CN116366065B - 一种低信噪比周期性信号检测装置及方法 - Google Patents

一种低信噪比周期性信号检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低信噪比周期性信号检测装置及方法，属信号检测领域。装置包括：移位寄存器，设有单比特数据输入端、两个输出端，能引入对待测低信噪比周期性信号采样的单比特数据并缓存多个单比特数据；只读存储器，能存储各单比特数据对应的虚部信息；相干积累模块，能对多个单比特数据进行相干积累得到相干积累数据；相位叠加模块，能利用多个单比特数据以及各单比特数据对应的虚部信息计算待测信号的相位因子；波形计算模块，能利用相干积累数据和相位因子计算出得出作为输出波形信号的最终数据。本发明还提供一种利用该检测装置的低信噪比周期性信号检测方法。该检测装置及方法在不明显地增加计算复杂度前提下，提高输出波形信号的信噪比。

Description

一种低信噪比周期性信号检测装置及方法
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种低信噪比周期性信号检测装置及方法。
背景技术
对于信噪比(SNR, Signal-to-Noise Ratio)很低以至于信号波形被淹没在噪声中的低信噪比周期性信号，难以通过一般的方法和装置进行有效地探测。而单比特相干积累是一个可行的方法，如申请日为2020年9月22的中国专利申请CN111697970A公开的低计算复杂度的周期性弱信号检测装置，能对低信噪比周期性信号进行检测。然而，用单比特相干积累进行低信噪比周期性信号的检测至少存在以下局限性：单比特相干积累算法仅对周期性信号的以周期为间隔的各个采样点进行独立地累加，忽视了周期性信号原本的形状特征以及各个连续采样点前后之间的关联，以至于最终得到的输出信号波形的信噪比局限于相干累加次数，而为了得到符合要求的最终输出信号波形需要增大累加次数，但这样使得信号处理的实时性变差。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供了一种低信噪比周期性信号检测装置及方法，能在相同的相干积累次数下提高输出信号波形的信噪比，而不明显地增加计算的复杂度，保证信号处理的实时性，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种低信噪比周期性信号检测装置，包括：
移位寄存器、只读存储器、相干积累模块、相位叠加模块和波形计算模块；其中，
所述移位寄存器，设有单比特数据输入端、只读存储器输出端组和中间位输出端，能通过所述单比特数据输入端引入对待测低信噪比周期性信号采样得到的单比特数据并缓存连续输入的多个单比特数据，所述多个单比特数据的数量为不少于5的奇数个；
所述只读存储器，与所述移位寄存器的只读存储器输出端组电性连接，能存储所述移位寄存器输入的单比特数据对应的虚部信息；
所述相干积累模块，与所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能对所述移位寄存器缓存并经中间位输出端输出的单比特数据进行相干积累得到相干积累数据；
所述相位叠加模块，分别与所述只读存储器的虚部信息输出端和所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能利用所述移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算得出待测低信噪比周期性信号的相位因子；
所述波形计算模块，分别与所述相位叠加模块的相位因子输出端和所述相干积累模块的相干积累数据输出端电性连接，能利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据。
一种低信噪比周期性信号检测方法，采用本发明所述的检测装置，包括以下步骤：
通过所述检测装置的移位寄存器引入对待测低信噪比周期性信号采样得到的单比特数据并缓存连续输入的多个单比特数据，所述多个单比特数据的数量为不少于5的奇数个；
通过所述检测装置的只读存储器存储所述移位寄存器输入的单比特数据对应的虚部信息；
通过所述检测装置的相干积累模块对所述移位寄存器缓存并经中间位输出端输出的单比特数据进行相干积累得到相干积累数据；
