[发明专利]一种用于解调含有高斯有色噪声信号的递推解调器

说明书

本发明涉及一种用于解调含有高斯有色噪声信号的递推解调器的设计，其包括采样模块、误差估计模块、相关性计算模块以及差分解调模块。先设置采样频率，对待测信号采样；然后使用误差估计模块对信号进行递推估算，计算估计误差；再以此估计误差为输入，根据设置的有色噪声模型的阶次与H无穷控制算子，设计相关性计算模块，递推计算噪声的相关性矩阵；递推到k_m次后，根据相关性矩阵的计算结果设置差分解调模块的阶次参数，对采样信号进行解调计算，判断解调结果是否符合精度要求，达到要求后输出解调结果。本发明的特点是整个解调过程以递推迭代形式实现，可根据解调的精度要求灵活选取递推次数，便于硬件实现。可用于电学层析成像的信号解调。

技术领域

本发明涉及一种用于解调含有高斯有色噪声信号的递推解调器的设计，属于信号处理领域。

背景技术

电学层析成像技术是一种在待测量的空间域边界施加电信号的激励，再通过在空间域的另一边界对经过空间域的激励信号的测量，从而解算出待测空间域的电学参数，据此利用以图像重建算法为主的相关数学算法对空间域的电学参数分布情况进行反演，进而对空间域的介质分布进行分析的技术。电学层析成像系统的电学激励源以正弦信号为主，通过在另一空间域边界检测正弦信号并对从测量的信号中解调出幅值和相位信息从而实现对相关参数的解算，这一过程称为信号的相敏解调过程，是过程层析成像技术中信息获取的关键过程，其准确度与速度直接影响了后续重建过程的准确度与速度。通常，被检测到的正弦信号往往含有一定的噪声，噪声的大小和种类与工作环境相关，因此相敏解调的过程中所要考虑与讨论的一个重要的问题是抑制噪声的影响。

按照解调的实现方式可以将目前的解调方法分为模拟式信号解调与数字式信号解调。模拟式信号解调需要建立低通滤波器，其截止频率与响应时间难以同时保证，因而其解调速度与解调的稳定度难以同时保证，不适应于高速场合。而不断发展起来的数字式信号解调方法随着高性能的数字处理器件的发展越来越体现出其在实时性和高速性等方面的优势。

数字解调过程的数据采集是通过A/D转换器对待测信号进行采样，再利用相关数字信号处理器件进行相关数值计算，获取信号的幅值与相位信息，实现解调。数字解调的算法原理主要是基于离散傅里叶变换(DFT)的原理。结合数字信号处理器的相关特点，目前主要发展出了快速傅里叶变换(FFT)与正交序列变换的两种形式。其中FFT的解调方式不具有针对性，不能高效的处理频率已知的信号解调任务。正交序列解调从DFT的原理出发，其要求采样序列长度必须覆盖混频激励信号的整数个周期(由最低频率分量的信号周期决定)才能解调出测量信号在所有频率分量下的幅值和相位信息，这在很大程度上降低了解调方法的灵活性。

专利“一种用于电学层析成像系统的递推解调方法”(专利号：ZL201210016831.9)中提出一种基于递推最小二乘方法的解调方法，专利“一种用于电学层析成像系统的信息滤波解调方法”(专利号：ZL201310325488.0)与专利“一种多频信息滤波递推解调方法(申请号： 201510893984.5)”提出了一种基于信息滤波的解调方法，这些方法未在算法设计阶段考虑噪声对解调结果的影响，在面对信号中含有有色噪声的情况下解调性能下降明显。

本发明提出了一种用于解调含有高斯有色噪声的信号的递推解调器的设计，在设计初期考虑了噪声信号对解调结果的影响。基于最小二乘估计理论，考虑该理论在电学层析成像的工程应用中的实际特点，设计了采样模块、误差估计模块、相关性计算模块以及差分解调模块，实现了信号的采样、初步解调估计、噪声的相关性估计，以及以差分形式补充了噪声的相关性信息的差分解调过程。其主要优点如下：(1)计算噪声的相关性并以差分形式补充到差分解调过程，保证针对含有有色噪声信号的解调精度的同时使得计算过程的能够递推实现；(2)整个过程采用递推过程，四个部分的计算可以流水式进行，节省硬件的存储空间； (3)递推过程中，解调器能够随着采样数据的不断输入能够得到更佳的解调结果，可以根据要求的精度灵活选取计算次数，节省计算时间。

发明内容