一种基于双计数器的相位展开算法制造技术

本发明专利技术涉及信号处理技术领域，具体地说是一种基于双计数器的相位展开算法，计算前后相位之间的差值，判断差值是否大于相位发生截断的界限值，若大于则相应计数器加1，都不满足则判断计数器相对大小，数值大的计数器减去数值小的计数器，将结果赋给数值大的计数器，将数值小的计数器数值置0，计算两个计数器差值，对相位做第一步补偿。计算当前相位值与后相位值及前相位值间的差值，比较相位值差分结果与界限值大小，若数值差分结果均大于界限值，当前相位值减去2倍界限值；若数值差分结果均小于界限值，则当前相位值加上2倍的界限值，否则保持不变，本发明专利技术解决相位展开算法存在速度慢、复杂度高问题，将相位展开算法同时适用于FPGA平台。平台。平台。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双计数器的相位展开算法


[0001]本专利技术涉及信号处理
，具体地说是一种基于双计数器的相位展开算法。

技术介绍

[0002]相位展开是一个经典的信号处理问题，它指的是从值区间(
‑
π,π]或(0,2π]中恢复原始相位值。在运用反正切函数计算相位时，实际提取的相位都是包裹在一个周期相位区间的包裹相位值，并非真实得到的相位，将包裹的相位恢复为真实连续的相位即为相位展开。
[0003]传统的算法假设包裹的相位信号为x
w
(n)，被展开的相位为x
u
(n)：使x
u
(n)＝x
w
(n)；计算数据的差值即包裹的相位信号一阶差分ΔPhase＝x
w
(n)－x
w
(n
‑
1)；若数据差值ΔPhase>π，则x
w
(n)当前点以及后续所有点均减去2π；若数据差值ΔPhase<π，则x
u
(n)当前点以及后续所有点均加上2π。
[0004]Kazuyoshi Itoh最早于1982年在论文Analysis ofthe phase unwrapping problem里面提出了相位展开算法，相位展开算法原理详述如下：
[0005]假设包裹的相位信号为x
w
(n)，被展开的相位为x
u
(n)，则可根据以下步骤展开相位：
[0006]步骤1：使x/>u
(n)＝x
w
(n)；
[0007]步骤2：计算差值ΔPhase＝x
w
(n)
‑
x
w
(n
‑
1)；
[0008]步骤3：若差值ΔPhase>π，则x
u
(n)当前点以及后续所有点均减去2π；若差值ΔPhase<
‑
π，则x
u
(n)当前点以及后续所有点均加上2π；
[0009]步骤4：重复以上步骤，直到遍历x
u
(n)。
[0010]相应的MATLAB算法描述如下：
[0011][0012]根据以上步骤就可以对包裹的相位进行展开。
[0013]上述算法在计算机上运行起来速度极慢，在FPGA上由于其空间复杂度高，根本无法实现。
[0014]现有技术中还有一种算法如下：
[0015]MATLAB中相位展开函数使用的相位展开算法核心部分描述如下：
[0016]与上面相同，假设包裹的相位信号为x
w
(n)，被展开的相位为x
u
(n)，则可根据以下步骤展开相位：
[0017]步骤1：使x
u
(n)＝x
w
(n)；
[0018]步骤2：计算差值即包裹的相位信号一阶差分除以2π的结果dp_corr＝[x
w
(n)
‑
x
w
(n
‑
1)]/2π；
[0019]步骤3：对有符号数dp_corr取整得到dp_corr_round；
[0020]步骤4：将当前相位加上dp_corr_round累计和的2π倍，即x
w
(n)＝x
w
(n)+2π*dp_corr_round
[0021]步骤5：重复以上步骤，直到遍历x
u
(n)。
[0022]根据以上步骤就可以对包裹的相位进行展开。
[0023]上述算法在实际实现中包含取余、取整及除法运算，无法在硬件上实现。
[0024]因此需要设计一种基于双计数器的相位展开算法，通过对MATLAB的代码设计和程序流程的设计，将软件平台上的一维相位展开算法进行改造以适用于FPGA平台，且计算速度提升，空间复杂度降低，同时可适用于硬件平台，提高了实用性。

