CN117251717B - 多个不同信号同步信道化提取方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多个不同信号同步信道化提取方法、装置、设备及介质，涉及信号处理技术领域。所述方法是在初始化获取各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值后，先从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，然后针对该采样信号帧及各个信号，应用前述初始化结果依次进行一系列相应处理，最终得到各个信号的信道化提取结果，由此可以实现同时对多个具有不同中心频点及带宽的信号进行频域信道化处理的目的，并大大降低运算复杂度，便于大规模并行实现，特别适用于结合GPU进行信道化提取使用，便于实际应用和推广。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种多个不同信号同步信道化提取方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着技术发展和器件水平的提高，使得接收机瞬时采集频段越来越宽，往往在采集频段内存在几十甚至上百个具有不同中心频点及带宽的信号，而目前较成熟的信号处理技术，包括信号识别和参数估计等技术大多针对的都是单一频点的信号。为此，需要对采集频段内的多个不同信号进行信道化提取处理，以将宽带接收信号切分为窄带可处理的单一信号。
信道化提取技术主要完成对中频或基带数字信号的混频、滤波和重采样等操作，将指定频点的信号搬移至基带，并使得其采样率大幅降低以方便后续其它信号处理。
当前主流的信道化提取技术有数字下变频方式、多相滤波方式和WOLA（WeightedOverLap Add，加权重叠添加）滤波方式等。所述数字下变频方式最为灵活，可任意设置提取多个不同信号的中心频点和带宽，且多个不同信号的带宽可以不同，但是其计算量也最大，同时计算量随着提取信号的个数（也即信道化个数）线性增加，很难做到在线即时计算，故该方式多用于离线手动分析中，以便实现单个信号的最佳提取目的。所述多相滤波方式的信道化个数与多个不同信号的抽取倍数必须相等，每个信道的中心频点在采样率范围内均匀分布，且所有信道共享1个抽取倍数（也即所有信道带宽相同），多用于FPGA（Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列）中，对采集信号进行均匀信道化，计算量相比数字下变频方式大大下降。所述WOLA滤波方式是所述多相滤波方式的进一步优化方式，其信道化个数与多个不同信号的抽取倍数可以不同。
由于在采集频段内存在多个具有不同中心频点及带宽的信号，这些信号的带宽可相差数倍，且其分布较为稀疏，而所述多相滤波方式和所述WOLA滤波方式在每次信道化时所有信道的抽取倍数相同，需要启动多个线程进行不同带宽下的信道化，使得其计算量大大增加，很难做到在线即时计算，存在灵活性和场景适应性均很差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多个不同信号同步信道化提取方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，用以解决现有信道化提取技术需要启动多个线程进行不同带宽下的信道化，使得其计算量大大增加，很难做到在线即时计算，存在灵活性和场景适应性均很差的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种多个不同信号同步信道化提取方法，包括：
初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值；
根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，其中，所述采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示所述FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
对所述采样信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到频域的FFT变换结果；
针对所述各个信号，根据对应的FFT变换结果对应点索引范围从所述FFT变换结果提取出对应的所有FFT变换结果对应点；
针对所述各个信号，将对应的所有FFT变换结果对应点的幅度值与对应的频域抗混叠滤波器参数值相乘，并应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果；
针对所述各个信号，将对应的相位修正结果进行上下频带交换搬移还原操作后做IFFT变换处理，得到对应的且与所述采样信号帧同期的时域信号帧；
针对所述各个信号，根据对应的结果偏移值，将在对应的时域信号帧中的且在时序上依次连续的前/>个采样点抛弃，得到对应的时域信号新帧；
针对所述各个信号，将对应的时域信号新帧输入基于对应的FIR低通滤波器参数值设计的FIR低通滤波器，输出得到对应的信道化提取结果。
基于上述发明内容，提供了一种基于FFT及IFFT的且从原始时域采样数据中同时提取多个不同窄带信号的信道化提取新方案，即在初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值后，先根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，然后针对该采样信号帧及各个信号，应用前述初始化结果依次进行FFT变换处理、变换结果对应点提取处理、频域抗混叠滤波处理、相位修正处理、IFFT变换处理、采样点抛弃处理和FIR低通滤波处理，最终得到各个信号的信道化提取结果，由此通过将指定频点的信号变换到频域，并在频域上利用点乘等操作完成信道化提取，以及利用循环卷积的特殊性质来保证分段处理时数据相位的连续性，可以实现同时对多个具有不同中心频点及带宽的信号进行频域信道化处理的目的，并大大降低运算复杂度，便于大规模并行实现，特别适用于结合GPU进行信道化提取使用，便于实际应用和推广。
