專利名稱：多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置與控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置與控制方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量有用信息需更全面、更準(zhǔn)確、更快速，多通道信號(hào)的同步檢測(cè)逐漸成為一種需求。多通道頻分復(fù)用的調(diào)制解調(diào)技術(shù)能夠很好地解決這類問題，已廣泛應(yīng)用于無(wú)線電和儀器測(cè)量系統(tǒng)中。調(diào)制方式一般為調(diào)幅，解調(diào)通常采用鎖相解調(diào)技術(shù)。鎖相解調(diào)技術(shù)通過(guò)正交同步解調(diào)實(shí)現(xiàn)鑒幅和鑒相的目的。模擬鎖相解調(diào)由于存在溫度漂移、 噪聲大、電路復(fù)雜、工藝要求高和系統(tǒng)升級(jí)能力差等缺點(diǎn)，而采用現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)的數(shù)字鎖相解調(diào)克服了以上模擬技術(shù)的缺點(diǎn)，且可以靈活控制系統(tǒng)中的各種參數(shù)，通過(guò)軟件算法升級(jí)來(lái)提高系統(tǒng)的性能。王自鑫等提出的發(fā)明專利《一種數(shù)字鎖相放大器》(公開號(hào)CN101060311，
公開日2007年10月M日)采用數(shù)字電路給出參考信號(hào)，顯著地提高了電路的抗干擾性能。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)數(shù)字鎖相技術(shù)應(yīng)用到多通道頻分信號(hào)解調(diào)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足多通道信號(hào)調(diào)制解調(diào)中控制復(fù)雜、計(jì)算量大、完成計(jì)算的時(shí)間長(zhǎng)以及嚴(yán)重地限制了信號(hào)檢測(cè)的速度和被檢測(cè)信號(hào)頻率的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置與控制方法，該檢測(cè)裝置與控制方法解決了多通道信號(hào)調(diào)制解調(diào)中控制復(fù)雜、計(jì)算量大、完成計(jì)算的時(shí)間長(zhǎng)、嚴(yán)重地限制了信號(hào)檢測(cè)的速度和被檢測(cè)信號(hào)頻率的問題，詳見下文描述本發(fā)明提供了一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置，所述多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置包括多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器、探測(cè)器、預(yù)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述微處理器包括Px 口、Py 口和 Pz 口 ；所述微處理器產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)，并將所述預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)按設(shè)定的速率由所述I3Z 口輸出，所述多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收所述預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)用來(lái)調(diào)制多個(gè)被測(cè)信號(hào)；所述探測(cè)器接收調(diào)制后多個(gè)被測(cè)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為被測(cè)模擬信號(hào)；所述預(yù)放大器對(duì)所述被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行放大并輸入到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由所述I3X 口輸入到所述微處理器；所述微處理器根據(jù)數(shù)字信號(hào)的幅值通過(guò)所述Py 口控制所述預(yù)放大器的增益；所述微處理器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，分離出所述數(shù)字信號(hào)中攜帶的所述多個(gè)被測(cè)信號(hào)。所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。本發(fā)明提供了一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)控制方法，所述方法包括以下步驟(1)微處理器產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)，并將所述預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)按設(shè)定的速率經(jīng)由I3Z 口輸出，多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)并轉(zhuǎn)換為多通道預(yù)設(shè)頻率fi、f2、…、fffl的模擬信號(hào)用來(lái)調(diào)制多個(gè)被測(cè)信號(hào)；(2)探測(cè)器接收調(diào)制后所述多個(gè)被測(cè)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為被測(cè)模擬信號(hào)；(3)預(yù)放大器對(duì)所述被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行放大并輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器；(4)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由口輸入到所述微處理器；(5)所述微處理器根據(jù)數(shù)字信號(hào)的幅值通過(guò)Py 口控制所述預(yù)放大器的增益；(6)所述微處理器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器以預(yù)設(shè)頻率f\、f2、…、fm最小公倍數(shù)C的 4M倍速度f(wàn)s = 4MX C對(duì)所述被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取采樣信號(hào)χ (η)，其中M為大于等于1的正整數(shù)；(7)所述微處理器將采樣頻率fs = 4MXC依次下抽樣為預(yù)設(shè)頻率f\、f2…、fm的四倍；(8)根據(jù)每次下抽樣后的采樣頻率和所述微處理器產(chǎn)生的相對(duì)應(yīng)的正交參考序列 ys (η)和(η)，計(jì)算對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)上的兩個(gè)正交分量&和Rc ；
1 Nk-IRs=-^J +1) + 3)]；
Q n=0
1 Nk-\Rc=-^j [χ(4 )-x(4n + 2)]；
Q n=0(9)根據(jù)所述正交分量&和&，通過(guò)計(jì)算獲取所述對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)的幅值 A和相角θ， y ^ ^ r~j-γ θ = arctan
，β為下抽樣而取的某個(gè)常數(shù)值。
