宽带多通道信号能量检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种宽带多通道信号能量检测系统及方法，该系统，包括：高速率AD模块和FPGA单元；其中，所述高速率AD模块，用于采集多通道的模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；所述FPGA单元，用于根据通道的频段宽度，选择第一处理链路或者第二处理链路对所述数字信号进行子带信号提取。从而综合考虑时域和频域特性，在快速接收宽带信号的同时，可以实时并行的处理各个通道数据并获取其能量值，同时该设计方法复杂度低，资源占有率少，提升了工作效率。

Broadband Multi-Channel Signal Energy Detection System and Method

The invention provides a broadband multi-channel signal energy detection system and method, which includes a high-speed AD module and a FPGA unit, wherein the high-speed AD module is used to collect multi-channel analog signals and convert the analog signals into corresponding digital signals, and the FPGA unit is used to select the first processing link or the first processing link according to the bandwidth of the channel. The second processing link extracts the subband signal of the digital signal. Considering the characteristics of time domain and frequency domain, while receiving broadband signals quickly, the design method can process the data of each channel in real time and get its energy value in parallel. At the same time, the design method has low complexity, less resource occupancy, and improves the work efficiency.

【技术实现步骤摘要】
宽带多通道信号能量检测系统及方法
本专利技术涉及信号处理
，具体地，涉及一种宽带多通道信号能量检测系统及方法。
技术介绍
为了适应现代科学的任务需求，通信、探测等领域信号频带已经越来越宽，很多应用已达到GHz以上，因此，对宽带信号接收技术的研究，尤其要求宽带接收的同时还有较强的实时处理能力，已经成为研究的热点。由于模拟技术具有易受干扰、改动不便且系统复杂等缺点，数字技术以其抗干扰能力强、稳定、系统灵活等优点，发展迅猛，是未来技术所趋，因此，宽带数字接收技术成为了研究领域的关键问题。宽带信号的接收，常采用多通道并行接收机制，每个通道处理一定的带宽，这样可以提高接收系统的实时性，而检测各个通道的信号能量是探测领域，尤其探测短时自然灾害的重要应用。快速的接收处理宽带多通道信号并获取其能量，需要解决很多关键的技术问题，对于宽带信号而言，采样率非常高，要求具有高速的信号采集功能，高速的并行处理和高精度数据分析能力，同时兼顾系统的复杂度和资源占有率，这些也是宽带数字接收处理的难点所在。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种宽带多通道信号能量检测系统及方法。第一方面，本专利技术提供一种宽带多通道信号能量检测系统，包括：高速率AD模块和FPGA单元；其中，所述高速率AD模块，用于采集多通道的模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；所述FPGA单元，用于根据通道的频段宽度，选择第一处理链路或者第二处理链路对所述数字信号进行子带信号提取。可选地，所述第一处理链路，包括：依次通信连接的第一分路模块、第一高速并行下变频模块、第一高速并行滤波联合抽取模块、数字检波模块、第一能量采集模块；所述第一分路模块，用于获取频段大于预设阈值的通道中的N路数字信号；N为大于1的自然数；所述第一高速并行下变频模块，用于生成高速本振信号，并对所述N路数字信号进行同步的下变频处理；所述第一高速并行滤波联合抽取模块，用于抽取高阶滤波器的系数，以形成滤波器组；所述滤波器组分别对输入的N路数字信号进行卷积求和处理，然后再对卷积求和处理之后的N路数字信号进行求和处理，得到求和后的数字信号；所述数字检波模块，用于对求和后的数字信号进行数字平方检波处理，得到检波后的数字信号；所述第一能量采集模块，用于对所述检波后的数字信号进行平滑处理，得到第一输出信号。可选地，所述第二处理链路包括：依次通信连接的第二分路模块、第二高速并行下变频模块、第二高速并行滤波联合抽取模块、频域处理模块、第二能量采集模块；所述第二分路模块，用于获取频段不大于预设阈值的通道中的M路数字信号；M为大于1的自然数；所述第二高速并行下变频模块，用于生成高速本振信号，并对所述M路数字信号进行同步的下变频处理；所述第二高速并行滤波联合抽取模块，用于抽取高阶滤波器的系数，以形成滤波器组；所述滤波器组分别对输入的M路数字信号进行卷积求和处理，然后再对卷积求和处理之后的M路数字信号进行求和处理，得到求和后的数字信号；所述频域处理模块，用于对求和后的数字信号进行FFT变换，得到对应的频域信号，并根据频率索引值，划分成各个通道的子频带；所述第二能量采集模块，用于获取各个通道的子频带的信号能量，得到第二输出信号。可选地，还包括：处理器，所述处理器，用于接收所述第一处理链路，或者第二处理链路发送的输出信号，分析后得到各个通道的信号能量值。第一方面，本专利技术提供一种宽带多通道信号能量检测方法，应用上述第一方面中任一项所述的宽带多通道信号能量检测系统，执行宽带多通道信号能量检测操作。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术综合考虑时域和频域特性，在快速接收宽带信号的同时，可以实时并行的处理各个通道数据并获取其能量值，同时该设计方法复杂度低，资源占有率少，提升了工作效率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例提供的全频域法的宽带多通道信号能量检测方法的原理示意图；图2为本专利技术实施例提供的宽带多通道信号能量检测系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的高速并行滤波联合抽取模块的原理示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。首先，从时域角度进行考虑，为了完成任务目标即对宽带信号多通道信号进行实时的接收处理并求取能量，可利用信道化原理对各个子带分别进行下变频，再经低通滤波提取各个通道能量。但是对于几百兆以上的宽带信号，考虑到采样率通常是GHz以上，而有些通道的带宽相对采样率极窄，仅几兆赫兹，且通道个数非常多，我们知道，对于低通带信号可通过抽取，降低后续的资源使用率，而抽取必须先进行滤波，若直接在GHz以上的采样率下进行滤波，其通道平坦度和边带抑制在有限资源下很难实现，同时，滤波器的阶数太高也会使用过多的乘法器资源。而通过多次下变频的方式又使系统的实现过于复杂。可见，单从时域角度考虑，高采样率下的窄带通道(通常个数很多)处理会使系统实现起来过于复杂。然后，从频域角度出发，提出了一种全频域的处理方案，对其实现复杂度和资源进行了评估。图1为本专利技术实施例提供的全频域法的宽带多通道信号能量检测方法的原理示意图，如图1所示，频域方案的实现基于帕塞瓦尔定理，信号在时域的总能量等于信号在频域的总能量，这里对频域求出的能量进行积分即可得到不同通带内的功率检测值。频域的总能量计算公式如下：其中，X[k]为对应的频域信号，x[n]为对应的时域信号，N为FFT变换点数，K为频域所引值。为了更好的说明方法流程和资源使用情况，我们假设使用的AD的采样时钟为1GHz/s，经过内部一分二的芯片双路输出500M采集信号进入FPGA，设使用的FPGA内部处理时钟用250MHz/s，则两路500M的采集信号在FPGA内部需要经过两个一分二的模块变为4路250MHz数据输出，经合路模块变为分时的四路串行输出(为了实现FFT，数据需要采样点连续)，假设输入为400MHz的宽带信号，在1GHz的采样率下，根据分辨率需求，需对每一路串行数据进行32768点的FFT，由于FFT计算延时较大，为了使每路输出信号不影响输入，需增加FFT计算的吞吐率，此处需要再把每路信号再进行分时的四路输出，即需4个FFT模块并行处理，几乎不丢失采集数据。而总共有四路并行的高速信号，共需16个FFT的IP核，再对FFT的输出结果按照各个通道的频带进行划分并分组求和，提取不同频带的能量信号，输出的各通道能量信号经合路组帧后输出至下级处理器。可见，在全频域的设计中为了适应高速的数据速率和FFT的高延迟，频域方案会使用较多的并行FFT模块保证数据吞吐率，占用了很大的存储器资源，从而导致硬件资源的大量消耗。上述的全频域法，优点是省去了高速窄带滤波器的设计，软件实现复杂度较低，但是资源占用率过大，FFT使用的存储资源过多，为了优化资源，综合考虑时域与频域特性，本专利技术采用时频结合的方式并结合通道特性，提出一种综合优化方案，对不同的通道采用两种不同的处理方法：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带多通道信号能量检测系统，其特征在于，包括：高速率AD模块和FPGA单元；其中，所述高速率AD模块，用于采集多通道的模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；所述FPGA单元，用于根据通道的频段宽度，选择第一处理链路或者第二处理链路对所述数字信号进行子带信号提取。