在一个可能的设计中，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的FFT变换结果对应点索引范围：
式中，表示所述FFT变换结果对应点索引范围的开始点位置，/>表示所述FFT变换结果对应点索引范围的结束点位置，/>表示所述某个信号的中心频点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
在一个可能的设计中，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的频域抗混叠滤波器参数值，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，生成对应的全零数组，其中，所述全零数组的数值总数为/>，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的冲击位置/>：
式中，表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于；
针对所述某个信号，将在对应的全零数组中的第个数值由0变为1，得到对应的非全零数组；
针对所述某个信号，将对应的非全零数组作为一个时域信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到对应的频域抗混叠滤波器参数值。
在一个可能的设计中，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值/>：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的中心频点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于/>，/>表示浮点数求余运算函数。
在一个可能的设计中，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的结果偏移值，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的结果偏移值/>：
式中，表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
在一个可能的设计中，根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，包括：
根据FFT变换点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的首个采样信号帧，其中，所述首个采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
或者，先根据重叠采样点数从已处理的前一个采样信号帧中抽取在时序上依次连续的最后/>个采样点，然后根据FFT变换点数/>从原始时域采样数据中抽取在时序上依次连续的且与所述最后/>个采样点相邻的在后/>个采样点，最后在时序上组合所述最后/>个采样点和所述在后/>个采样点，得到待处理的非首个采样信号帧，其中，等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于/>。
在一个可能的设计中，针对所述各个信号，应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的当前相位：
式中，表示所述某个信号的抗混叠修正初相值，/>表示所述某个信号的抗混叠修正相位步进值，/>表示针对所述原始时域采样数据的且所述采样信号帧的当前已处理帧数；
针对所述某个信号，将对应的当前相位转变为复数形式并与相乘结果进行复数相乘，得到对应的相位修正结果。
第二方面，提供了一种多个不同信号同步信道化提取装置，包括有初始化模块、信号帧抽取模块、FFT变换模块、对应点提取模块、抗混叠滤及相位修正模块、IFFT变换模块、抛弃处理模块和FIR滤波模块；
所述初始化模块，用于初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值；
所述信号帧抽取模块，用于根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，其中，所述采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示所述FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
所述FFT变换模块，通信连接所述信号帧抽取模块，用于对所述采样信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到频域的FFT变换结果；
所述对应点提取模块，分别通信连接所述初始化模块和所述FFT变换模块，用于针对所述各个信号，根据对应的FFT变换结果对应点索引范围从所述FFT变换结果提取出对应的所有FFT变换结果对应点；
所述抗混叠滤及相位修正模块，分别通信连接所述初始化模块和所述对应点提取模块，用于针对所述各个信号，将对应的所有FFT变换结果对应点的幅度值与对应的频域抗混叠滤波器参数值相乘，并应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果；
所述IFFT变换模块，通信连接所述抗混叠滤及相位修正模块，用于针对所述各个信号，将对应的相位修正结果进行上下频带交换搬移还原操作后做IFFT变换处理，得到对应的且与所述采样信号帧同期的时域信号帧；
所述抛弃处理模块，分别通信连接所述初始化模块和所述IFFT变换模块，用于针对所述各个信号，根据对应的结果偏移值，将在对应的时域信号帧中的且在时序上依次连续的前/>个采样点抛弃，得到对应的时域信号新帧；
