CN114296629A - 一种信号采集方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信号采集方法和系统，其中方法包括接收初始信号；接收通道选择信号；根据通道选择信号从多个通道中选择目标通道，每个通道的降采样倍率均不相同；使初始信号通过目标通道进行滤波处理和降采样处理，得到目标信号；能减小信号混叠，从而提高传输信息的正确性；且多通道的传输结构也适用于不同的应用场景，具有良好的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理领域，特别是一种信号采集方法和系统。
背景技术
当前数字信号处理中，提高采样率会导致后续的信号处理速度无法跟上，通常采取抽取采样之后再内插处理以减低数据流速率。而在实际应用中，系统中的信号是具有多个不同采样频率的，输入数据量太大，后续难以进行数据的处理，因此需要减小信号量并且不能丢失关键信息。如果直接对采集回来的信号进行抽取而不进行降采样处理，容易造成信号的混叠。而混叠后的信号得到的信息失真率高。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种信号采集方法和系统。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
本发明的第一方面，一种信号采集方法，包括：
接收初始信号；
接收通道选择信号；
根据所述通道选择信号从多个通道中选择目标通道，每个所述通道的降采样倍率均不相同；
使所述初始信号通过所述目标通道进行滤波处理和降采样处理，得到目标信号。
根据本发明的第一方面，所述获取初始信号包括：
通过多个增益天线接收所述初始信号，并通过多个模数转换器对所述初始信号进行模数转换处理，多个所述模数转换器与多个所述增益天线一一对应。
根据本发明的第一方面，所述滤波处理是采用半带滤波器执行的。
根据本发明的第一方面，多个所述通道包括第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道的降采样倍率为1，所述第二通道的降采样倍率为2，所述第三通道的采样倍率为4。
本发明的第二方面，一种信号采集系统，包括：
初始信号接收模块，用于接收初始信号；
选择信号接收模块，用于接收通道选择信号；
通道选择模块，用于根据所述通道选择信号从多个通道中选择目标通道，每个所述通道的降采样倍率均不相同；
信号处理模块，用于使所述初始信号通过所述目标通道进行滤波处理和降采样处理，得到目标信号。
根据本发明的第二方面，所述初始信号接收模块包括多个增益天线和多个模数转换器，所述增益天线用于接收所述初始信号，所述模数转换器用于对所述初始信号进行模数转换处理，多个所述模数转换器与多个所述增益天线一一对应。
根据本发明的第二方面，所述信号处理模块包括用于执行所述滤波处理的半带滤波器。
根据本发明的第二方面，所述信号处理模块包括具有不同降采样倍率的多个降采样器；多个所述降采样器的降采样倍率分别为1、2和4。
根据本发明的第二方面，所述半带滤波器和多个所述降采样器集成于基于ZYNQ的采集板上。
根据本发明的第二方面，所述信号采集系统还包括上位机，所述上位机用于对所述信号处理模块配置参数以及用于解释所述目标信号。
上述方案至少具有以下的有益效果：能减小信号混叠，从而提高传输信息的正确性；且多通道的传输结构也适用于不同的应用场景，具有良好的灵活性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一种信号采集方法的流程图；
图2是本发明实施例一种信号采集系统的结构图；
图3是本发明实施例一种信号采集系统的另一结构图；
图4是经信号采集系统进行1倍降采样的目标信号的示意图；
图5是经信号采集系统进行2倍降采样的目标信号的示意图；
图6是经信号采集系统进行4倍降采样的目标信号的示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图2，本发明的一个方面的实施例，提供了一种信号采集系统。
信号采集系统包括初始信号接收模块10、选择信号接收模块20、通道选择模块30和信号处理模块40。
其中，初始信号接收模块10用于接收初始信号；选择信号接收模块20用于接收通道选择信号；通道选择模块30用于根据通道选择信号从多个通道中选择目标通道，每个通道的降采样倍率均不相同；信号处理模块40用于使初始信号通过目标通道进行滤波处理和降采样处理，得到目标信号。