通过所述检测装置的相位叠加模块利用所述移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算出待测低信噪比周期性信号的相位因子；
通过所述检测装置的波形计算模块利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据。
与现有技术相比，本发明所提供的低信噪比周期性信号检测装置及方法，其有益效果包括：
通过设置的移位寄存器、只读存储器和相干积累模块配合，能充分利用待测周期性信号的形状特性，在不明显地增加计算复杂度保证信号处理实时性的前提下，提高最终输出信号波形的信噪比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供的低信噪比周期性信号检测装置的结构框图。
图2为本发明实施例提供的只读存储器的结构图。
图3为本发明实施例提供的相干积累模块的结构图。
图4为本发明实施例提供的相位叠加算法的原理框图。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，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，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明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文的限制。
下面对本发明所提供的低信噪比周期性信号检测装置及方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1所示，本发明实施例提供一种低信噪比周期性信号检测装置，包括：
移位寄存器、只读存储器、相干积累模块、相位叠加模块和波形计算模块；其中，
所述移位寄存器，设有单比特数据输入端、只读存储器输出端组和中间位输出端，能通过所述单比特数据输入端引入对待测低信噪比周期性信号采样得到的单比特数据并缓存连续输入的多个单比特数据，所述多个单比特数据的数量为不少于5的奇数；
所述只读存储器，与所述移位寄存器的只读存储器输出端组电性连接，能存储所述移位寄存器输入的单比特数据对应的虚部信息；
所述相干积累模块，与所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能对所述移位寄存器缓存并经中间位输出端输出的单比特数据进行相干积累得到相干积累数据；
所述相位叠加模块，分别与所述只读存储器的虚部信息输出端和所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能利用所述移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算得出待测低信噪比周期性信号的相位因子；
所述波形计算模块，分别与所述相位叠加模块的相位因子输出端和所述相干积累模块的相干积累数据输出端电性连接，能利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据。
优选的，上述检测装置中，所述移位寄存器由K个单比特寄存器依次串联构成，能缓存连续输入的K个单比特数据，K为不小于5的奇数。
所述移位寄存器的中间位输出端为该移位寄存器的第（K+1）÷2位的单比特寄存器的输出端；
所述移位寄存器的只读存储器输出端组为：在移位寄存器的从前至后的连续K个单比特寄存器中，取第一个单比特寄存器的输出端，之后每2个单比特寄存器取后一个单比特寄存器的输出端组成的输出端组。
上述结构的移位寄存器在有单比特数据输入时，前一个单比特寄存器的单比特数据会存储到后一个单比特寄存器中，最前面的单比特寄存器存储最新的单比特数据，最后面的单比特寄存器存储的单比特数据舍弃；
连续K个单比特数据中根据需要精度取N位作为只读存储器的地址，即从前至后从连续K个单比特寄存器中，每2个单比特寄存器取后一个单比特寄存器的输出组成N位的只读存储器的地址。
移位寄存器中的中间位输出端分别输送至所述相位叠加模块和与所述相干积累模块，即一个中间位的单比特寄存器的输出分别输送至所述相位叠加模块和与所述相干积累模块。如：移位寄存器里面一共有K个单比特寄存器，K是不小于5的奇数，那么正中间位置的单比特寄存器位号就是（K+1）÷2，这个正中间位置的单比特寄存器输出的单比特数据分别输送至所述相位叠加模块与相干积累模块。