所述FIR滤波模块，分别通信连接所述初始化模块和所述抛弃处理模块，用于针对所述各个信号，将对应的时域信号新帧输入基于对应的FIR低通滤波器参数值设计的FIR低通滤波器，输出得到对应的信道化提取结果。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的多个不同信号同步信道化提取方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的多个不同信号同步信道化提取方法。
第五方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的多个不同信号同步信道化提取方法。
上述方案的有益效果：
（1）本发明创造性提供了一种基于FFT及IFFT的且从原始时域采样数据中同时提取多个不同窄带信号的信道化提取新方案，即在初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值后，先根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，然后针对该采样信号帧及各个信号，应用前述初始化结果依次进行FFT变换处理、变换结果对应点提取处理、频域抗混叠滤波处理、相位修正处理、IFFT变换处理、采样点抛弃处理和FIR低通滤波处理，最终得到各个信号的信道化提取结果，由此通过将指定频点的信号变换到频域，并在频域上利用点乘等操作完成信道化提取，以及利用循环卷积的特殊性质来保证分段处理时数据相位的连续性，可以实现同时对多个具有不同中心频点及带宽的信号进行频域信道化处理的目的，并大大降低运算复杂度，便于大规模并行实现，特别适用于结合GPU进行信道化提取使用，便于实际应用和推广。
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，下面将对实施例或现有技术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为本申请实施例提供的多个不同信号同步信道化提取方法的流程示意图。
图2为本申请实施例提供的原始信号频谱示例图。
图3为本申请实施例提供的通道0～3的信道化提取结果示例图，其中，图3中（a）示出了通道0的信道化提取结果，图3中（b）示出了通道1的信道化提取结果，图3中（c）示出了通道2的信道化提取结果，图3中（d）示出了通道3的信道化提取结果。
图4为本申请实施例提供的通道0～3的信道化提取后时频情况示例图，其中，图4中（a）示出了通道0的信道化提取后时频情况，图4中（b）示出了通道1的信道化提取后时频情况，图4中（c）示出了通道2的信道化提取后时频情况，图4中（d）示出了通道3的信道化提取后时频情况。
图5为本申请实施例提供的多个不同信号同步信道化提取装置的结构示意图。
图6为本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
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，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；又例如，A、B和/或C，可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例
如图1所示，本实施例第一方面提供的所述多个不同信号同步信道化提取方法，可以但不限于由具有一定计算资源的计算机设备执行，例如由平台服务器、个人计算机（Personal Computer，PC，指一种大小、价格和性能适用于个人使用的多用途计算机；台式机、笔记本电脑到小型笔记本电脑和平板电脑以及超级本等都属于个人计算机）、智能手机、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）或可穿戴设备等电子设备执行。如图1所示，所述多个不同信号同步信道化提取方法，可以但不限于包括有如下步骤S1～S8。
S1.初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT（Fast FourierTransform，快速傅里叶变换，傅里叶变换是时域一频域变换分析中最基本的方法之一）变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR（Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性）低通滤波器参数值。
在所述步骤S1中，所述FFT变换结果对应点索引范围用于后续在频域内查找提取对应信号的带宽内所有频点。具体的，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围，包括但不限于有如下步骤S111～S112。
S111.针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数(也即相对带宽)，/>表示向下取整函数。
在所述步骤S111中，所述原始时域采样数据即为在采集频段内对时域信号（例如同向正交IQ 信号）采样所得的原始数据，具体包含有海量采样点的采样值。
S112.针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的FFT变换结果对应点索引范围：
式中，表示所述FFT变换结果对应点索引范围的开始点位置，/>表示所述FFT变换结果对应点索引范围的结束点位置，/>表示所述某个信号的中心频点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
在所述步骤S112中，所述FFT变换点数可以举例为1048576，即正整数/>为20。
在所述步骤S1中，所述频域抗混叠滤波器参数值用于后续在频域内与对应信号的带宽内所有频点进行相乘，以便实现抗混叠滤波目的。具体的，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的频域抗混叠滤波器参数值，包括但不限于有如下步骤S121～S125。
S121.针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数。
