CN114740258A - 双频叠加幅频分离的测量方法 - Google Patents

Abstract

双频叠加幅频分离的测量方法，涉及电子测控领域，本发明为解决现有方法存在局限性，且计算量大，导致测量速度慢等问题，本发明对于由两个不同未知频率及振幅原始信号叠加在一起的合成信号，可直接分离测量出两种频率信号的振幅；具体过程是通过分析经过数字量化后的信号数据，先去除直流成分，再计算数据的方均值和绝对平均值，最后通过一个公式计算即可分别得到两个原始信号的振幅；本发明与滤波器方案相比，因为测量过程与信号频率无关，所以不需要设计通频带；本方法计算量小，与傅立叶方案相比，本发明因无须计算出每种频率分量，所以可在快速测量场合应用。

Description

双频叠加幅频分离的测量方法

技术领域

本发明涉及电子测控领域，具体涉及一种双频叠加幅频分离的测量方法。

背景技术

调幅广播和幅移键控数字通信都是采用振幅调制技术，具体就是把数据信息的内容转化成余弦电子信号的振幅之后，再从发送端传输到接收端，最后由接收端之中一种被称为检波器的装置，通过测量信号的振幅还原了数据信息；传统的检波器只能测量一个信号的振幅，若有两个不同频率信号同时输入检波器时，则发生差拍干扰而无法工作；尽管傅立叶变换可以同时测量两个不同频率信号的振幅，但是受制于速度限制而无法作为检波器使用。

在电子通信测控等技术领域，经常需要测量电子信号的振幅和频率，当前主流电子传输通信就采用频率调制及振幅调制方式；对于两个不同未知频率及振幅的信号叠加在一起，如果需要分别测量出这两个信号的振幅，那么传统常用带通滤波法或傅立叶变换两种方法；带通滤波法是用带通滤波器把不处于不同频带的信号分离，然后再分别测量；傅立叶变换是把整个频段内所有频率对应的振幅都测量出来，然后按振幅从大到小排序获得最大的两个；带通滤波法需要两个频率分别位于不同带通滤波的通频带内，导致在实际应用中存在局限性；傅立叶变换需要把所有可能的频率都计算一遍，所以计算量较大，提高了电路的性能要求，不利于快速测量。

发明内容

本发明为解决现有带通滤波的方法存在局限性，且采用傅立叶变换的方法存在计算量大，导致测量速度慢等问题，提供一种双频叠加幅频分离的测量方法。

双频叠加幅频分离的测量方法，该方法通过双频叠加幅频分离测量系统实现，所述双频叠加幅频分离测量系统包括数据输入端，存贮器，处理器和输出端；

待测信号为将两个不同频率的原始余弦信号进行叠加；两个原始余弦信号频率和振幅均未知，设定两个原始余弦信号的频率分别为ω，Ω，振幅分别为A和B，且A大于B，所述ω和Ω均小于频率上限数值H；

数据输入端输入待测信号，要求对输入待测信号以固定频率F采样得到数字量数据；所述固定频率F大于上限数值H的8倍；要求两个原始余弦信号在测量期间，振幅和频率都保持不变；采样时长的最小值为待测叠加信号的一个周期；

所述存贮器保存从数据输入端获得的待测信号；在每一次测量过程中在逻辑上连续存贮N个数据，形成一个一维数组的数据结构，用S[i]表示；其中S为数组名称，i为下标索引序号；下标索引序号i的最小值为1，最大值为N；

所述处理器分析保存在存贮器中的数据，即：通过去除直流分量，计算方均M与绝对平均值E，获得原始余弦信号的振幅A，以及原始余弦信号的振幅B后经输出端输出；具体过程为：