参照图3，本发明的一个方面的某些实施例，信号采集系统还包括上位机500，上位机500用于对信号处理模块40配置参数以及用于解释目标信号。
本发明的一个方面的某些实施例，初始信号接收模块10包括多个增益天线101和多个模数转换器102，增益天线101用于接收初始信号，模数转换器102用于对初始信号进行模数转换处理，多个模数转换器102与多个增益天线101一一对应。具体地，增益天线101有两个，模数转换器102有两个，模数转换器102的型号为AD9228，AD9228是4通道单芯片模拟前端，即形成八路AD数据采集。AD9228型号的模数转换器102具有小型化、便携化的特点。该初始信号接收模块10能明显降低仪器的噪声，使各项性能指标得到显著提高。
本发明的一个方面的某些实施例，信号处理模块40包括用于执行滤波处理的半带滤波器401。半带滤波器401是一种特殊的FIR滤波器，其阶数只能为偶数，长度为奇数。滤波器系数除了中间值为0.5外，其余偶数序号的系数都为0，因此采用半带滤波器401能大大节省滤波的乘法运算和加法运算，提高滤波器的计算效率。半带滤波器401是一种特殊的低通FIR数字滤波器。这种滤波器由于通带和阻带相对于二分之一奈奎斯特频率对称，因而有近一半的滤波器系数精确为零，因其系数具有偶对称的特点，非常便于实现信号的2倍抽取。
本发明的一个方面的某些实施例，信号处理模块40包括具有不同降采样倍率的3个降采样器402；3个降采样器402的降采样倍率分别为1、2和4。当然在其他实施例中，降采样器402的降采样倍率也可以是其他倍率，例如8等。另外，降采样器402的降采样倍率为1，即等同于降采样器402不对输入信号进行降采样处理。
在降采样处理前，将信号通过半带滤波器401滤波处理，其目的是为了避免在后对信号进行降采样抽取的过程中，出现信号混叠现象。
本发明的一个方面的某些实施例，半带滤波器401和多个降采样器402集成于基于ZYNQ的采集板上。具体地，采集板的型号可以采用ZYNQ7020型号；当然在其他实施例中，也可以采用其他型号。
另外，该信号采集系统的软件逻辑设计通过Verilog、C/C++、以及Python语言完成。其中Verilog语言主要使用于Vivado平台下，完成FPGA端的相关芯片接口及状态机处理的设计。在赛灵思提供的软件开发包(Software Development Kit，SDK)下利用C/C++完成对ZYNQ的PS端的设计，其中包括与上位机500的串口通信，基于UDP协议的数据上传，以及通过SPI通信协议完成对毫米波雷达设计前端的配置。Python主要是基于上位机500与处理系统之间的联系，一方面通过串口将上位机500与采集系统连接，另一方面接收采集系统通过网口上传的数据并对该数据处理。
在该实施例中，将各部分器件连接形成该信号采集系统。上位机500通过串口通信来控制整个信号采集系统，上位机500通过串口将命令配置参数传送至ZYNQ处理板上，例如配置模数转换器102采集信号的点数。串口控制器触发ZYNQ处理板的中断系统，当数据采集的相关参数配置到状态机之后，状态机将依照规定的方式在短时间内完成对ADC数据即初始信号的采集和数据的写入。FPGA内部通过上位机500传入的通道选择信号，从多个通道中选择目标通道进行降采样的处理，目标通道由半带滤波器401和与通道选择信号对应的降采样器402组成。通过半带滤波器401进行滤波处理，并通过降采样器402进行降采样处理，得到目标信号。例如通道选择信号为对应采用2倍降采样处理，则选择设有2倍降采样倍率的降采样器402的通道作为目标通道。将经降采样后的目标信号写入BRAM，PS端等待PL端传输过来的数据，立即读出BRAM中存储的目标信号；将目标信号调入内存，触发网口，并通过网口发送至上位机500进行数据解释。
参照图4、图5和图6，图4是经信号采集系统进行1倍降采样的目标信号的示意图；图5是经信号采集系统进行2倍降采样的目标信号的示意图；图6是经信号采集系统进行4倍降采样的目标信号的示意图。
上述信号采集系统能减小了信号混叠，从而提高传输信息的正确性；且多通道的传输结构也适用于不同的应用场景，具有良好的灵活性。
参照图1，本发明的另一方面的实施例，提供了一种信号采集方法，应用于上述的信号采集系统。
信号采集方法包括：
步骤S100，接收初始信号；
步骤S200，接收通道选择信号；