Rs本發(fā)明提供的多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置與控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明最大限度地實(shí)現(xiàn)了多通道頻分信號(hào)快速數(shù)字鎖相解調(diào)，通過(guò)微處理器同步控制數(shù)模以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)調(diào)制頻率與采樣頻率的一致性，因而可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、減少了模擬乘法器、積分器等電路器件，電路工藝要求低、調(diào)試容易、 可靠性高，系統(tǒng)控制方便，全部的解調(diào)計(jì)算僅用軟件(數(shù)字)實(shí)現(xiàn)，而且僅需要極少量的加 (減)法，因而計(jì)算速度極快，對(duì)微處理器的硬件要求極低，計(jì)算的時(shí)間較短、減少了數(shù)字鎖相檢測(cè)的速度和被檢測(cè)信號(hào)的頻率限制。


圖1為本發(fā)明提供的多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)控制方法的流程圖。附圖中各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下1 多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器2 探測(cè)器3 預(yù)放大器；4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器；5:微處理器；Px :1/0 口；Py :1/0 口；Pz :1/0 口。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。假設(shè)需要檢測(cè)的模擬信號(hào)為
權(quán)利要求
1.一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置，其特征在于，所述多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置包括多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器、探測(cè)器、預(yù)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述微處理器包括Px 口、Py 口禾口 Pz 口 ；所述微處理器產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)，并將所述預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)按設(shè)定的速率由所述內(nèi)口輸出，所述多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收所述預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)用來(lái)調(diào)制多個(gè)被測(cè)信號(hào)；所述探測(cè)器接收調(diào)制后多個(gè)被測(cè)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為被測(cè)模擬信號(hào)；所述預(yù)放大器對(duì)所述被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行放大并輸入到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由所述I3X 口輸入到所述微處理器；所述微處理器根據(jù)數(shù)字信號(hào)的幅值通過(guò)所述Py 口控制所述預(yù)放大器的增益；所述微處理器對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，分離出所述數(shù)字信號(hào)中攜帶的所述多個(gè)被測(cè)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置，其特征在于，所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)微處理器產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)，并將所述預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)按設(shè)定的速率經(jīng)由 Pz 口輸出，多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)并轉(zhuǎn)換為多通道預(yù)設(shè)頻率f\、f2、…、 fm的模擬信號(hào)用來(lái)調(diào)制多個(gè)被測(cè)信號(hào)；(2)探測(cè)器接收調(diào)制后所述多個(gè)被測(cè)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為被測(cè)模擬信號(hào)；(3)預(yù)放大器對(duì)所述被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行放大并輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器；(4)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由I^x口輸入到所述微處理器；(5)所述微處理器根據(jù)數(shù)字信號(hào)的幅值通過(guò)Py口控制所述預(yù)放大器的增益；(6)所述微處理器控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器以預(yù)設(shè)頻率f\、f2、…、fm最小公倍數(shù)C的4M 倍速度f(wàn)s = 4MX C對(duì)所述被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取采樣信號(hào)χ (η)，其中M為大于等于 1的正整數(shù)；(7)所述微處理器將采樣頻率fs= 4MXC依次下抽樣為預(yù)設(shè)頻率f\、f2、…、fm的四倍；(8)根據(jù)每次下抽樣后的采樣頻率和所述微處理器產(chǎn)生的相對(duì)應(yīng)的正交參考序列 ys (η)和(η)，計(jì)算對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)上的兩個(gè)正交分量&和Rc ；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道頻分信號(hào)快速檢測(cè)裝置與控制方法，微處理器產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)并按設(shè)定的速率由Pz口輸出，多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)用來(lái)調(diào)制多個(gè)被測(cè)信號(hào)；探測(cè)器接收調(diào)制后多個(gè)被測(cè)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為被測(cè)模擬信號(hào)；預(yù)放大器進(jìn)行放大并輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將放大的被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由Px口輸入到微處理器；根據(jù)數(shù)字信號(hào)的幅值通過(guò)Py口控制預(yù)放大器的增益；對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，分離出數(shù)字信號(hào)中攜帶的多個(gè)被測(cè)信號(hào)。微處理器控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器以預(yù)設(shè)頻率最小公倍數(shù)的4M倍速度對(duì)被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣頻率依次下抽樣為預(yù)設(shè)頻率的四倍，并計(jì)算每次下抽樣后對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)頻率數(shù)字信號(hào)的幅值A(chǔ)和相角θ。
文檔編號(hào)H03L7/085GK102361452SQ201110235809
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者劉近貞, 周梅, 李剛, 林凌, 郝麗玲 申請(qǐng)人:天津大學(xué)