【技术特征摘要】
1.一种宽带多通道信号能量检测系统，其特征在于，包括：高速率AD模块和FPGA单元；其中，所述高速率AD模块，用于采集多通道的模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；所述FPGA单元，用于根据通道的频段宽度，选择第一处理链路或者第二处理链路对所述数字信号进行子带信号提取。2.根据权利要求1所述的宽带多通道信号能量检测系统，其特征在于，所述第一处理链路，包括：依次通信连接的第一分路模块、第一高速并行下变频模块、第一高速并行滤波联合抽取模块、数字检波模块、第一能量采集模块；所述第一分路模块，用于获取频段大于预设阈值的通道中的N路数字信号；N为大于1的自然数；所述第一高速并行下变频模块，用于生成高速本振信号，并对所述N路数字信号进行同步的下变频处理；所述第一高速并行滤波联合抽取模块，用于抽取高阶滤波器的系数，以形成滤波器组；所述滤波器组分别对输入的N路数字信号进行卷积求和处理，然后再对卷积求和处理之后的N路数字信号进行求和处理，得到求和后的数字信号；所述数字检波模块，用于对求和后的数字信号进行数字平方检波处理，得到检波后的数字信号；所述第一能量采集模块，用于对所述检波后的数字信号进行平滑处理，得到第一输出信号。3.根据权利要求1所述的宽带多通道信号能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李惠媛，向前，谢振超，罗小成，李向芹，查晓晨，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31