优选的，上述检测装置中，只读存储器存储设有N位输入端对应与所述移位寄存器的只读存储器输出端组电性连接，该只读存储器存储能由相位提取的滤波器算法求出移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据对应的虚部信息，求出的虚部信息位宽为1，虚部信息的地址位宽为N，N为整数，N与所述移位寄存器的只读存储器输出端组的输出端数相同。
优选的，上述检测装置中，所述相干积累模块包括：
依次串联连接的P个M位的寄存器，P和M均为正整数，第P个寄存器的输出端经一个加法器连接至第一个寄存器的输入端形成闭环结构；
所述加法器的输入端与所述移位寄存器的中间位输出端电性连接；
第P个寄存器设有相干积累数据输出端，能输出P个M位的数据构成相干积累数据。
优选的，上述检测装置中，所述只读存储器能用相位提取的滤波器算法求出移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据对应的虚部信息，求出的虚部信息位宽为1，虚部信息的地址位宽为N，N为整数，N与移位寄存器的只读存储器输出端组的输出端数相同。
优选的，上述检测装置中，所述相位叠加模块包括：相位选通器、相位统计模块和相位因子计算模块；其中，
所述相位选通器，设有两个输入端和四个相位输出端，两个输入端分别与所述移位寄存器的只读存储器输出端和所述只读存储器的输出端电性连接，能将所述移位寄存器的只读存储器输出端输出的单比特数据和所述只读存储器的输出端输出的单比特数据对应的虚部共同构成的相位序列上的数据点解析成代表4个象限的4个相位组，分别由四个相位输出端输出，所述4个相位组中，实部虚部均为1和实部虚部均为0为一组相反相位序列，实部为1虚部为0和实部为0虚部为1为一组相反相位序列；
所述相位统计模块，设有P个子模块，每个子模块均与所述相位选通器的四个相位输出端连接，每个子模块中有4组计数器，能分别统计所述相位选通器的各相位输出端输出的相位序列在4个象限中的个数；
所述相位因子计算模块，分别设有输入端和相位因子输出端，所述输入端与所述相位统计模块的输出端连接，能根据所述相位统计模块输出的两组相反相位序列的统计值和相干积累次数按以下公式计算得出位宽为Q比特的相位因子wr，Q为正整数，所述相位因子wr的计算公式为：
；
其中，L为相干积累次数；m1、m2、m3、m4分别为相位序列在4个象限中的统计值，其中，m1与m3为一组相反相位序列，m2与m4为另一组相反相位序列。
优选的，上述检测装置中，所述波形计算模块按以下方式利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位信息计算得出最终数据，包括：
将相干积累模块输出的相干积累数据和相位叠加模块输出的相位因子做时间同步后相乘，计算得出位宽为M的最终数据。
本发明实施例还提供一种低信噪比周期性信号检测方法，采用上述的检测装置，包括以下步骤：
通过所述检测装置的移位寄存器引入对待测低信噪比周期性信号采样得到的单比特数据并缓存连续输入的多个单比特数据，所述多个单比特数据的数量为不少于5的奇数个；
通过所述检测装置的只读存储器存储所述移位寄存器输入的单比特数据对应的虚部信息；
通过所述检测装置的相干积累模块对所述移位寄存器缓存并经中间位输出端输出的单比特数据进行相干积累得到相干积累数据；
通过所述检测装置的相位叠加模块利用所述移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算出待测低信噪比周期性信号的相位因子；
通过所述检测装置的波形计算模块利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据。
优选的，上述检测方法中，按以下方式通过移位寄存器引入待测低信噪比周期性信号并缓存连续输入的多个单比特数据，包括：
每次输入单比特数据时，前一个单比特寄存器的单比特数据会存储到后一个单比特寄存器中，最前面的单比特寄存器存储最新的单比特数据，最后面的单比特寄存器存储的单比特数据舍弃；
按以下方式通过只读存储器存储所述移位寄存器缓存的K个单比特数据对应的虚部信息，包括：
从移位寄存器中连续K个单比特数据中根据需要精度取N位作为只读存储器的地址；如：输入单比特数据缓存序列中的采样点数据到/>的总个数为K，K为不小于5的奇数，则N位是从/>到/>的缓存的单比特数据序列中，取第一位单比特数据，之后每2位单比特数据取后一位单比特数据组成的序列，将这个序列作为只读存储器的地址；
