一种电子储存环中束流位置的数字化测量方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种电子储存环中束流位置的数字化测量方法及设备，相关设备包括：模拟前端部分和数字处理部分；其中：模拟前端部分，利用欠采样技术对来自束流位置探测器的输入信号进行欠采样，并控制采样率为欠采样输出信号频率的4倍，从而得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列；数字信号处理部分，对数字正交I,Q序列通过降2倍采样率，再乘以正负±1得到I,Q两个序列，I,Q两个序列分别独自通过CIC抽取滤波器与FIR滤波器降低数据速率后，经过CORDIC迭代算法单元计算束流位置探测器信号的幅度，进而计算束流位置。上述方案可通过简单的设备实现全数字的束流位置测量，不仅简化了数字处理算法的结构，还减轻了系统的处理压力与存储压力，同时，还提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种电子储存环中束流位置的数字化测量方法及设备
本专利技术涉及加速器束流诊断领域，尤其涉及一种电子储存环中束流位置的数字化测量方法及设备。
技术介绍
电子储存环是储存高速电子束流的设备，是粒子物理研究和同步辐射研究的重要设备。储存环中束流的特性是否满足要求，对实验研究至关重要。因而，我们需要束流测量系统对储存环内的束流进行监测和控制。束流横截面的位置是电子储存环中的一个重要参数，目前有多种束流探测器可以用来探测其位置。探测器监测的信号需要经过电子学信号处理才可以被采集分析，常用的处理方法是正交变换。四路BPM探测器的信号通过正交变换后得到的正交序列,分别计算得到四个信号幅值，四路信号幅值通过差和比的方法计算出束流位置。但是，早期的全模拟以及模数混合正交变换存在着精度低，易受外界干扰，连接复杂等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电子储存环中束流位置的数字化测量方法及设备，可通过简单的设备实现全数字的束流位置测量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备，包括：模拟前端部分和数字处理部分；其中：模拟前端部分，利用欠采样技术对来自束流位置探测器的输入信号进行欠采样，并控制采样率为欠采样输出信号频率的4倍，从而得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列；数字信号处理部分，对数字正交I,Q序列分别通过延时与不延时处理后降2倍采样率，再乘以正负±1得到I,Q两个序列，I,Q两个序列分别独自通过CIC抽取滤波器与FIR滤波器降低数据速率后，经过CORDIC迭代算法单元计算束流位置探测器信号的幅度，进而计算束流位置。一种电子储存环中束流位置的数字化测量方法，基于前述的设备实现，该方法步骤如下：由模拟前端部分利用欠采样技术对来自束流位置探测器的输入信号进行欠采样，并控制采样率为欠采样输出信号频率的4倍，从而得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列；由数字信号处理部分对数字正交I,Q序列通过分别延时与不延时处理后降2倍采样率，再乘以正负±1得到I,Q两个序列，I,Q两个序列分别独自通过CIC抽取滤波器与FIR滤波器降低数据速率后，经过CORDIC迭代算法单元计算束流位置探测器信号的幅度，进而计算束流位置。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，其主要具有如下优点：1)本专利技术通过欠采样，并控制采样率为欠采样后信号的4倍，直接将高频信号数字化，并得到束流位置探测器输入信号的数字正交序列。设备中所有的信号处理都集中在数字域，避免了复杂的模拟处理过程，简化了系统结构；直接得到数字化正交序列，大大简化了数字处理算法的结构。2)本专利技术通过CIC抽取滤波器和FIR滤波器降低I,Q序列的频率，减轻了系统的处理压力与存储压力。3)本专利技术使用CORDIC算法单元迭代，计算束流位置探测器输入信号的幅度，CORDIC算法简化了计算过程，提高了精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备示意图；图2为本专利技术实施例提供的I,Q抽取单元的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的五阶CORDIC算法单元迭代结构框图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备，如图1所示，其主要包括：模拟前端部分和数字处理部分；其中：模拟前端部分，利用欠采样技术对来自束流位置探测器的输入信号进行欠采样，并控制采样率为欠采样输出信号频率的4倍，从而得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列；数字信号处理部分，对数字正交I,Q序列分别通过延时与不延时处理后降2倍采样率，再乘以正负±1得到I,Q两个序列，I,Q两个序列分别独自通过CIC抽取滤波器与FIR滤波器降低数据速率后，经过CORDIC迭代算法单元计算束流位置探测器信号幅度，进而计算束流位置。为了便于理解，下面针对模拟前端部分及数字信号处理部分的具体组成结构及功能做详细的介绍。一、模拟前端部分请参见图1，所述模拟前端部分主要包括：位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元、参考信号模拟滤波器及增益调节单元、时钟产生单元，以及模拟数字变换单元。1、所述位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元，用于通过带通滤波器滤出束流位置探测器输入信号的二次谐波成分，并调节其幅度以适应模拟数字变换单元的量程。2、所述参考信号模拟滤波器及增益调节单元，用于对输入的参考信号进行带通滤波，滤出信号基频成分并调节幅度，输出到时钟产生单元。