步骤一、去除直流分量，过程为：

步骤A1、定义变量i，初值为零；定义变量L，初值为零；

步骤A2、将变量L加上数组S以i为索引序号的元素S[i]；

步骤A3、i＝i+1，如果变量i小于N，则执行步骤A2，否则，执行步骤A4；

步骤A4、将变量L除以N以后的数值保存到变量L中；再将变量i的值设为零；

步骤A5、取得数组S以i为索引序号的元素S[i]，将S[i]减去变量L之后的数值，重新保存到S[i]中；

步骤A6、i＝i+1，如果变量i小于N，则执行步骤A5，否则执行步骤A7；

步骤A7、所述数组S中保存的数据则为去除直流分量的信号数据；

步骤二、计算方均M与绝对平均值E；

步骤B1、将变量i的值设为零；定义变量M，初值也为零；定义变量E，初值也为零；

步骤B2、取得数组S以i为索引序号的元素S[i]，将变量M加上S[i]的平方；将变量E加上S[i]的绝对值；

步骤B3、将变量i＝i+1，如果变量i小于N，则执行步骤B2，否则，执行步骤B4；

步骤B4、将变量M除以N的数值，重新保存到变量M中；将变量E除以N的数值，重新保存到变量E中；

步骤三、计算原始余弦信号振幅A的具体过程为：

步骤C1、定义变量X，X的值等于变量E乘以圆周率π；

步骤C2、定义变量Y，Y的值等于X的平方减去6倍的变量M；

步骤C3、定义变量Z，Z的值等于变量Y开平方；

步骤C4、变量X加上变量Z之后，再除以3就等于较强那个原始信号的振幅A，用下式表示为：

步骤四、计算原始余弦信号的振幅B的具体过程为：

步骤D1、定义变量U，U的值等于变量M乘以24；

步骤D2、定义变量V，V的值等于变量X的平方乘以2；

步骤D3、定义变量W，W的值等于变量Y开平方之后乘以变量X之后，再乘以2；

步骤D4、将变量U减去变量V，再减去W，之后开平方，再除以3的值则为原始余弦信号的振幅B；用公式表示为：

获得原始余弦信号的振幅A，以及振幅B，并从输出端输出。

本发明的有益效果：本发明对于由两个不同未知频率及振幅原始信号叠加在一起的合成信号，可直接分离测量出两种频率信号的振幅；具体过程是通过分析经过数字量化后的信号数据，先去除直流分量，再计算数据的方均值和绝对平均值，最后通过一个公式计算即可分别得到两个原始信号的振幅；本发明与滤波器方案相比，因为测量过程与信号频率无关，所以不需要设计通频带；

本方法计算量小，与现有的傅立叶方法相比，本发明因无须计算出每种频率分量，所以可在快速测量场合应用。

采用本发明提供的方法可以设计一种新式检波器，不但可以实现两个信号同时检波，而且不存在传统检波器的差拍干扰问题；若输入一个混有干扰噪声的信号，只要保证信噪比大于1，就可以实现去除干扰信号，检波得到用的数据信息。

附图说明

图1为本发明所述的双频叠加幅频分离的测量方法的原理框图。

具体实施方式

结合图1说明本实施方式，双频叠加幅频分离的测量方法，该方法通过双频叠加幅频分离的测量系统实现，该系统包括数据输入端，存贮器，处理器，以及输出端组成。

所述数据输入端输入待测信号数据，若待测信号为模拟信号，则需要用模数转换器转换之后再送给数据输入端；要求对输入待测信号以固定频率F采样得到数字量数据；必须保证采样频率F大于上限数值H的8倍以上；要求需要分离的两个信号在测量期间，振幅和频率都保持不变；

采样时长的最小值为待测叠加信号的一个周期。

所述待测信号为两个不同频率的原始余弦信号叠加在一起；两个原始余弦信号频率和振幅都为未知量，一个较强的余弦信号的频率用ω表示并且振幅用A表示，另一个较弱余弦信号的频率用Ω表示并且振幅用B表示，A大于B，并且两个ω和Ω都低于一个上限数值H；本实施方式的目标是在混合叠加后的待测信号中分别测量出这两个信号的振幅。

在测量精度方面，采样时长接近待测叠加信号整数倍周期时精度较高；因此，如果事先不知道信号的大约频率，可通过分析过零点，极大值，以及极小值等特征点，粗测得到叠加信号大约周期，然后设计最合适的采样时长等于叠加信号的整数位周期就能获得更高的测量精度；因为加大采样数量有利于提高测量精度，所以当采样数量较大时，即使采样时长并没有接近待测信号的整数倍也能获得较高的测量精度。

存贮器保存从数据输入端获得的待测信号数据；在每一次测量过程中需要一批数据有N个数值，在逻辑上连续存贮，形成一个一维数组的数据结构，用S[i]表示；其中S为数组名称，i为下标索引序号；下标索引序号i的最小值为1，最大值为N；

