基于扫描值的接收序列的相位检测方法技术

本发明专利技术涉及一种相位检测方法(200)，包括以下步骤：接收(201)接收信号(Y)的值(Y0，Y1，...，YN‑1)的接收序列(Yj)，所述值(Y0，Y1，...，YN‑1)是以已知扫描频率fs进行扫描的，其中所述接收信号(Y)是对具有已知发送频率fw的发送信号的响应；针对接收序列(Yj)的每个索引(j)提供(202)正弦序列(Sj)和余弦序列(Cj)，正弦序列(Sj)包括取决于发送频率和扫描频率的已知角频率的连续倍数的正弦值，并且余弦序列(Cj)包括已知角频率的连续倍数的余弦值；以及基于接收序列(Yj)与余弦序列(Cj)的标量乘积确定(203)接收信号(Y)的相位实部(U)，并基于接收序列(Yj)与正弦序列(Sj)的标量乘积确定接收信号的相位虚部(V)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于扫描值的接收序列的相位检测方法
本专利技术涉及一种用于基于采样值的接收序列来确定接收信号的相位的相位检测方法和处理器。
技术介绍
当在入口处被已知频率的输入信号激励时，准确地确定传输介质出口处的输出信号的相位对于许多应用是非常重要的。例如，通信工程中的编码方法中的相位信息可被用来经由通信信道以电、磁或电磁信号的形式发送通信。在材料科学领域，测量声波的相位提供关于传输介质的材料组成的信息。在化学和物理分析系统中，相位检测器用于确定化学反应中的温度、密度、相位改变，化学和物理介质中的物体尺寸和液体浓度。在医学诊断方法中，通过测量被耦合至组织的声学和超声波信号的相位来识别组织特征。用于这些目的的应用包括监测身体中的血液循环以识别异常状况，特别是在脑部和在乳腺超声检查中。图1示出用于测量脉管102中的声波的相位关系的系统100的示意图。系统100包括待测量的具有脉管长度L的脉管102(例如，体细胞、血管或动脉)以及超声波的发送器101和接收器103。发送器101在脉管102的入口105处将包括相位的已知频率f0的超声波104耦合到脉管102中，其中所述超声波104传播并在出口107处被接收器103接收。如从图1中可以看出，超声波104包括整数个振荡周期P以及可以表示为相位差的部分周期。在声波104的运行时间Tp和相位差之间，以下条件适用：对于脉管102中的相速度V，一方面以下条件适用：V＝λ·f0,(2)其中f0表示已知发送频率，且λ表示脉管102中的波长。另一方面，以下条件对于脉管102中的相速度V适用：其中K表示脉管的弹性，且ρ表示其密度。因此，可以从相速度V确定脉管102的特性。可以从周期P的量和相位差来确定波长λ，可以借助于已知发送频率f0来识别相速度V，能够借助于相位速度V来表征脉管102的材料特性。通常，接收器与发送器同步，以便确定相位差并且使用模数转换器对接收的信号进行采样。接收的信号的采样值可以与同步的时间点相关联，从中可以确定相位差。然而，测量精度取决于多个系统参数，例如采样精度、发送信号的设定频率的精度、声学信号的耦合和解耦精度、归因于在脉管端部和脉管壁处的反射的对发送信号的干扰、多普勒效应等。
技术实现思路
本专利技术的目的是创建用于在被已知信号特性的发送信号激励时简单且精确地确定在传输介质出口处的相位的概念。通过独立权利要求的特征来实现该目的。其它有利的实施例是从属权利要求的主旨。以下描述的方法、设备和系统可以是不同的类型。所描述的各个元件可以经由使用不同技术制造的且可以包括半导体芯片、ASIC、微处理器、数字信号处理器、集成电路、电光电路和/或无源组件的硬件或软件组件(例如电子组件)来实现。根据第一方面，本专利技术涉及一种相位检测方法，包括以下步骤：对接收信号的值的接收序列进行接收，所述值是以已知采样频率fs进行采样的，且所述接收信号表示对具有已知发送频率fw的发送信号的反应；针对接收序列的每个索引，提供正弦序列和余弦序列，该正弦序列包括取决于发送频率fw和采样频率fs的已知角频率的连续倍数的正弦值，并且该余弦序列包括所述已知角频率的连续倍数的余弦值；以及基于接收序列与余弦序列的标量乘积确定接收信号的相位实部，并基于接收序列与正弦序列的标量乘积确定接收信号的相位虚部。