S122.针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，生成对应的全零数组，其中，所述全零数组的数值总数为/>，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
S123.针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的冲击位置/>：
式中，表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于。
在所述步骤S123中，所述重叠采样点数可以举例为32768，即正整数/>为15。
S124.针对所述某个信号，将在对应的全零数组中的第个数值由0变为1，得到对应的非全零数组。
S125.针对所述某个信号，将对应的非全零数组作为一个时域信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到对应的频域抗混叠滤波器参数值。
在所述步骤S125中，由于所述非全零数组在时域上包含的是离散数值，因此所述FFT变换处理优选采用现有的离散快速傅里叶变换（Discrete Fast Fourier Transform，简称DFFT）算法实现。此外，所述上下频带交换搬移操作是一种将指定频点的信号搬移至基带的现有常规操作。
在所述步骤S1中，所述抗混叠修正初相值和所述抗混叠修正相位步进值用于后续对相应信号的频域抗混叠滤波结果进行相位修正处理。具体的，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值，包括但不限于有如下步骤S131。
S131.针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值/>：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的中心频点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于/>，/>表示浮点数求余运算函数。
在所述步骤S1中，所述结果偏移值用于后续在时域内对相应信号的傅立叶逆变换处理结果进行采样点抛弃处理，以便实现信道化初步提取目的。具体的，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的结果偏移值，包括但不限于有如下步骤S141～S142。
S141.针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数。
S142.针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的结果偏移值/>：
式中，表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
在所述步骤S1中，所述FIR低通滤波器参数值用于后续在时域内对相应信号的信道化初步提取结果进行FIR低通滤波处理，以便得到最终的信道化提取结果。具体的，所述FIR低通滤波器参数值包含但不限于有对应信号的中心频点、带宽以及用户设置的阶数等。
S2.根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，其中，所述采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示所述FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
在所述步骤S2中，所述采样信号帧即为在时域上的一段采样数据，考虑存在首段采样数据和非首段采样数据这两种情况，因此具体的，根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，包括但不限于有如下两种方式：（1）根据FFT变换点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的首个采样信号帧，其中，所述首个采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；（2）先根据重叠采样点数/>从已处理的前一个采样信号帧中抽取在时序上依次连续的最后/>个采样点，然后根据FFT变换点数/>从原始时域采样数据中抽取在时序上依次连续的且与所述最后/>个采样点相邻的在后/>个采样点，最后在时序上组合所述最后/>个采样点和所述在后/>个采样点，得到待处理的非首个采样信号帧，其中，/>等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>等于以2为底且以正整数为指数的幂数/>，/>小于/>。
S3.对所述采样信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到频域的FFT变换结果。
在所述步骤S3中，由于所述采样信号帧在时域上包含的是离散采样数值，因此所述FFT变换处理优选采用现有的离散快速傅里叶变换（Discrete Fast FourierTransform，简称DFFT）算法实现。此外，所述上下频带交换搬移操作是一种将指定频点的信号搬移至基带的现有常规操作。
S4.针对所述各个信号，根据对应的FFT变换结果对应点索引范围从所述FFT变换结果提取出对应的所有FFT变换结果对应点。
在所述步骤S4中，由于所述FFT变换结果对应点索引范围具有开始点位置和结束点位置/>，因此可以将位于这两位置及其之间的所有频点作为所述所有FFT变换结果对应点。
S5.针对所述各个信号，将对应的所有FFT变换结果对应点的幅度值与对应的频域抗混叠滤波器参数值相乘，并应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果。
在所述步骤S5中，具体的，针对所述各个信号，应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果，包括但不限于有如下步骤S51～S52。