本专利技术实施例中，所述位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元与参考信号模拟滤波器及增益调节单元均由级联的带通滤波器和增益调节单元连接构成，增益调节单元由相互连接的射频放大器和衰减器构成。3、时钟产生单元，用于将参考信号模拟滤波器及增益调节单元输出的信号作为输入时钟，使用数字控制的锁相环输出满足模拟数字变换单元采样率的时钟频率，并扇出给模拟数字变换单元作为采样时钟。本专利技术实施例中，所述时钟产生单元提供时钟信号，满足采样率为束流位置探测器输入信号欠采样后信号的4倍。本领域技术人员可以理解，采样率Fs和信号频率f之间的关系是Fs＝4f/(4n±1)，通常将f/(4n±1)的采样称为欠采样，因而采样率为欠采样后信号的4倍。4、模拟数字变换单元，用于接收位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元的输出信号，通过模拟数字变换，得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列。二、数字信号处理部分请参见图1，所述数字信号处理部分主要包括：I,Q抽取单元、降数据率单元、幅度计算单元以及位置计算单元。1、I,Q抽取单元，用于接收模拟前端部分输出的数字正交I,Q序列(I,Q,-I,-Q)，通过两路不同的延时，降2倍采样率，再乘以±1得到I,Q两个序列。如图2所示，为I,Q抽取单元的结构示意图，I,Q抽取单元，用于接收模拟前端部分输出的数字正交I,Q序列(I,Q,-I,-Q)，通过分别不加延时、加一个单位加延时后降2倍采样率得到I,-I序列、Q,-Q序列，再分别乘以±1得到I,Q两个序列。本专利技术实施例中，所述交替乘以±1通过计数器和存储器实现，计数器的计数时钟与降2倍采样率后的序列的频率一致。2、降数据率单元，用于对I,Q两个序列分别独自通过CIC抽取滤波器抽取设定的倍数,得到所需的数据速率，并通过FIR滤波器抑制噪声。本领域技术人员可以理解，CIC抽取滤波器抽取的倍数可以根据实际情况或者操作人员的经验来设定，以确保抽取后得到合适的数据速率。3、幅度计算单元，接收降数据率单元输出的I,Q两个序列，经过若干个CORDIC迭代算法单元计算信号幅度。本领域技术人员可以理解，考虑计算结果的准确性与计算的效率，可以根据实际情况或者操作人员的经验来设定合适数量的CORD本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备，其特征在于，包括：模拟前端部分和数字处理部分；其中：模拟前端部分，利用欠采样技术对来自束流位置探测器的输入信号进行欠采样，并控制采样率为欠采样输出信号频率的4倍，从而得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列；数字信号处理部分，对数字正交I,Q序列分别通过延时与不延时处理后降2倍采样率，再乘以正负±1得到I,Q两个序列，I,Q两个序列分别独自通过CIC抽取滤波器与FIR滤波器降低数据速率后，经过CORDIC迭代算法单元计算束流位置探测器信号的幅度，进而计算束流位置。

【技术特征摘要】
1.一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备，其特征在于，包括：模拟前端部分和数字处理部分；其中：模拟前端部分，利用欠采样技术对来自束流位置探测器的输入信号进行欠采样，并控制采样率为欠采样输出信号频率的4倍，从而得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列；数字信号处理部分，对数字正交I,Q序列分别通过延时与不延时处理后降2倍采样率，再乘以正负±1得到I,Q两个序列，I,Q两个序列分别独自通过CIC抽取滤波器与FIR滤波器降低数据速率后，经过CORDIC迭代算法单元计算束流位置探测器信号的幅度，进而计算束流位置。2.根据权利要求1所述的一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备，其特征在于，所述模拟前端部分包括：位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元、参考信号模拟滤波器及增益调节单元、时钟产生单元，以及模拟数字变换单元；其中：所述位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元，用于通过带通滤波器滤出束流位置探测器输入信号的二次谐波成分，并调节其幅度以适应模拟数字变换单元的量程；所述参考信号模拟滤波器及增益调节单元，用于对输入的参考信号进行带通滤波，滤出信号基频成分并调节幅度，输出到时钟产生单元；时钟产生单元，用于将参考信号模拟滤波器及增益调节单元输出的信号作为输入时钟，使用数字控制的锁相环输出满足模拟数字变换单元采样率的时钟频率，并扇出给模拟数字变换单元作为采样时钟；模拟数字变换单元，用于接收位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元和参考信号模拟滤波器及增益调节单元的输出信号，通过模拟数字变换，得到束流位置探测器输入信号的数字正交I,Q序列。3.根据权利要求2所述的一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备，其特征在于，所述位置探测信号模拟滤波器及增益调节单元与参考信号模拟滤波器及增益调节单元均由级联的带通滤波器和增益调节单元连接构成，增益调节单元由相互连接的射频放大器和衰减器构成。4.根据权利要求2所述的一种电子储存环中束流位置的数字化测量设备，其特征在于，所述时钟产生单元提供时钟信号，满...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽然，梁钰，唐雷雷，孙葆根，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34