处理器分析保存在存贮器中的数据，通过去除直流分量,计算方均M与绝对平均值E，获得原始余弦信号的振幅A，以及计算原始余弦信号的振幅B几个步骤实现。

一、去除直流分量；

A1、定义变量i，初值为零；定义变量L，初值为零；

A2、把变量L加上数组S以i为索引序号的元素S[i]；

A3、把变量i加1之后，如果变量i小于N，则执行步骤A2，否则执行步骤A4；

A4、把变量L除以N以后的数值，重新保存到变量L中；再把变量i的值设为零；

A5、取得数组S以i为索引序号的元素S[i]，把S[i]减去变量L之后的数值，重新保存到S[i]中；

A6、将变量i加1之后，如果变量i小于N，则执行步骤A5，否则执行步骤A7；

A7、此时数组S中保存的数据就是已被去除直流成分的信号数据；

二、计算方均M与绝对平均值E；

B1、将变量i的值设为零；新定义变量M，初值也为零；新定义变量E，初值也为零；

B2、取得数组S以i为索引序号的元素S[i]，把变量M加上S[i]的平方；把变量E加上S[i]的绝对值；

B3、将变量i加1之后，如果变量i小于N，则执行步骤B2，否则执行步骤B4；

B4、将变量M除以N以后的数值，重新保存到变量M中；将变量E除以N以后的数值，重新保存到变量E中；

三、计算较大那个原始余弦信号的振幅A，具体过程为：

C1、定义变量X，数值等于变量E乘以圆周率π；

C2、定义变量Y，数值等于X的平方减去6倍的变量M；

C3、定义变量Z，数值等于变量Y开平方；

C4、变量X加上变量Z之后，再除以3就等于较强那个原始余弦信号的振幅A：

以上步骤对应的公式为：

四、计算较小那个原始余弦信号的振幅B；具体过程为：

D1、新定义变量U，数值等于变量M乘以24；

D2、新定义变量V，数值等于变量X的平方乘以2；

D3、新定义变量W，数值等于变量Y开平方之后乘以变量X之后，再乘以2；

D4、把变量U减去变量V，再减去W，之后开平方，再除以3就等于较弱那个原始余弦信号的振幅B；

以上步骤对应的公式为：

将获得的原始余弦信号的振幅A，以及振幅B，从输出端输出。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.双频叠加幅频分离的测量方法，该方法通过双频叠加幅频分离测量系统实现，其特征是：所述双频叠加幅频分离测量系统包括数据输入端，存贮器，处理器和输出端；

待测信号为将两个不同频率的原始余弦信号进行叠加；两个原始余弦信号频率和振幅均未知，设定两个原始余弦信号的频率分别为ω，Ω，振幅分别为A和B，且A大于B，所述ω和Ω均小于频率上限数值H；

数据输入端输入待测信号，要求对输入待测信号以固定频率F采样得到数字量数据；所述固定频率F大于上限数值H的8倍；要求两个原始余弦信号在测量期间，振幅和频率都保持不变；采样时长的最小值为待测叠加信号的一个周期；

所述存贮器2保存从数据输入端获得的待测信号；在每一次测量过程中在逻辑上连续存贮N个数据，形成一个一维数组的数据结构，用S[i]表示；其中S为数组名称，i为下标索引序号；下标索引序号i的最小值为1，最大值为N；

所述处理器3分析保存在存贮器2中的数据，即：通过去除直流分量，计算方均M与绝对平均值E，获得原始余弦信号的振幅A，以及原始余弦信号的振幅B后经输出端输出；具体过程为：

步骤一、去除直流分量，过程为：

步骤A1、定义变量i，初值为零；定义变量L，初值为零；

步骤A2、将变量L加上数组S以i为索引序号的元素S[i]；

步骤A3、i＝i+1，如果变量i小于N，则执行步骤A2，否则，执行步骤A4；

步骤A4、将变量L除以N以后的数值保存到变量L中；再将变量i的值设为零；

步骤A5、取得数组S以i为索引序号的元素S[i]，将S[i]减去变量L之后的数值，重新保存到S[i]中；

步骤A6、i＝i+1，如果变量i小于N，则执行步骤A5，否则执行步骤A7；

步骤A7、所述数组S中保存的数据则为去除直流分量的信号数据；

步骤二、计算方均M与绝对平均值E；

步骤B1、将变量i的值设为零；定义变量M，初值也为零；定义变量E，初值也为零；

步骤B2、取得数组S以i为索引序号的元素S[i]，将变量M加上S[i]的平方；将变量E加上S[i]的绝对值；

步骤B3、将变量i＝i+1，如果变量i小于N，则执行步骤B2，否则，执行步骤B4；

步骤B4、将变量M除以N的数值，重新保存到变量M中；将变量E除以N的数值，重新保存到变量E中；

步骤三、计算原始余弦信号振幅A的具体过程为：

步骤C1、定义变量X，X的值等于变量E乘以圆周率π；

步骤C2、定义变量Y，Y的值等于X的平方减去6倍的变量M；

步骤C3、定义变量Z，Z的值等于变量Y开平方；

步骤C4、变量X加上变量Z之后，再除以3的值则为原始余弦信号的振幅A，用下式表示为：

步骤四、计算原始余弦信号的振幅B的具体过程为：

步骤D1、定义变量U，U的值等于变量M乘以24；

步骤D2、定义变量V，V的值等于变量X的平方乘以2；

步骤D3、定义变量W，W的值等于变量Y开平方之后乘以变量X之后，再乘以2；

步骤D4、将变量U减去变量V，再减去W，之后开平方，再除以3的值则为原始余弦信号的振幅B；用公式表示为：

获得原始余弦信号的振幅A，以及振幅B，并从输出端输出。

2.根据权利要求1所述的双频叠加幅频分离的测量方法，其特征在于：所述数据输入端接收的待测信号如果为模拟信号，则采用模数转换器转换之后再送给数据输入端。

Images