S51.针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的当前相位：
式中，表示所述某个信号的抗混叠修正初相值，/>表示所述某个信号的抗混叠修正相位步进值，/>表示针对所述原始时域采样数据的且所述采样信号帧的当前已处理帧数。
在所述步骤S51，若当前处理的是在所述原始时域采样数据中的首个采样信号帧，则取值为零。
S52.针对所述某个信号，将对应的当前相位转变为复数形式并与相乘结果进行复数相乘，得到对应的相位修正结果。
在所述步骤S52，具体的，所述当前相位的复数形式可以表示为：。
S6.针对所述各个信号，将对应的相位修正结果进行上下频带交换搬移还原操作后做IFFT（Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶逆变换）变换处理，得到对应的且与所述采样信号帧同期的时域信号帧。
在所述步骤S6中，所述IFFT变换处理可以具体采用与所述离散快速傅里叶变换算法对应的现有离散快速傅里叶逆变换算法实现。此外，所述上下频带交换搬移还原操作是与所述上下频带交换搬移操作相对应的现有常规逆操作。
S7. 针对所述各个信号，根据对应的结果偏移值，将在对应的时域信号帧中的且在时序上依次连续的前/>个采样点抛弃，得到对应的时域信号新帧。
在所述步骤S7中，若当前处理的是在所述原始时域采样数据中的首个采样信号帧，则 所述结果偏移值取值为/>，否则取值为/>。
S8.针对所述各个信号，将对应的时域信号新帧输入基于对应的FIR低通滤波器参数值设计的FIR低通滤波器，输出得到对应的信道化提取结果。
在所述步骤S8中，由于所述FIR低通滤波器的状态是变化的，因此可以在本次滤波处理后保存所述FIR低通滤波器的参数值及当前状态，以便在针对下一个时域信号新帧进行滤波时保证相位连续。此外，若当前处理的是在所述原始时域采样数据中的最末采样信号帧，则将结束信道化提取任务，否则会返回执行步骤S2～S8，以便完成对下一个采样信号帧的信道化提取任务。
举例的，存在有采样率fs=200MHz且总时长T=41.94304ms的原始时域采样数据(即包含有大约8M个采样点)，若该原始时域采样数据内含有四个具有10MHz带宽的、具有载噪比为40dB的且如图2所示的LFM（Linear Frequency Modulated，线性调频信号）信号，这四个LFM信号的中心频点分别为-93MHz、-29MHz、23MHz和78MHz，则针对前述四个LFM信号，基于对应的4个中心频点、指定带宽为12MHz和信号过采倍数为4（即抽取倍数等于4），通过执行前述步骤S1～S8所描述的多个不同信号同步信道化提取方法，可以得到如图3所示的通道0～3（与前述四个LFM信号一一对应）的信道化提取结果及如图4所示的所述通道0～3的信道化提取后时频情况，并可以看出在对这四个不同信号进行信道化提取后，每个信道的采样率降低了，信道内仅有要提取的1个信号，且时频特性未被改变，所以提取是有效的，可用于后续诸如解调等处理操作。
由此基于前述步骤S1～S8所描述的多个不同信号同步信道化提取方法，提供了一种基于FFT及IFFT的且从原始时域采样数据中同时提取多个不同窄带信号的信道化提取新方案，即在初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值后，先根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，然后针对该采样信号帧及各个信号，应用前述初始化结果依次进行FFT变换处理、变换结果对应点提取处理、频域抗混叠滤波处理、相位修正处理、IFFT变换处理、采样点抛弃处理和FIR低通滤波处理，最终得到各个信号的信道化提取结果，由此通过将指定频点的信号变换到频域，并在频域上利用点乘等操作完成信道化提取，以及利用循环卷积的特殊性质来保证分段处理时数据相位的连续性，可以实现同时对多个具有不同中心频点及带宽的信号进行频域信道化处理的目的，并大大降低运算复杂度，便于大规模并行实现，特别适用于结合GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）进行信道化提取使用，便于实际应用和推广。
如图5所示，本实施例第二方面提供了一种实现第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法的虚拟装置，包括有初始化模块、信号帧抽取模块、FFT变换模块、对应点提取模块、抗混叠滤及相位修正模块、IFFT变换模块、抛弃处理模块和FIR滤波模块；
所述初始化模块，用于初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值；
所述信号帧抽取模块，用于根据FFT变换点数/和重叠采样点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，其中，所述采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示所述FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
所述FFT变换模块，通信连接所述信号帧抽取模块，用于对所述采样信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到频域的FFT变换结果；
所述对应点提取模块，分别通信连接所述初始化模块和所述FFT变换模块，用于针对所述各个信号，根据对应的FFT变换结果对应点索引范围从所述FFT变换结果提取出对应的所有FFT变换结果对应点；
所述抗混叠滤及相位修正模块，分别通信连接所述初始化模块和所述对应点提取模块，用于针对所述各个信号，将对应的所有FFT变换结果对应点的幅度值与对应的频域抗混叠滤波器参数值相乘，并应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果；
