一种基于ＣＯＲＤＩＣ算法的信号处理方法技术

一种基于ＣＯＲＤＩＣ算法的信号处理方法通过将输入信号分别为正交的Ｉ／Ｑ两路分量后，采用改进的ＣＯＲＤＩＣ算法计算输入信号的包络。其特征在于改进的ＣＯＲＤＩＣ算法通过判断输入信号向量所在的象限来决定每步运算时对向量的旋转方向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号处理方法，特别是涉及一种基于CORDIC算法但不需要计算 旋转余量的简便、高速的信号处理方法，属于数字信号处理领域。
技术介绍
对信号进行求模广泛应用于工程实现中，如雷达信号处理中的平方律检波、通信 系统中射频转基带的功率控制系统等具体技术中。目前常采用的办法是将I、Q两路信号放 入DSP利用牛顿-拉菲尔收敛法求模，或在FPGA中利用IPCore实现。对于采用DSP的实现方式，尽管DSP已发展到多核，但其处理速度依然有限，难以 处理多路求模的情况。而对于FPGA技术，虽然利用IPCore实现资源利用率高，但是配置不 灵活、可移植性差，难以在各个厂商之间的FPGA片上实现兼容。CORDIC (the coordinate rotational digital computer,坐标旋转计算机)算法 是用来计算一些常用的基本运算函数和算术操作的循环迭代算法，其基本思想是用一系列 特殊的角度旋转逼近向量需要旋转的角度。由于角度的特殊性使得单步迭代只有移位、加 减运算，此类操作在FPGA中很容易实现。而利用FPGA资源丰富的特点可以进行多步迭代 并行运算，这样求模算法在FPGA中可以实现较大的数据吞吐率。但是，其中的关键步骤对向量旋转方向的确定是CORDIC算法实现的一个难点。如 果严格按照CORDIC算法需要在整个旋转过程中，求出初始角度与每次旋转后的剩余角度 即求出每一步的旋转剩余量，然后根据旋转剩余量的符号来判断旋转方向。该步骤的实现 对于FPGA的实际是一个难点。不仅耗费大量的资源且影响运算的速度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提出一种基于CORDIC算法的信 号处理方法，采用CORDIC算法但不需要判断旋转剩余量，就可实现对数字信号的求模的处 理，解决了数字信号进行求模时资源利用率低、运算速度慢的问题。本专利技术的技术解决方案是一种基于CORDIC算法的信号处理方法，其特征在于包括以下步骤步骤1 提取输入信号的I/Q两路信号分量，将I/Q两路信号分量分别映射为直角 坐标系中沿X轴和Y轴的分量，构造向量A(x，Y)；步骤2 通过判断向量A所处的象限确定旋转方向A、若向量处于第一象限或第三象限，则令Sn = -1，向量将向顺时针方向进行旋 转；B、若向量处于第二象限或第四象限，则令Sn= 1，向量将向逆时针方向进行旋转；其中，Sn e {1，-1}为符号因子用于表征向量第η次的旋转方向，η = 0，1,2-k ； k为总旋转次数，由用户根据所需的精度确定；步骤3 将向量根据式⑴进行旋转，获得新向量A' (Xn，Yn)，然后对η加1，4 (1)其中，Xn和Yn分别为向量A第η次旋转后X轴方向和Y轴方向的分量；步骤4 比较η与k，Sn < k，则返回步骤2 ；若η = k，则输出旋转后的最终向量 在X轴方向上的分量Xk;步骤5 按式⑵求出模值M，作为输入信号的包络进行输出，M = C· I Xk I (2)其中，C为校正因子。所述的判断向量所处象限的步骤或方法可通过下面三种方式实现(1)通过异或运算判断向量所处象限，步骤如下A、取当前向量沿X轴分量和沿Y轴分量的最高位；B、对两个最高位进行异或运算，并取得结果；C、若结果为0，则向量在第一象限或第三象限；若结果为1，则向量在第二象限或 第四象限。(2)通过模二加法运算判断向量所处象限，步骤如下A、取当前向量沿X轴分量和沿Y轴分量的最高位；B、对两个最高位进行模二相加运算法，并取得结果；C、若结果为0，则向量在第一象限或第三象限；若结果为1，则向量在第二象限或 第四象限。(3)通过直接判断向量沿X轴分量和沿Y轴分量的符号实现。所述的步骤1中，输入信号可以为在数字信号处理过程中需要对求取输入信号包 络或幅值的任意信号，如在雷达信号处理中的目标回波信号或无线通信系统中的终端接收 到的信号等。所述的步骤5输出的输入信号的包络可在如上雷达系统中用于判断目标的有无 或远近位置。或者对于如上的无线通信系统中用于控制量化输入信号的功率。