技术实现思路

[0025]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于双计数器的相位展开算
法，通过对MATLAB的代码设计和程序流程的设计，将软件平台上的一维相位展开算法进行改造以适用于FPGA平台，且计算速度提升，空间复杂度降低，同时可适用于硬件平台，提高了实用性。
[0026]为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于双计数器的相位展开算法：包括算法第一大步和第二大步，其特征在于所述第一大步包括以下步骤：
[0027]S1：计算前一个相位与后一个相位数值间差值diff1＝xu(k)
‑
xu(k
‑
1)及后一个相位与前一个相位数值间差值diff2＝xu(k
‑
1)
‑
xu(k)；
[0028]S2：判断diff1与diff2是否大于相位发生截断的界限值bound，如果diff1大于bound，则对i上跳变计数器加1；如果diff2大于bound，则对j下跳变计数器加1；如果都不满足，则判断i，j计数器数值的相对大小，让数值大的计数器减去数值小的计数器，将计算结果赋值给数值大的计数器，再将数值小的计数器数值置0；
[0029]S3：计算上下跳变计数器的差值delta，令delta＝i
‑
j；
[0030]S4：对相位进行补偿，令xu(k
‑
1)＝xu(k
‑
1)
‑
2*(delta)*bound，得到第一大步的相位展开结果；
[0031]所述第二大步包括以下步骤：
[0032]S10：计算当前相位值my_phase_out(t)与后一个相位值my_phase_out(t
‑
1)间差值diff3及当前相位值my_phase_out(t)与前一个相位值my_phase_out(t+1)间差值diff4；
[0033]S20：判断diff3，diff4与bound的大小，若diff3，diff4均大于bound，则对当前相位值my_phase_out(t)减去2倍的bound数值；若diff3，diff4均小于
‑
bound，则对当前相位值my_phase_out(t)加上2倍的bound数值；否则保持不变。
[0034]根据权利要求所述的一种基于双计数器的相位展开算法，其特征在于：所述S2的算法也可以为：
[0035]如果diff1大于bound，则对i计数器加1；如果diff1小于
‑
bound，则对j计数器加1；如果都不满足，则判断i，j计数器数值的相对大小，让数值大的计数器减去数值小的计数器，将计算结果赋值给数值大的计数器，再将数值小的计数器数值置0。
[0036]上述算法在MATLAB上实现的封装函数源代码为：
[0037][003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双计数器的相位展开算法，包括算法第一大步和第二大步，其特征在于所述第一大步包括以下步骤：S1：计算前一个相位与后一个相位数值间差值diff1＝xu(k)
‑
xu(k
‑
1)及后一个相位与前一个相位数值间差值diff2＝xu(k
‑
1)
‑
xu(k)；S2：判断diff1与diff2是否大于相位发生截断的界限值bound，如果diff1大于bound，则对i上跳变计数器加1；如果diff2大于bound，则对j下跳变计数器加1；如果都不满足，则判断i，j计数器数值的相对大小，让数值大的计数器减去数值小的计数器，将计算结果赋值给数值大的计数器，再将数值小的计数器数值置0；S3：计算上下跳变计数器的差值delta，令delta＝i
‑
j；S4：对相位进行补偿，令xu(k
‑
1)＝xu(k
‑
1)
‑
2*(delta)*bound，得到第一大步的相位展开结果；所述第二大步包括以下步骤：S10：计算当前相位值my_phase_out(t)与后一个相位值my_phase_out(t
‑
1)间差值diff3及当前相位值my_phase_out(t)与前一个相位值my_phase_out(t+1)间差值diff4；S20：判断diff3，diff4与bound的大小，若diff3，diff4均大于bound，则对当前相位值my_phase_out(t)减去2倍的bound数值；若diff3，diff4均小于
‑
bound，则对当前相位值my_phase_out(t)加上2倍的bound数值；否则保持不变。2.根据权利要求所述的一种基于双计数器的相位展开算法，其特征在于：所述S2的算法也可以为：如果diff1大于bound，则对i计数器加1；如果diff1小于
‑
bound，则对j计数器加1；如果都不...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯秀娟，柯伟，李立京，何龙标，牛锋，杨平，郑云山，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：