通过相位提取的滤波器算法求出移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据对应的虚部信息，求出的虚部信息位宽为1，虚部信息的地址位宽为N，N为整数。
优选的，上述检测方法中，按以下方式通过相位叠加模块利用所述移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算出待测低信噪比周期性信号的相位因子，包括：
通过移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据和该单比特数据对应的虚部信息得到待测低信噪比周期性信号的相位因子；
移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据的实部和虚部取值为0或1，共有4组不同的相位信息，其中，实部虚部均为1和实部虚部均为0为一组相反相位序列，实部为1虚部为0和实部为0虚部为1为一组相反相位序列；
根据按预设时长对两组相反相位序列的统计值和相干积累次数按以下公式计算得出位宽为Q比特的相位因子wr，Q为正整数，所述相位因子wr的计算公式为：
；
其中，L为相干积累次数；m1、m2、m3、m4分别为相位序列在4个象限中的统计值，其中，m1与m3为一组相反相位序列，m2与m4为另一组相反相位序列。
优选的，上述检测方法中，按以下方式通过波形计算模块利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据，包括：
将相干积累模块输出的相干积累数据和相位叠加模块输出的相位因子做时间同步后相乘，计算得出位宽为M的作为输出信号波形的最终数据。
综上可见，本发明实施例的硬件组成电路结构并不复杂，实际应用起来较为容易；相位叠加和相干积累同时进行处理，较现有的单比特相干积累进行低信噪比周期性信号的检测仅仅多了波形计算的时间，因计算复杂度低，能在保持良好实时性的同时进一步提高最终数据的信噪比。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的低信噪比周期性信号检测装置及方法进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本本发明实施例提供一种低信噪比周期性信号检测装置，是一种基于单比特相位叠加算法的低信噪比周期性信号检测装置，该装置包括：
移位寄存器、只读存储器、相干积累模块、相位叠加模块和波形计算模块；其中，
所述移位寄存器，设有单比特数据输入端、只读存储器输出端组和中间位输出端，能通过所述单比特数据输入端引入对待测低信噪比周期性信号采样得到的单比特数据并缓存连续输入的K个单比特数据，K为不小于5的奇数；
所述只读存储器，与所述移位寄存器的只读存储器输出端组电性连接，能存储所述移位寄存器缓存的单比特数据对应的虚部信息，存储的虚部信息位宽为1，地址位宽为N，N为整数；
所述相干积累模块，与所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能对所述移位寄存器输出的单比特数据进行相干积累，得到位宽为M、单周期采样点个数为P的数据，M和P均为正整数；
所述相位叠加模块，分别与所述只读存储器的虚部信息输出端和所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能利用所述移位寄存器输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算待测低信噪比周期性信号的相位因子，相位因子的位宽为Q，Q为正整数；
所述波形计算模块，分别与所述相位叠加模块的相位因子输出端和所述相干积累模块的相干积累数据输出端电性连接，能利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出位宽为M的最终数据。
其中，多个单比特数据直接输入到移位寄存器中，形成的单比特数据缓存序列，如图2所示，该单比特数据缓存序列中的N位作为只读存储器的地址，N和移位寄存器中的寄存器个数K有关，K的值为2N+1，也就是上述单比特数据缓存序列中单比特数据的个数。K和N的具体取值由实际精度确定，实际精度要求越高，那么K和N的取值就越大。只读存储器可以存储2N个数据，数据位宽为1。对每个地址做上述有限长单位冲激响应滤波，结果大于0则只读存储器中该地址对应的数据为1，反之，只读存储器实时根据地址输出单比特数据的虚部。
如图3所示，相干积累模块由P个M位的寄存器和一个加法器组成，每当有单比特数据输入，相干积累模块中第P个寄存器的数据会与移位寄存器输出的单比特数据相加并存储到第一个寄存器中；其余寄存器的数据会直接存储到该寄存器的下一个寄存器，构成一个寄存器的闭环。相干积累模块的输出为第P个寄存器的M位存储值，即相干积累数据。
由只读存储器输出的单比特数据对应的虚部和由移位寄存器输出的单比特数据同时输入到相位叠加模块，如图4所示，相位叠加模块由相位选通器、相位统计模块和相位因子计算模块组成，单比特数据对应的虚部和单比特数据经过同步后表示的是待测低信噪比周期性信号的同一个采样点，它们共同构成相位序列上的数据点，相位序列经过相位选通器解析成4个相位组，分别代表4个象限；相位统计模块具有P个子模块，每个子模块中有4组计数器，分别统计相位序列在4个象限中的个数；统计结果输入到相位因子计算模块计算相位因子。相位叠加模块和相干积累模块之间有同步信号来确保当前相干积累数据对应当前相位因子，相干积累数据和相位因子通过乘法器相乘得出作为输出信号波形的最终数据。
下面对上述结构的低信噪比周期性信号检测装置的工作原理进行说明：
由ADC采样并量化的一连串的单比特数据同时包含了低信噪比周期性信号的幅度 信息与相位信息。有限长单位冲激响应滤波器是一种在离散信号中提取相位信息的有效方 法。假设为当前采样点，为当前采样点之后的第r个采样点，为当前采样点之 前的第r个采样点，各个采样点实际存储在本发明检测装置的移位寄存器中；为滤波器 系数，r为整数，r取值为1至n，n为滤波器系数的个数，n为整数，滤波器系数实际存储在本发 明检测装置的只读存储器中；为当前采样点对应的复数信号，则可以表示为：
；
对于固定的n取值，则滤波器系数同样为固定的取值，这是由滤波器提取信号虚部的算法决定的，例如n取4，则/>、/>、/>、/>分别取-0.610741、0.144644、0.04114、0.007475；n的取值越大，算法的精度越高。/>的实部为/>，/>的虚部由滤波器的计算结果给出，/>以下称为相位序列；i是数学上的复数的虚部，它的平方是-1，k是形式参数。
用单比特相干积累方法来检测低信噪比周期性信号，需先通过单比特ADC对低信噪比周期性信号进行相干采样，得到0或1码形式的采样数据，缓存到移位寄存器后即为单比特数据缓存序列；低信噪比周期性信号有P个周期采样点。引入上述相位提取方法，则为-1或1组成的数据串，其实际的码值0对应-1，1对应1；为简化计算，相位序列的虚部也归-1或1，当滤波器计算的虚部结果大于0时虚部值为1，反之。由此相位序列/>的实部和虚部的取值均为-1或1，分布在4个象限，/>所包含的即是单比特数据缓存序列/>的相位信息。
本发明的检测装置的检测原理同单比特相干积累方法，对于噪声而言，噪声的相位是无规律的，若对噪声的相位序列做相干积累，得到的结果应该是趋向于0的，即的实部或虚部为1和-1的个数相近；而对于周期性信号，其相位分布存在着一定规律，对其相位序列做相干积累会得到一个非近似为0的值，这即是本发明中的相位因子，若无噪声影响，周期采样点上各个相位序列的取值应该是一致的，相位因子正比于相干积累次数。
对任意一个信号可以通过单比特相干积累方法得到相干积累数据，其由P个相干积累数据构成。相位序列共有4种取值，对任意一个信号可以通过以上方法得到相位序列，对于信号的第r个周期采样点，r为小于等于P的正整数，假设相位序列在4个象限中的统计个数分别为m1、m2、m3、m4，相位累加的结果为cr，则cr可以表示为：
；
其中，cr包含了第r个周期采样点的相位信息，cr不近似为0则说明该周期采样点有低信噪比周期性信号分布；cr的绝对值大小可以反映该周期采样点上低信噪比周期性信号的明显程度；i是数学上的复数的虚部，它的平方是-1。相位因子wr由cr决定，本发明取wr为cr模长的倍，L为相干积累次数：
；
；
；
相位因子wr跟与其对应的周期采样点的相干积累数据相乘得到的最终数据就是最终的周期采样点数据。以上操作共执行P次，可以得到最终输出的周期波形信号。
上述方法中，低信噪比周期性信号是由噪声和弱信号叠加而成的，噪声的相干积累结果乘上相位因子仍是无规则的，而弱信号的相干积累结果乘上相位因子则可以使弱信号的幅度得到放大，最终数据是由噪声和弱信号的相干积累结果之和乘上相位因子，因此最终数据中弱信号的数据会变明显，信噪比得到提升。需要注意的是，本发明的方法需要待测周期性信号的噪声的基线比较低，噪声相干积累结果要明显小于弱信号的相干积累结果。
本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种低信噪比周期性信号检测装置，其特征在于，包括：
移位寄存器、只读存储器、相干积累模块、相位叠加模块和波形计算模块；其中，
所述移位寄存器，设有单比特数据输入端、只读存储器输出端组和中间位输出端，能通过所述单比特数据输入端引入对待测低信噪比周期性信号采样得到的单比特数据并缓存连续输入的多个单比特数据，所述多个单比特数据的数量为不少于5的奇数个；所述移位寄存器由K个单比特寄存器依次串联构成，能缓存连续输入的K个单比特数据，K为不小于5的奇数；所述移位寄存器的中间位输出端为该移位寄存器的第（K+1）÷2位的单比特寄存器的输出端；所述移位寄存器的只读存储器输出端组为：在从前至后的连续K个单比特寄存器中，取第一个单比特寄存器的输出端，之后每2个单比特寄存器取后一个单比特寄存器的输出端组成的N位输出端组；
所述只读存储器存储设有N位输入端对应与所述移位寄存器的只读存储器输出端组电性连接，该只读存储器存储能由相位提取的滤波器算法求出移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据对应的虚部信息，求出的虚部信息位宽为1，虚部信息的地址位宽为N，N为整数，N与所述移位寄存器的只读存储器输出端组的输出端数相同，2N+1等于K；
所述相干积累模块，与所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能对所述移位寄存器缓存并经中间位输出端输出的单比特数据进行相干积累得到相干积累数据；
所述相位叠加模块，分别与所述只读存储器的虚部信息输出端和所述移位寄存器的中间位输出端电性连接，能利用所述移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算得出待测低信噪比周期性信号的相位因子；
所述波形计算模块，分别与所述相位叠加模块的相位因子输出端和所述相干积累模块的相干积累数据输出端电性连接，能利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据。
2.根据权利要求1所述的低信噪比周期性信号检测装置，其特征在于，所述相干积累模块包括：
依次串联连接的P个M位的寄存器，P和M均为正整数，第P个寄存器的输出端经一个加法器连接至第一个寄存器的输入端形成闭环结构；
所述加法器的输入端与所述移位寄存器的中间位输出端电性连接；
第P个寄存器设有相干积累数据输出端，能输出P个M位的数据构成相干积累数据。
3.根据权利要求1所述的低信噪比周期性信号检测装置，其特征在于，所述相位叠加模块包括：相位选通器、相位统计模块和相位因子计算模块；其中，
所述相位选通器，设有两个输入端和四个相位输出端，两个输入端分别与所述移位寄存器的只读存储器输出端和所述只读存储器的输出端电性连接，能将所述移位寄存器的只读存储器输出端输出的单比特数据和所述只读存储器的输出端输出的单比特数据对应的虚部信息共同构成的相位序列上的数据点解析成代表4个象限的4个相位组，分别由四个相位输出端输出，所述4个相位组中，实部与虚部均为1和实部与虚部均为0为一组相反相位序列，实部为1虚部为0和实部为0虚部为1为一组相反相位序列；
所述相位统计模块，设有P个子模块，每个子模块均与所述相位选通器的四个相位输出端连接，每个子模块中有4组计数器，能分别统计输出所述相位选通器的各相位输出端输出的相位序列在4个象限中的个数；
所述相位因子计算模块，分别设有输入端和相位因子输出端，所述输入端与所述相位统计模块的输出端连接，能根据所述相位统计模块输出的两组相反相位序列的统计值和相干积累次数按以下公式计算得出位宽为Q比特的相位因子w r ，Q为正整数，所述相位因子w r 的计算公式为：
；
其中，L为相干积累次数；m1、m2、m3、m4分别为相位序列在4个象限中的统计值，其中，m1与m3为一组相反相位序列，m2与m4为另一组相反相位序列。