这具有如此优点：当被激励时，能够使用已知信号特性的发送信号容易且精确地确定在传输介质出口处的相位。当发送频率和采样频率已知时，两个标量乘积可被轻而易举地确定并为接收信号的相位提供精确值。根据相位检测方法的实施例，两个标量乘积的归一化因子取决于接收序列的长度。这具有如此优点：在接收到每个接收序列之后，能够容易地分别为相位的实部和虚部确定归一化标量乘积。可以使用归一化因子，为相位确定精确值。根据相位检测方法的实施例，对接收信号(Y)进行采样的采样频率fs小于奈奎斯特-香农采样频率。根据奈奎斯特和香农的采样定理声称，必须以至少2·fmax的频率对带限制为fmax的信号进行采样，以便能够从离散时间信号精确地重构该信号。根据相位检测方法的该实施例，这不再是必需的。这具有如此优点：能够独立于传输介质的特征来选择采样频率fs。根据相位检测方法的实施例，对接收信号进行采样的采样频率fs独立于奈奎斯特-香农采样定理。根据相位检测方法的实施例，与已知发送频率fw和已知采样频率fs的商相乘的接收序列的长度是整数且是余弦序列及正弦序列的周期。这具有如此优点：余弦序列及正弦序列能够容易地与接收序列相乘。根据相位检测方法的实施例，接收序列的长度和采样频率fs与采样频率fs和发送频率fw的最小公分母的商或所述商的倍数相对应。这具有如此优点：在确定标量乘积时项变得简化；有些变为零，而其他变为常数。因此，可以轻而易举地进行相位的计算。根据实施例，相位检测方法包括基于接收序列的平均值确定接收信号的偏差。这具有如此优点：能够通过确定接收序列的平均值容易地分别确定接收信号的偏差或偏移。根据实施例，已知角频率Ω满足以下条件：Ω＝2π(fw/fs)，其中fw表示已知发送频率，且fs表示已知采样频率。根据第二方面，本专利技术涉及一种用于确定接收信号的相位的处理器，包括：n元输入寄存器，用于存储接收信号的值的接收序列，所述值是以已知采样频率fs进行采样的，并且所述接收信号表示对具有已知发送频率fw的发送信号的反应；n元第一参数寄存器和n元第二参数寄存器，分别用于存储正弦序列和余弦序列，该正弦序列包括取决于发送频率fw和采样频率fs的已知角频率(circularfrequency)的连续倍数的正弦值，并且该余弦序列包括所述已知角频率的连续倍数的余弦值；第一输出寄存器和第二输出寄存器，用于提供接收信号的相位实部和相位虚部；以及计算单元，用于基于接收序列与正弦序列的标量乘积来确定接收信号的相位实部，并基于接收序列与余弦序列的标量乘积确定接收信号的相位虚部。这具有如此优点：当被已知信号特性的发送信号激励时，此处理器能够容易且精确地确定在传输介质出口处的相位。在发送频率和采样频率已知时，处理器可以轻而易举地确定两个标量乘积，并且可以为接收信号的相位提供精确值。根据处理器的实施例，两个归一化标量乘积的归一化因子是2/N，其中N表示接收序列的长度。这具有如此优点：处理器能够在接收到每个接收序列之后容易地分别为相位的实部和虚部确定归一化标量乘积。处理器可以使用归一化因子来为相位确定精确值。根据实施例，处理器包括第三输出寄存器，其用于提供接收信号的偏差，所述计算单元用于基于接收序列的平均值确定接收信号的偏差。这具有如此优点：处理器能够通过计算接收序列的平均值容易地分别确定接收信号的偏差或偏移。根据实施例，角频率Ω满足以下条件：Ω＝2π(fw/fs)，其中fw表示已知发送频率，且fs表示已知采样频率。根据第三方面，本专利技术涉及一种用于确定接收信号的相位的处理器，包括：输入寄存器，用于存储以已知采样频率fs采样的接收信号的接收值，所述接收信号表示对具有已知发送频率fw的发送信号的反应；第一系数寄存器和第二系数寄存器，用于存储第一傅里叶系数和第二傅立叶系数，其中第一傅里叶系数表示接收信号与接收信号的相位实部之间的线性关系，第二傅里叶系数表示接收信号与接收信号的相位虚部之间的线性关系；第一输出寄存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相位检测方法(200)，包括以下步骤：接收(201)接收信号(Y)的值(Y0，Y1，...，YN‑1)的接收序列(Yj)，所述值(Y0，Y1，...