[其他]用于识别信号分量的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于识别信号的频率分量的方法和设备;特别涉及一种用于在信号实时连续取样中进行快速傅里叶变换的方法和设备。

在已发表的文献中已经详细地叙述了用于进行离散的快速傅里叶变换的技术以及用于计算机计算的适当的算法，例如，见：“美国计算机协会通讯”（第11卷第10期，1968年10月出版，作者：G.Bergland）以及“计算数学19”（1965年4月出版，作者：Cooley-Tukey）。

也许，在用傅里叶技术进行信号分析时所遇到的最大问题是完成全部必要的计算所需的时间。快速傅里叶变换，尤其是Cooley-Tukey算法，已经使人们在计算过程中由于避免了不必要的和无用的计算而显著地节省了时间。傅里叶变换方法的固有特点是：在任何情况下，在每个变换周期中，都必须从零开始计算频率分量。实际上，这过程进行了那些包含低于信号中存在的最低频率的无用频率的计算，从而浪费了时间。本发明的目的之一是减少在进行傅里叶变换过程中为得到有用结果所需要的计算时间。

根据本发明，提供了一种通过在信号的实时连续取样中进行快速傅里叶变换，以便识别信号频率分量的信号分析方法;这种方法还与以下步骤相配合：（1）滤波，用于消除信号中的假频率;（2）以显著低于清楚地识别信号频率所需的最小速率的取样速度对经过滤波的信号进行取样。

采用这个方法的结果导致对调制信号的“欠取样”，也就是说，所采集的数据样品的间隔相对地宽，从而它们的值所对应的信号频率至少与两次谐波相关。最后的效果与采用外差法的步骤相似，并且消除了上边带频率。

本发明还提供一种完成以上方法的设备，它包括用于计算快速傅里叶变换算法的装置以及用于获得信号的实时连续取样的数据采集装置;后者有一个反混叠滤波器（anti-alias留一个空位filter），其输出端与数字取样装置相接，它以显著低于清楚识别信号频率所需的最小速率的取样速度对经过滤波的信号进行取样。

本发明在那些用于识别存在于接收信号中的调制的载波信号频率的装置中是有用的。

变换过程的计算结果包括：在每一个有限频谱宽度内，计算很多相近的频谱单元或波瓣中的每一个的总功率。傅里叶变换计算中所用的点的数量，连同取样速率一起，决定了频率分辨率和频率上限。某波瓣中的所有信号频率分量都对这个波瓣的总的计算功率图形产生影响。但是，傅里叶变换过程的特性导致一种扩展效应，使得各信号频率分量除了对所在波瓣的主要作用外，还对邻近波瓣产生干扰。在傅里叶变换的第一阶段，在数据取样进入数据存贮器之前，可以在数据取样中使用一种“窗口函数”，例如Hanning窗口函数。这将扩展频谱的中心波瓣而减小频谱的旁瓣。如果一个频率与变换的结果波瓣的中心频率重合，那末就不存在频率向邻近波瓣泄漏的问题;但是，如果频率是偏心的，那未就会向两个邻近的波瓣中的任何一个产生显著的功率泄漏;可以精确地计算出这种频偏。在Hanning窗口函数中，每一个数据取样都乘上一个系数，这个系数来自其周期等于半个取样采集周期的规范化余弦平方函数的对应部分。

本发明的一种形式应用于铁路无缝轨道电路接收机中，所接收的信号是轨道电路信号。给每一段轨道电路规定一个信号频率，没有相邻的段具有相同的信号频率;这种轨道电路信号由轨道电路发射机经由铁轨发射出来。最好在几种予先确定的编码频率信号中选择一种信号，调制上述发射信号。这种信号将被正在该铁路段中运行的适当地装备的铁路车辆接收;在这种情况下，用本人的待审中的中国专利申请第86103321号中所叙述的设备来分析这种讯号。在轨道的非占用段，信号将一直传输，直至到达轨道的边界。在那里，信号被轨道电路接收机接收，并用一种设备进行信号分析;这种设备正是本文叙述的主题。如果确实检测到这种区域载波频率，那末，将产生相应的输出信号，使区域占用继电器接通。

可以用一种识别码讯号调制基本的载波信号，另外，或者换句话说，可以用一种代表讯号调制载波信号，例如，可以使用代表最大车辆速度的讯号。为进一步检验道电路功能是否正常以及有没有受到不能接受电平的干扰，例如，来自其他轨道段的讯号，可以进行一种阀值电平试验。利用上述设备产生的变换结果，能够容易地进行这些检验。本文中的快速傅里叶变换信息处理机的特点，同时也是本发明的一个优点，即，全部轨道电路硬件在所有主要方面可以按相同的方案构成。调整每台发射机使其工作在予定的轨道电路频率。为使“标准”的接收机与特殊的发射机配套，唯一需要改变的是选择一个适当的反混叠滤波器。