4.根据权利要求1所述的低信噪比周期性信号检测装置，其特征在于，所述波形计算模块按以下方式利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出最终数据，包括：
所述波形计算模块采用乘法器，能将所述相干积累模块输出的相干积累数据与相位叠加模块输出的相位因子做时间同步后相乘，计算得出位宽为M的作为输出信号波形的最终数据。
5.一种低信噪比周期性信号检测方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的检测装置，包括以下步骤：
通过所述检测装置的移位寄存器引入对待测低信噪比周期性信号采样得到的单比特数据并缓存连续输入的多个单比特数据，所述多个单比特数据的数量为不少于5的奇数个；所述移位寄存器由K个单比特寄存器依次串联构成，能缓存连续输入的K个单比特数据，K为不小于5的奇数；所述移位寄存器的只读存储器输出端组为：在从前至后的连续K个单比特寄存器中，取第一个单比特寄存器的输出端，之后每2个单比特寄存器取后一个单比特寄存器的输出端组成的N位输出端组；
通过所述检测装置的只读存储器存储所述移位寄存器输入的单比特数据对应的虚部信息；按以下方式通过只读存储器存储所述移位寄存器缓存的多个单比特数据对应的虚部信息，包括：从移位寄存器中连续K个单比特数据中根据精度需求取N位作为只读存储器的地址，即从前至后从连续K个单比特寄存器中，取第一个单比特寄存器的输出端，之后每2个单比特寄存器取后一个单比特寄存器的输出组成N位的只读存储器的地址；
通过相位提取的滤波器算法求出移位寄存器的中间位输出端输出的单比特数据对应的虚部信息，求出的虚部信息位宽为1，虚部信息的地址位宽为N，N为整数，2N+1等于K；
通过所述检测装置的相干积累模块对所述移位寄存器缓存并经中间位输出端输出的单比特数据进行相干积累得到相干积累数据；
通过所述检测装置的相位叠加模块利用所述移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算出待测低信噪比周期性信号的相位因子；
通过所述检测装置的波形计算模块利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据。
6.根据权利要求5所述的低信噪比周期性信号检测方法，其特征在于，按以下方式通过移位寄存器引入待测低信噪比周期性信号并缓存连续输入的多个单比特数据，包括：
每次输入单比特数据时，前一个单比特寄存器的单比特数据会存储到后一个单比特寄存器中，最前面的单比特寄存器存储最新的单比特数据，最后面的单比特寄存器存储的单比特数据舍弃。
7.根据权利要求5所述的低信噪比周期性信号检测方法，其特征在于，按以下方式通过相位叠加模块利用所述移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据以及所述只读存储器输出的单比特数据对应的虚部信息计算出待测低信噪比周期性信号的相位因子，包括：
通过移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据和该单比特数据对应的虚部信息得到待测低信噪比周期性信号的相位因子；
移位寄存器经中间位输出端输出的单比特数据的实部和虚部取值为0或1，共有4组不同的相位信息，其中，实部虚部均为1和实部虚部均为0为一组相反相位序列，实部为1虚部为0和实部为0虚部为1为一组相反相位序列；
根据按预设时长对两组相反相位序列的统计值和相干积累次数按以下公式计算得出位宽为Q比特的相位因子w r ，Q为正整数，所述相位因子w r 的计算公式为：
；
其中，L为相干积累次数；m1、m2、m3、m4分别为相位序列在4个象限中的统计值，其中，m1与m3为一组相反相位序列，m2与m4为另一组相反相位序列。
8.根据权利要求7所述的低信噪比周期性信号检测方法，其特征在于，按以下方式通过波形计算模块利用所述相干积累模块输出的相干积累数据和所述相位叠加模块输出的相位因子计算得出作为输出信号波形的最终数据，包括：
将相干积累模块输出的相干积累数据和相位叠加模块输出的相位因子做时间同步后相乘，计算得出位宽为M的作为输出信号波形的最终数据。
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