免亚稳态问题，提高后续运算的精度。

步骤S120，根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号，获得预测数据。

可选地，所述根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号包括：

实时获取所述预处理后的信号，根据曼彻斯特编码方式对获取的当前预处理后的信号和历史预处理后的信号进行分析，识别各种信号状态和各种信号状态对应的时间；

对各种所述信号状态和对应的时间进行纯组合逻辑处理，输出所述预测数据。

具体地，实时获取预处理后的信号，根据曼彻斯特编码方式对当前获得的预处理后的信号和历史获得的预处理后的信号进行分析，识别正常、上升沿畸变、下降沿畸变和双沿畸变等信号状态，以及各个信号状态对应的时间，实现对预处理后的信号的曼彻斯特解码。将各个信号状态和对应的时间进行纯组合逻辑分析，例如：如图3所示的对近4次信号波形进行分析，S1、S2、S3和S4分别表示四个信号状态，T1、T2、T3和T4为四个信号状态分别对应的时间。

可选地，所述对各种所述信号状态和对应的时间进行纯组合逻辑处理包括：

根据各个所述信号状态和对应的所述时间确定待处理序列，根据所述待处理序列在预设的对应关系中查找所述预测数据，所述对应关系包括一一对应的所述待处理序列和所述预测数据。

具体地，如图4所示，根据对应的时间T1、T2、T3和T4将四个信号状态S1、S2、S3和S4组合成待处理序列，在预设的对应关系中查找待处理序列对应的预测数据，预测数据为一个信号数据，包括标志位和信号值，能够在1个时间周期内完成运算，运算延迟很低。也可采用纯组合逻辑的门阵列进行处理，输出预测数据。

本可选的实施例中，根据曼彻斯特编码方式对预处理后的信号和历史信号能够准确识别各种信号状态，结合信号状态和对应的时间在预设的对应关系中确定预测数据，能在当前信号输入后的1个时钟周期后就能输出预测结果，实现低延迟预测，进而能够降低整个矫正过程的延迟，提高通信质量。

步骤S130，检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合，获得数据流。

可选地，所述预测数据包括信号值，所述检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合：

实时检测所述预处理后的信号中的标志位，所述标志位包括同步头和数据位；

将所述同步头、所述数据位分别与对应的所述预测数据中的信号值进行绑定，获得所述数据流。

具体地，如图5所示为EBR1553总线协议中规定的总线数据格式，包括同步头和数据位，同步头为一个3bit宽度的“0到1”或“1到0”变化的信号，数据位是1bit宽度的“0到1”或“1到0”变化的信号。

检测标志位，标志位包括同步头和数据位，在EBR1553总线的波特率为10Mbps的情况下，由于同步头的宽度为3bit，即300ns，本实施例的畸变信号矫正系统能够对宽度不超过0.5bit（即50ns）的畸变信号进行矫正，50ns的信号畸变对同步头的识别影响不大，通过设置合理的判断阈值就可以正确识别出同步头，其它为数据位。检测到同步头和数据位以后，将同步头和数据位分别与预测信号中对应位置的信号值绑定起来，其中，同步头和信号值、或数据位和信号值绑定在一起形成两位数据，高位为标志位，0表示同步头，1表示数据位；低位为信号值，0表示“0到1”，1表示“1到0”，例如绑定后的数据为10，表示该数据为“0到1”的数据位。将各个标志位分别和预测信号中对应位置的信号值绑定起来，得到数据流。

本可选的实施例中，预测数据是根据信号状态重新生成的数据，消除了原始畸变信号中的畸变，将预测数据和预处理后的信号中的标志位绑定在一起，得到的数据流，形成消除畸变后的正常信号。

步骤S140，对所述数据流进行缓冲平滑，获得缓冲后的数据流。

可选地，所述对所述数据流进行缓冲平滑包括：

通过所述先进先出存储器对所述数据流进行缓冲平滑，获得所述缓冲后的数据流。

具体地，对输入数据进行预测和检测时会引入抖动，若根据数据流直接进行再生曼彻斯特编码信号，会导致生成的信号中也存在抖动，因此，需要对数据流进行缓冲平滑，消除抖动。将数据流输入FIFO存储器（First In First Out，先进先出存储器），FIFO存储器中数据先进先出，用作数据缓冲结构，可用于不同时钟域之间的数据传输，能够对数据流进行缓冲平滑，输出缓冲后的数据流。

本可选的实施例中，通过FIFO存储器对数据流进行缓冲平滑，能够消除数据流中的抖动，提高数据流稳定性，有利于提高后续运算的精度。

步骤S150，将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码，获得矫正后的正常信号。

可选地，所述将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码包括：

实时获取所述缓冲后的数据流中的数据，根据所述数据的标志位确定所述数据对应的曼彻斯特编码的类型，并根据所述数据的信号值确定对应的编码值，输出所述矫正后的正常信号。

具体地，由于EBR1553总线中的信号为曼彻斯特编码信号，因此需要将数据流重新转化成曼彻斯特编码。实时获取缓冲后的数据流中的数据，检测数据的标志位，再检测信号值，当标志位为0，信号值为0时，表示“0到1”的同步头，因此生成3bit的同步头，前1.5bit为低电平，后1.5bit为高电平；当标志位为0，信号值为1时，表示“1到0”的同步头，因此生成3bit的同步头，前1.5bit为高电平，后1.5bit为低电平；当标志位为1，信号值为0时，表示“0到1”的数据位，前0.5bit为低电平，后0.5bit为高电平；当标志位为1，信号值为1时，表示“1到0”的数据位，前0.5bit为高电平，后0.5bit为低电平。