步骤S300，根据通道选择信号从多个通道中选择目标通道，每个通道的降采样倍率均不相同；
步骤S400，使初始信号通过目标通道进行滤波处理和降采样处理，得到目标信号。
本发明的另一方面的某些实施例，对于步骤S100，接收初始信号包括：
通过多个增益天线101接收初始信号，并通过多个模数转换器102对初始信号进行模数转换处理，多个模数转换器102与多个增益天线101一一对应。
本发明的另一方面的某些实施例，滤波处理是采用半带滤波器401执行的。
本发明的另一方面的某些实施例，多个通道包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道的降采样倍率为1，第二通道的降采样倍率为2，第三通道的采样倍率为4。
在该实施例中，将各部分器件连接形成该信号采集系统。上位机500通过串口通信来控制整个信号采集系统，上位机500通过串口将命令配置参数传送至ZYNQ处理板上，例如配置模数转换器102采集信号的点数。串口控制器触发ZYNQ处理板的中断系统，当数据采集的相关参数配置到状态机之后，状态机将依照规定的方式在短时间内完成对ADC数据即初始信号的采集和数据的写入。FPGA内部通过上位机500传入的通道选择信号，从多个通道中选择目标通道进行降采样的处理，目标通道由半带滤波器401和与通道选择信号对应的降采样器402组成。通过半带滤波器401进行滤波处理，并通过降采样器402进行降采样处理，得到目标信号。例如通道选择信号为对应采用2倍降采样处理，则选择设有2倍降采样倍率的降采样器402的通道作为目标通道。将经降采样后的目标信号写入BRAM，PS端等待PL端传输过来的数据，立即读出BRAM中存储的目标信号；将目标信号调入内存，触发网口，并通过网口发送至上位机500进行数据解释。
上述信号采集方法能减小信号混叠，从而提高传输信息的正确性；且多通道的传输结构也适用于不同的应用场景，具有良好的灵活性。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种信号采集方法，其特征在于，包括：
接收初始信号；
接收通道选择信号；
根据所述通道选择信号从多个通道中选择目标通道，每个所述通道的降采样倍率均不相同；
使所述初始信号通过所述目标通道进行滤波处理和降采样处理，得到目标信号。
2.根据权利要求1所述的一种信号采集方法，其特征在于，所述接收初始信号包括：
通过多个增益天线接收所述初始信号，并通过多个模数转换器对所述初始信号进行模数转换处理，多个所述模数转换器与多个所述增益天线一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种信号采集方法，其特征在于，所述滤波处理是采用半带滤波器执行的。
4.根据权利要求1所述的一种信号采集方法，其特征在于，多个所述通道包括第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道的降采样倍率为1，所述第二通道的降采样倍率为2，所述第三通道的采样倍率为4。
5.一种信号采集系统，其特征在于，包括：
初始信号接收模块，用于接收初始信号；
选择信号接收模块，用于接收通道选择信号；
通道选择模块，用于根据所述通道选择信号从多个通道中选择目标通道，每个所述通道的降采样倍率均不相同；
信号处理模块，用于使所述初始信号通过所述目标通道进行滤波处理和降采样处理，得到目标信号。
6.根据权利要求5所述的一种信号采集系统，其特征在于，所述初始信号接收模块包括多个增益天线和多个模数转换器，所述增益天线用于接收所述初始信号，所述模数转换器用于对所述初始信号进行模数转换处理，多个所述模数转换器与多个所述增益天线一一对应。
7.根据权利要求5所述的一种信号采集系统，其特征在于，所述信号处理模块包括用于执行所述滤波处理的半带滤波器。
8.根据权利要求7所述的一种信号采集系统，其特征在于，所述信号处理模块包括具有不同降采样倍率的多个降采样器；多个所述降采样器的降采样倍率分别为1、2和4。
9.根据权利要求8所述的一种信号采集系统，其特征在于，所述半带滤波器和多个所述降采样器集成于基于ZYNQ的采集板上。
10.根据权利要求5所述的一种信号采集系统，其特征在于，所述信号采集系统还包括上位机，所述上位机用于对所述信号处理模块配置参数以及用于解释所述目标信号。
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