所述IFFT变换模块，通信连接所述抗混叠滤及相位修正模块，用于针对所述各个信号，将对应的相位修正结果进行上下频带交换搬移还原操作后做IFFT变换处理，得到对应的且与所述采样信号帧同期的时域信号帧；
所述抛弃处理模块，分别通信连接所述初始化模块和所述IFFT变换模块，用于针对所述各个信号，根据对应的结果偏移值，将在对应的时域信号帧中的且在时序上依次连续的前/>个采样点抛弃，得到对应的时域信号新帧；
所述FIR滤波模块，分别通信连接所述初始化模块和所述抛弃处理模块，用于针对所述各个信号，将对应的时域信号新帧输入基于对应的FIR低通滤波器参数值设计的FIR低通滤波器，输出得到对应的信道化提取结果。
本实施例第二方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法，于此不再赘述。
如图6所示，本实施例第三方面提供了一种执行如第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法的计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法。具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器（Random-Access Memory，RAM）、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、闪存（Flash Memory）、先进先出存储器（First Input FirstOutput，FIFO）和/或先进后出存储器（First Input Last Output，FILO）等等；所述处理器可以但不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器。此外，所述计算机设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
本实施例第三方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法，于此不再赘述。
本实施例第四方面提供了一种存储包含如第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法的指令的计算机可读存储介质，即所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法。其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等计算机可读存储介质，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。
本实施例第四方面提供的前述计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法，于此不再赘述。
本实施例第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面所述的多个不同信号同步信道化提取方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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 (10)
1.一种多个不同信号同步信道化提取方法，其特征在于，包括：
初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值；
根据FFT变换点数或者根据重叠采样点数及FFT变换点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，其中，所述采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示所述FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
对所述采样信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到频域的FFT变换结果；
针对所述各个信号，根据对应的FFT变换结果对应点索引范围从所述FFT变换结果提取出对应的所有FFT变换结果对应点；
针对所述各个信号，将对应的所有FFT变换结果对应点的幅度值与对应的频域抗混叠滤波器参数值相乘，并应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果；
针对所述各个信号，将对应的相位修正结果进行上下频带交换搬移还原操作后做IFFT变换处理，得到对应的且与所述采样信号帧同期的时域信号帧；
针对所述各个信号，根据对应的结果偏移值，将在对应的时域信号帧中的且在时序上依次连续的前/>个采样点抛弃，得到对应的时域信号新帧；
针对所述各个信号，将对应的时域信号新帧输入基于对应的FIR低通滤波器参数值设计的FIR低通滤波器，输出得到对应的信道化提取结果。
2.根据权利要求1所述的多个不同信号同步信道化提取方法，其特征在于，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的FFT变换结果对应点索引范围：
式中，表示所述FFT变换结果对应点索引范围的开始点位置，/>表示所述FFT变换结果对应点索引范围的结束点位置，/>表示所述某个信号的中心频点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
3.根据权利要求1所述的多个不同信号同步信道化提取方法，其特征在于，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的频域抗混叠滤波器参数值，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，生成对应的全零数组，其中，所述全零数组的数值总数为/>，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的冲击位置/>：