本实施例中，首先对原始畸变信号进行预处理，例如滤波等，能够提高后续运算的准确度，然后对预处理后的信号进行曼彻斯特解码，确定信号状态，根据信号状态预测畸变前的正确信号，消除畸变信号，获得预测数据，并将检测的预处理后的信号中的标志位和预测数据中的信号值进行组合，获得数据流。对数据流进行缓冲平滑，消除抖动，能够提高后续运算的精度。对缓冲后的数据流进行曼彻斯特编码，再生出矫正后的正常信号。本发明的技术方案不需要对线缆进行改造，相较于现有技术，降低了成本，且矫正过程延迟很低，简单高效。经过本方法矫正后的信号完全符合协议要求，后续的协议解析和处理可以直接将矫正后的信号按照协议规范进行处理，有效降低了矫正难度。

如图6所示为在FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)平台上采用本发明的畸变信号矫正方法的结果示意图，其中mcode_in_i是原始输入信号，mcode_out_o是矫正后再生的信号，通过结果可以看出，输入信号在畸变的情况下能够正确矫正，同时整个处理过程的延迟不超过400ns。

本发明是在数字电路层面对畸变信号进行的矫正，在模拟电路层面也可对信号进行处理。在模拟电路层面的处理一般是对发送端发送的信号进行预加重处理，即在发送端对信号预加一些“畸变”，通过电缆的传输后这些“畸变”会由于电缆的失真而抵消，使得在接收侧接收到的信号为正常信号。在模拟电路层面的处理方法常用在1GHz以上的超高速通信领域中，且成本相对较高。

本发明另一实施例提供的一种电子设备包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上所述的畸变信号矫正方法。该电子设备可为FPGA等。

本发明又一实施例提供的一种计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的畸变信号矫正方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。在本申请中，所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种畸变信号矫正方法，其特征在于，包括：

获取原始畸变信号，并对所述原始畸变信号进行预处理，输出预处理后的信号；

根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号，获得预测数据；其中，所述根据分析结果预测畸变前的正确信号包括根据所述分析结果进行纯组合逻辑处理，所述根据所述分析结果进行纯组合逻辑处理包括根据所述分析结果确定待处理序列，根据所述待处理序列在预设的对应关系中查找所述预测数据，所述对应关系包括一一对应的所述待处理序列和所述预测数据；

检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合，获得数据流；其中，所述标志位包括同步头和数据位，所述将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合包括：将所述同步头、所述数据位分别与对应的所述预测数据中的信号值进行绑定；

对所述数据流进行缓冲平滑，获得缓冲后的数据流；

将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码，获得矫正后的正常信号。

2.根据权利要求1所述的畸变信号矫正方法，其特征在于，所述对所述原始畸变信号进行预处理包括：

对所述原始畸变信号进行时钟域同步化处理和毛刺滤波，获得所述预处理后的信号，其中，所述时钟域同步化处理包括通过多级寄存器对所述原始畸变信号进行多级流水打拍处理，所述多级流水打拍处理包括将所述原始畸变信号延迟多个时钟周期。

3.根据权利要求1所述的畸变信号矫正方法，其特征在于，所述根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号包括：

实时获取所述预处理后的信号，根据曼彻斯特编码方式对获取的当前预处理后的信号和历史预处理后的信号进行分析，识别各种信号状态和各种信号状态对应的时间；

对各种所述信号状态和对应的时间进行纯组合逻辑处理，输出所述预测数据。

4.根据权利要求3所述的畸变信号矫正方法，其特征在于，所述对各种所述信号状态和对应的时间进行纯组合逻辑处理包括：

根据各个所述信号状态和对应的所述时间确定待处理序列，根据所述待处理序列在预设的对应关系中查找所述预测数据，所述对应关系包括一一对应的所述待处理序列和所述预测数据。

5.根据权利要求1至4任一项所述的畸变信号矫正方法，其特征在于，所述对所述数据流进行缓冲平滑包括：

通过先进先出存储器对所述数据流进行缓冲平滑，获得所述缓冲后的数据流。

6.根据权利要求1至4任一项所述的畸变信号矫正方法，其特征在于，所述将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码包括：

实时获取所述缓冲后的数据流中的数据，根据所述数据的标志位确定所述数据对应的曼彻斯特编码的类型，并根据所述数据的信号值确定对应的编码值，输出所述矫正后的正常信号。

7.一种畸变信号矫正装置，其特征在于，包括：

信号预处理模块，用于获取原始畸变信号，并对所述原始畸变信号进行预处理，输出预处理后的信号；

信号预测模块，用于根据曼彻斯特编码方式分析所述预处理后的信号，并根据分析结果预测畸变前的正确信号，获得预测数据；其中，所述根据分析结果预测畸变前的正确信号包括根据所述分析结果进行纯组合逻辑处理，所述根据所述分析结果进行纯组合逻辑处理包括根据所述分析结果确定待处理序列，根据所述待处理序列在预设的对应关系中查找所述预测数据，所述对应关系包括一一对应的所述待处理序列和所述预测数据；

信号检测模块，用于检测所述预处理后的信号中的标志位，并将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合，获得数据流；其中，所述标志位包括同步头和数据位，所述将所述标志位和所述预测数据中的信号值进行组合包括：将所述同步头、所述数据位分别与对应的所述预测数据中的信号值进行绑定；

信号缓冲模块，用于对所述数据流进行缓冲平滑，获得缓冲后的数据流；

信号再生模块，用于将所述缓冲后的数据流转换为对应的曼彻斯特编码，获得矫正后的正常信号。

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至6任一项所述的畸变信号矫正方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6任一项所述的畸变信号矫正方法。

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