本专利技术与现有技术相比有益效果为(1)本专利技术的信号处理方法利用CORDIC算法求取输入信号的模值时，在求模时通 过判断当前向量所处的象限来确定下一次旋转的方向，与CORDIC算法中采用的计算每步 旋转余量的方法相比具有简单、快捷的优点。(2)采用本专利技术所述的方法进行信号处理时，可以明显的节省硬件，提高了资源的 利用率。附图说明图1为本专利技术中方法的流程图；图2为本专利技术中向量旋转示意图；图3为图1求模步骤迭代计算单元逻辑图；图4为图1求模步骤流水计算单元逻辑图；图5为图4流水计算单元连接示意图； 图6为图1中求模步骤流程框图。具体实施例方式下面结合附图和具体的实施例，对本专利技术进一步进行说明。1、CORDIC 算法为了更好的理解本专利技术，首先对CORDIC算法中所涉及到的部分原理进行介绍。在二维向量空间中，给定向量(X，Y)，则根据公式⑴可以得到按照顺时针旋转θ 后的新向量(X'，Y')， 进一步表示成矩阵形式后，有 而在具体的工程应用中，为了便于硬件电路的实现，通常将θ分成多步进行旋 转，即将θ按照θ≈k∑n=0Snθn的形式进行分解，其中Sn e {1，-1}用于控制旋转方向，1表 示逆时针旋转，-1表示顺时针旋转，k为迭代次数。这样在旋转过程中通过分配Sn的值 每次旋转θη的角度，然后经过k次迭代即可以得到θ的近似值。而θη又可进一步分解为 的形式，由于 ，因此这种方法适用的角度区间为 2 /=0。当需要实现更大范围内的旋转时，则可采用多级的迭代，如对于 的角度范围，按如上的方式采用两级迭代的方法进行旋转。将式⑵进一步分解可以得到如式⑶的表示形式， 对于式(3)，首先定义 为校正因子，然后定义旋转剩余量为Zn，则如式(4)有， 这时候每一步迭代就可以表示为如式(5)的形式， 其中子Sn可以由式(6)确定， 因此，对于给定的向量A(a，b)，利用CORDIC算法进行求模就是对向量A进行上 述的特殊角度的旋转，通过控制符号因子经多步迭代后将向量旋转到X轴上获得新的向量 A' (a'，0)，然后与校正因子相乘就可以得到向量A的模值M。2、信号处理方法应用信号模值在工程实现中具有广泛用途，例如雷达信号处理中的平方律检波、无线 通信系统中射频转基带的功率控制系统等具体技术。在雷达信号处理中，雷达可以利用接收到的回波信号判断目标信号的有无或者目 标点的远近。具体方法为首先，雷达发射固定的发射信号；然后，等待接收发射信号的回 波信号；当收到回波信号后，在对回波信号通过一系列处理后，提取信号中的正交分量，并 进行求模处理；最后，利用信号的模值通过采用恒虚警算法，就进行目标点有无的判断，并 可根据信号的模值与恒虚警算法门限间的差异进一步目标点的远近距离。在无线通信系统中，经常需要将射频信号转换为基带信号，然后将基带信号送给 处理器进行处理。在射频输入信号功率变化的情况下，为了获取更好的量化精度一般需要 调整下变频信号芯片的增益以保证A/D量化芯片的输入接近满量程。具体的方法为首先， 在处理器内对输入信号I/Q两路分量进行量化；然后，对信号进行求模处理；最后，将模值 累加一段固定时间用于进行功率统计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＣＯＲＤＩＣ算法的信号处理方法，其特征在于包括以下步骤：步骤１：提取输入信号的Ｉ／Ｑ两路信号分量，将Ｉ／Ｑ两路信号分量分别映射为直角坐标系中沿Ｘ轴和Ｙ轴的分量，构造向量Ａ（Ｘ，Ｙ）；步骤２：通过判断向量Ａ所处的象限确定旋转方向：Ａ、若向量处于第一象限或第三象限，则令Ｓ↓［ｎ］＝－１，向量将向顺时针方向进行旋转；Ｂ、若向量处于第二象限或第四象限，则令Ｓ↓［ｎ］＝１，向量将向逆时针方向进行旋转；其中，Ｓ↓［ｎ］∈｛１，－１｝为符号因子用于表征向量第ｎ次的旋转方向，ｎ＝０，１，２…ｋ；ｋ为总旋转次数，由用户根据所需的精度确定；步骤３：将向量根据式（１）进行旋转，获得新向量Ａ′（Ｘ↓［ｎ］，Ｙ↓［ｎ］），然后对ｎ加１，＊＊＊（１）其中，Ｘ↓［ｎ］和Ｙ↓［ｎ］分别为向量Ａ第ｎ次旋转后Ｘ轴方向和Ｙ轴方向的分量；步骤４：比较ｎ与ｋ，若ｎ＜ｋ，则返回步骤２；若ｎ＝ｋ，则输出旋转后的最终向量在Ｘ轴方向上的分量Ｘ↓［ｋ］；步骤５：按式（２）求出模值Ｍ，作为输入信号的包络进行输出，Ｍ＝Ｃ.｜Ｘ↓［ｋ］｜（２）其中，Ｃ为校正因子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳峰，尤启迪，李申阳，邹光南，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]