式中，表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于/>；
针对所述某个信号，将在对应的全零数组中的第个数值由0变为1，得到对应的非全零数组；
针对所述某个信号，将对应的非全零数组作为一个时域信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到对应的频域抗混叠滤波器参数值。
4.根据权利要求1所述的多个不同信号同步信道化提取方法，其特征在于，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值/>：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的中心频点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于/>，/>表示浮点数求余运算函数。
5.根据权利要求1所述的多个不同信号同步信道化提取方法，其特征在于，初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的结果偏移值，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的抽取倍数：
式中，表示原始时域采样数据的采样率，/>表示所述某个信号的带宽，/>表示用户设置的且信道化后的信号过采倍数，/>表示向下取整函数；
针对所述某个信号，根据对应的抽取倍数，按照如下公式计算得到对应的结果偏移值/>：
式中，表示重叠采样点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>。
6.根据权利要求1所述的多个不同信号同步信道化提取方法，其特征在于，根据FFT变换点数或者根据重叠采样点数及FFT变换点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，包括：
根据FFT变换点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的首个采样信号帧，其中，所述首个采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
或者，先根据重叠采样点数从已处理的前一个采样信号帧中抽取在时序上依次连续的最后/>个采样点，然后根据FFT变换点数/>从原始时域采样数据中抽取在时序上依次连续的且与所述最后/>个采样点相邻的在后/>个采样点，最后在时序上组合所述最后个采样点和所述在后/>个采样点，得到待处理的非首个采样信号帧，其中，/>等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>，/>小于/>。
7.根据权利要求1所述的多个不同信号同步信道化提取方法，其特征在于，针对所述各个信号，应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果，包括：
针对在待提取的多个不同信号中的某个信号，按照如下公式计算得到对应的当前相位：
式中，表示所述某个信号的抗混叠修正初相值，/>表示所述某个信号的抗混叠修正相位步进值，/>表示针对所述原始时域采样数据的且所述采样信号帧的当前已处理帧数；
针对所述某个信号，将对应的当前相位转变为复数形式并与相乘结果进行复数相乘，得到对应的相位修正结果。
8.一种多个不同信号同步信道化提取装置，其特征在于，包括有初始化模块、信号帧抽取模块、FFT变换模块、对应点提取模块、抗混叠滤及相位修正模块、IFFT变换模块、抛弃处理模块和FIR滤波模块；
所述初始化模块，用于初始化获取在待提取的多个不同信号中各个信号的FFT变换结果对应点索引范围、频域抗混叠滤波器参数值、抗混叠修正初相值、抗混叠修正相位步进值、结果偏移值和FIR低通滤波器参数值；
所述信号帧抽取模块，用于根据FFT变换点数或者根据重叠采样点数及FFT变换点数，从原始时域采样数据中抽取待处理的采样信号帧，其中，所述采样信号帧包含有在时序上依次连续的个采样点，/>表示所述FFT变换点数并等于以2为底且以正整数/>为指数的幂数/>；
所述FFT变换模块，通信连接所述信号帧抽取模块，用于对所述采样信号帧做FFT变换处理，并通过进行上下频带交换搬移操作，得到频域的FFT变换结果；
所述对应点提取模块，分别通信连接所述初始化模块和所述FFT变换模块，用于针对所述各个信号，根据对应的FFT变换结果对应点索引范围从所述FFT变换结果提取出对应的所有FFT变换结果对应点；
所述抗混叠滤及相位修正模块，分别通信连接所述初始化模块和所述对应点提取模块，用于针对所述各个信号，将对应的所有FFT变换结果对应点的幅度值与对应的频域抗混叠滤波器参数值相乘，并应用对应的抗混叠修正初相值和抗混叠修正相位步进值对相乘结果进行相位修正处理，得到对应的相位修正结果；
所述IFFT变换模块，通信连接所述抗混叠滤及相位修正模块，用于针对所述各个信号，将对应的相位修正结果进行上下频带交换搬移还原操作后做IFFT变换处理，得到对应的且与所述采样信号帧同期的时域信号帧；
所述抛弃处理模块，分别通信连接所述初始化模块和所述IFFT变换模块，用于针对所述各个信号，根据对应的结果偏移值，将在对应的时域信号帧中的且在时序上依次连续的前/>个采样点抛弃，得到对应的时域信号新帧；
所述FIR滤波模块，分别通信连接所述初始化模块和所述抛弃处理模块，用于针对所述各个信号，将对应的时域信号新帧输入基于对应的FIR低通滤波器参数值设计的FIR低通滤波器，输出得到对应的信道化提取结果。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求1～7中任意一项所述的多个不同信号同步信道化提取方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如权利要求1～7中任意一项所述的多个不同信号同步信道化提取方法。
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