，YN‑1)是以已知采样频率fs进行采样的，并且所述接收信号(Y)表示对具有已知发送频率fw的发送信号的反应；针对所述接收序列(Yj)的每个索引(j)，提供(202)正弦序列(Sj)和余弦序列(Cj)，所述正弦序列(Sj)包括取决于发送频率fw和采样频率fs的已知角频率(Ω)的连续倍数的正弦值，并且所述余弦序列(Cj)包括所述已知角频率(Ω)的连续倍数的余弦值；以及基于所述接收序列(Yj)与所述余弦序列(Cj)的标量乘积确定(203)所述接收信号(Y)的相位实部(U)，并基于所述接收序列(Yj)与所述正弦序列(Sj)的标量乘积确定(203)所述接收信号的相位虚部(V)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.14 DE 102014015126.31.一种相位检测方法(200)，包括以下步骤：接收(201)接收信号(Y)的值(Y0，Y1，...，YN-1)的接收序列(Yj)，所述值(Y0，Y1，...，YN-1)是以已知采样频率fs进行采样的，并且所述接收信号(Y)表示对具有已知发送频率fw的发送信号的反应；针对所述接收序列(Yj)的每个索引(j)，提供(202)正弦序列(Sj)和余弦序列(Cj)，所述正弦序列(Sj)包括取决于发送频率fw和采样频率fs的已知角频率(Ω)的连续倍数的正弦值，并且所述余弦序列(Cj)包括所述已知角频率(Ω)的连续倍数的余弦值；以及基于所述接收序列(Yj)与所述余弦序列(Cj)的标量乘积确定(203)所述接收信号(Y)的相位实部(U)，并基于所述接收序列(Yj)与所述正弦序列(Sj)的标量乘积确定(203)所述接收信号的相位虚部(V)。2.根据权利要求1所述的相位检测方法(200)，其中两个标量乘积的归一化因子(2/N)取决于所述接收序列(Yj)的长度(N)。3.根据权利要求1或2所述的相位检测方法(200)，其中对所述接收信号(Y)进行采样的采样频率fs小于奈奎斯特-香农采样频率。4.根据前述权利要求中任一项所述的相位检测方法(200)，其中与已知发送频率fw和已知采样频率fs的商相乘的接收序列(Yj)的长度(N)是整数且是所述余弦序列(Cj)及所述正弦序列(Sj)的周期。5.根据前述权利要求中任一项所述的相位检测方法(200)，其中所述接收序列(Yj)的长度(N)和采样频率fs与采样频率fs和发送频率fw的最小公分母的商或所述商的倍数相对应。6.根据前述权利要求中的任一项所述的相位检测方法(200)，包括：基于所述接收序列(Yj)的平均值确定所述接收信号(Y)的偏差。7.根据前述权利要求中任一项所述的相位检测方法(200)，其中所述已知角频率Ω满足以下条件：Ω＝2π(fw/fs)。8.一种用于确定接收信号的相位的处理器(300)，包括：n元输入寄存器(301)，用于存储接收信号(Y)的值(Y0，Y1，...，YN-1)的接收序列(Yj)，所述值(Y0，Y1，...，YN-1)是以已知采样频率fs进行采样的，并且所述接收信号(Y)表示对具有已知发送频率fw的发送信号的反应；n元第一参数寄存器(303)和n元第二参数寄存器(305)，分别用于存储正弦序列(Sj)和余弦序列(Cj)，所述正弦序列(Sj)包括取决于发送频率fw和采样频率fs的已知角频率(Ω)的连续倍数的正弦值，并且所述余弦序列(Cj)包括所述已知角频率(Ω)的连续倍数的余弦值；第一输出寄存器(307)和第二输出寄存器(309)，用于提供所述接收信号的相位实部(U)和相位虚部(V)；以及计算单元(311)，用于基于所述接收序列(Yj)与所述正弦序列(Sj)的标量乘积确定所述接收信号(Y)的相位实部(U)，并基于所述接收序列(Yj)与所述余弦序列(Cj)的标量乘积确定所述接收信号(Y)的相位虚部(V)。9.根据权利要求8所述的处理器(300)，其中两个标量乘积的归一化因子是2/N，其中N表示所述接收序列(Yj)的长度。10.根据权利要求7或8所述的处理器(300)，包括：第三输出寄存器(31...

【专利技术属性】
技术研发人员：米罗斯劳·罗贝尔，亚当·考兰尼，
申请(专利权)人：索诺沃姆股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE