信号处理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种信号处理方法及系统，信号处理方法包括：将天线接收到的射频信号转换为数字信号；对所述数字信号进行多通道信号的并行滤波，生成滤波后信号；对所述滤波后信号进行基于Goertzel算法的快速傅里叶转换，生成傅里叶转换后信号；对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号，以完成对所述天线接收到的射频信号的预处理。本发明专利技术提供的一种信号处理方法及系统，能够使得覆盖带宽较宽，灵活性高，精度较高。通过设置滤波和傅里叶转换的过程，能够采用多级DDC、PFB、FFT和FIR相结合，实现同级别FPGA上最好的频率分辨率。通过在快速傅里叶转换中运用Goertzel算法，能够提升傅里叶变换方式的运算能力。

Signal processing method and system

The present invention provides a signal processing method and system. The signal processing method includes: converting the radio frequency signal received by the antenna to digital signal, parallel filtering of the multichannel signal to the digital signal, generating the filtered signal, and producing a fast Fourier transform based on the Goertzel algorithm for the filtered signal. The signal is converted into Fourier transform, and the signal power detection is performed on the Fourier transform signal to generate a power detection signal to complete the preprocessing of the radio frequency signal received by the antenna. The signal processing method and system provided by the invention can make the coverage bandwidth wide, high flexibility and high precision. By setting up the process of filtering and Fu Liye transformation, we can use multi-level DDC, PFB, FFT and FIR to achieve the best frequency resolution on the same level FPGA. By using the Goertzel algorithm in fast Fourier transform, we can enhance the computing power of Fourier transform.

【技术实现步骤摘要】
信号处理方法及系统
本专利技术涉及天文学领域，更具体地，涉及一种信号处理方法及系统。
技术介绍
超宽带接收机与相位阵接收机一起成为未来接收机发展的两大方向。同时，超宽带技术是接收机中对软件，硬件和固件设计及技术要求最严格的，是具有挑战的探索性科研仪器。最近的5年时间，随着半导体技术(如超高速高精度的模数转换芯片)的发展以及高速大数据量芯片(如更快的现场可编程阵)实时运算能力的提升，逐渐满足望远镜更宽的带宽要求。从而使得由原来的只能有选择的观测特定带宽，逐步由一套接收机覆盖整个望远镜可用频率范围变为可能，同时实现了超宽带观测的能力，带来了很多以往接收机不能实现的观测内容和效果。现在超宽带接收机作为全球射电望远镜研究关键的领域，比如在平方公里阵SKA等工程中，超宽带技术可以发挥不错的效果。美国升级甚大阵VLA，集中在接收机方面的升级，从而升级为EVLA。德国马普射电所积极研制超宽带接收机，其主要用于Effelsberg100米望远镜，2012年开展了试观测活动。美国GBT望远镜也非常重视此领域的研发工作，推动了0.5-3GHz的超宽带接收机的研制工作，主要是为了计时观测脉冲星。美国Arecibo望远镜以及澳大利亚Parkes望远镜均将这种接收机作为未来研制重点。很多建设、升级中的望远镜(包括FAST在内)立项时，考虑采用较成熟的技术。当时宽带技术还不成熟，未列入接收机计划，没有相关新接收机的研制。目前，大多是运用接收机系统对天线接收的射频信号进行预处理以便天文望远镜的后续处理。但是现有的接收系统中的信号处理方法覆盖带宽窄，灵活性低，精度较低，且现有进行信号处理中使用的傅里叶变换方式运算能力较差。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题的一种信号处理方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种信号处理方法，包括：将天线接收到的射频信号转换为数字信号；对所述数字信号进行多通道信号的并行滤波，生成滤波后信号；对所述滤波后信号进行基于Goertzel算法的快速傅里叶转换，生成傅里叶转换后信号；对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号，以完成对所述天线接收到的射频信号的预处理。优选地，所述将天线接收到的射频信号转换为数字信号进一步包括：将天线接收到的射频信号进行放大和混频，生成中频信号；提取所述中频信号中对应频段的中频通带信号；将所述中频通带信号转换为数字信号。优选地，所述对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号之后还包括：对所述功率检波信号进行缓存。优选地，所述对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号之后还包括：对所述功率检波信号进行UDP和TCP数据格式的打包和传送。根据本专利技术的另一个方面，提供一种信号处理系统，包括：转换数字信号模块，用于将天线接收到的射频信号转换为数字信号；并行滤波模块，用于对所述数字信号进行多通道信号的并行滤波，生成滤波后信号；傅里叶转换模块，用于对所述滤波后信号进行基于Goertzel算法的快速傅里叶转换，生成傅里叶转换后信号；功率检波模块，用于对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号，以完成对所述天线接收到的射频信号的预处理。优选地，所述转换数字信号模块进一步包括：生成中频信号子模块，用于将天线接收到的射频信号进行放大和混频，生成中频信号；提取中频通带信号子模块，用于提取所述中频信号中对应频段的中频通带信号；转换子模块，用于将所述中频通带信号转换为数字信号。优选地，所述信号处理系统还包括：缓存模块，用于对所述功率检波信号进行缓存。优选地，所述信号处理系统还包括：打包传送模块，用于对所述功率检波信号进行UDP和TCP数据格式的打包和传送。本专利技术提供的一种信号处理方法及系统，通过设置将天线接收到的射频信号转换为数字信号，使得覆盖带宽较宽，灵活性高，精度较高。通过设置滤波和傅里叶转换的过程，能够采用多级DDC、PFB、FFT和FIR相结合，实现同级别FPGA上最好的频率分辨率。具有较高的带宽。通过在快速傅里叶转换中运用Goertzel算法，能够提升傅里叶变换方式的运算能力。附图说明图1为本专利技术实施例中的一种信号处理方法的流程图；图2为本专利技术实施例中的一种信号处理系统的模块图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术实施例中的一种信号处理方法的流程图，如图1所示，包括：将天线接收到的射频信号转换为数字信号；对所述数字信号进行多通道信号的并行滤波，生成滤波后信号；对所述滤波后信号进行基于Goertzel算法的快速傅里叶转换，生成傅里叶转换后信号；对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号，以完成对所述天线接收到的射频信号的预处理。需要说明的是，本专利技术实施中所提出的信号处理方法应用于天文学领域的望远镜的接收机中，本专利技术的实施例中的信号处理方法的执行主体均为接收机。首先，将天线接收到的射频信号转换为数字信号；这是通过天文学领域的望远镜的接收机中的前端电路系统和模数转换电路系统完成的。其次，对所述数字信号进行多通道信号的并行滤波，生成滤波后信号；对所述滤波后信号进行基于Goertzel算法的快速傅里叶转换，生成傅里叶转换后信号；对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号，以完成对所述天线接收到的射频信号的预处理。这是通过天文学领域的望远镜的接收机中的望远镜数字运算板完成的。具体地，望远镜的天线接收到的射频信号通常比较微弱，设置该前端电路系统的作用即是将微弱的射频信号进行放大和混频，生成满足模数转换电路系统的功率要求的中频信号。并根据指令，提取中频信号中对应频段的通带信号，以供模数转换电路系统处理。使得模数转换电路系统可以对不同频段的通带信号进行模数转换，以应用于不同的观测需要。需要说明的是，该指令可由程序语言生成，也可由望远镜数字运算板生成。该前端电路系统的另一作用是为模数转换电路系统提供时钟，以使得该前端电路系统与模数转换电路系统实现同步。需要说明的是，该前端电路系统的功能可通过程序语言进行控制，也可由望远镜数字运算板控制。进一步地，望远镜数字运算板包括多个FPGA母板，AD子板和高速协议尾板。FPGA母板为FPGA电路板。FPGA电路板有两个FMC接口，可以外接两块模数转换器，并集成两片高性能Virtex6FPGA处理芯片及一片Virtex5FPGA控制芯片，12个10G/s以太网输出接口，288MB的板上QDR(QuadDataRate)存储空间和16GB的DDR3(DoubleDataRate)存储空间，可根据需要扩展。FPGA电路板在线上处理时：19波束，双极化信号，信号仅需要谱功率。可变积分时间，300MHz带宽，1k通道，4-bit数据流，磁盘时数据流速率：100Mbytes/sec(0.36TByte/hour)；接入FPGA所得的谱线数据，传输到GPU集群中分析：300MHz带宽。进一步地，Goertzel算法由GeraldGoertzel在1958年提出，用于数字信号处理，是属于离散傅里叶变换的范畴，目的是从给定的采样中求出某一特定频率信号的能量，用于有效性的评价。本专利技术提供的一种信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信号处理方法，其特征在于，包括：将天线接收到的射频信号转换为数字信号；对所述数字信号进行多通道信号的并行滤波，生成滤波后信号；对所述滤波后信号进行基于Goertzel算法的快速傅里叶转换，生成傅里叶转换后信号；对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号，以完成对所述天线接收到的射频信号的预处理。

【技术特征摘要】
1.一种信号处理方法，其特征在于，包括：将天线接收到的射频信号转换为数字信号；对所述数字信号进行多通道信号的并行滤波，生成滤波后信号；对所述滤波后信号进行基于Goertzel算法的快速傅里叶转换，生成傅里叶转换后信号；对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号，以完成对所述天线接收到的射频信号的预处理。2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述将天线接收到的射频信号转换为数字信号进一步包括：将天线接收到的射频信号进行放大和混频，生成中频信号；提取所述中频信号中对应频段的中频通带信号；将所述中频通带信号转换为数字信号。3.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号之后还包括：对所述功率检波信号进行缓存。4.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述对所述傅里叶转换后信号进行信号功率检波，生成功率检波信号之后还包括：对所述功率检波信号进行UDP和TCP数据格式的打包和传送。5.一种信号处理系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：段然，张馨心，李菂，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11