[发明专利]一种基于无盲区数字信道化的宽带实时谱分析系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于无盲区数字信道化的宽带实时谱分析系统及方法。首先根据数字信道化通道数，对待分析信号进行顺序延迟，并对各独立通道进行并行抽样，经由多相滤波器，对滤波结果进行并行DFT运算。然后对各通道输出结果进行FFT频域分析，根据通道重叠程度裁剪频域结果，并调整通道次序。最后将各通道输出结果进行拼接，则得到待处理信号的频域分析结果。本发明利用了信道重叠和通道频域拼接技术有效地解决了通道之间的盲区问题，避免了滤波器的边界效应，对各通道输出信号进行了“无缝”拼接，解决了多个信号或跨信道信号的进行全概率监测的问题，提高了信号分析的频率分辨率，使得接收机具备了全带宽全概率截获能力，具有广阔的发展空间和应用前景。

主权项

一种基于无盲区的数字信道化的宽带实时谱分析系统，其特征在于：包括：并行抽取模块、多相滤波模块、DFT模块、FFT模块、重叠裁剪模块、信道拼接模块；并行抽取模块，根据需要的信道个数D，对输入时间序列信号x(1:1:n)，进行序列抽样，产生D个通道并行信号，每个通道并行信号序列长度J＝n/D，x(a:b:c)代表从a到c步长为b的一个序列，括号中的第一个数a、第二个数b和最后一个数均用冒号隔开，第一个数代表输入时间序列信号的第一个数的序号，括号中的最后一个数代表输入时间序列信号的最后一个数的序号，括号中的第二个数代表输入时间序列信号的序号的步长，D个通道依次传输信号x1、x2、x3、…、xD依次为：x1＝x(1:D:(n‑D+1))，x2＝x(2:D:(n‑D+2))，x3＝x(3:D:(n‑D+3))，……，xD＝x(D:D:n)；并行抽取模块将该D个通道并行信号输出到多相滤波模块；多相滤波模块，根据通道个数D，生成(D·L‑1)阶低通FIR滤波器，L为设定的每个通道滤波器的阶次，得到滤波器系数f(1:1:D·L)，滤波器系数的长度为(D·L)，f(1:1:D·L)的第一个数、第二个数和最后一个数均用冒号隔开，括号中的第一个数代表滤波器系数的第一个数的序号，括号中的D·L代表滤波器系数的最后一个数的序号，括号中的第二个数代表滤波器系数序号的步长，对该滤波器系数f(1:1:D·L)进行序列抽样，产生D个通道的并行滤波器系数，即多相滤波器系数，每个并行滤波器系数长度为L；D个通道的并行滤波器系数，即多相滤波器系数f1、f2、f3、…，fD依次为：f1＝f(1:D:(D·L‑D+1))，f2＝f(2:D:(D·L‑D+2))，f3＝f 3:D:(D·L‑D+3))，……，fD＝f(D:D:D·L)；根据多相滤波器系数f1、f2、f3、…，fD，对并行抽取模块输出的并行抽取后的D个通道并行信号进行多相滤波，即进行卷积运算“*”，得到多相滤波模块输出信号h1、h2、h3、……、hD为：h1＝x1*f1，h2＝x2*f2，h3＝x3*f3，……，hD＝xD*fD；式中h1到hD分别为第一个通道到最后一个通道的并行信号多相滤波后的信号；多相滤波模块将该多相滤波模块输出信号h1、h2、h3、……、hD送至DFT模块；设每个多相滤波模块输出信号中包含的元素数为J，即h1包含：元素h1(1)、h1(2)、h1(3)、…、h1(J)，h2包含：元素h2(1)、h2(2)、h2(3)、…、h2(J)；h3包含：元素h3(1)、h3(2)、h3(3)、…、h3(J)；…，hD包含：元素hD(1)、hD(2)、hD(3)、…、hD(J)；DFT模块，将每个多相滤波模块输出信号的第1个元素顺序拼接排列得到[h1(1),h2(1),h3(1),……,hD(1)]，将每个多相滤波模块输出信号的第2个元素顺序拼接排列得到[h1(2),h2(2),h3(2),……,hD(2)]，将每个多相滤波模块输出信号的第3个元素顺序拼接排列得到[h1(3),h2(3),h3(3),……,hD(3)]，…，将每个多相滤波模块输出信号的第J个元素顺序拼接排列得到[h1(J),h2(J),h3(J),……,hD(J)]；然后经过DFT变换后得到J个通道的离散傅里叶变化后的信号g1、g2、g3……gJ，每个通道的离散傅里叶变化后的信号的序列长度为D，每个离散傅里叶变化后的信号g1、g2、g3……gJ依次如下：g1＝DFT[h1(1),h2(1),h3(1),……,hD(1)]，g2＝DFT[h1(2),h2(2),h3(2),……,hD(2)]，g3＝DFT[h1(3),h2(3),h3(3),……,hD(3)]，……，gJ＝DFT[h1(J),h2(J),h3(J),……,hD(J)]；设每个离散傅里叶变化后的信号中包含的元素数为D，每个元素的长度为：每个离散傅里叶变化后的信号的长度除以D，即g1包含：元素g1(1)、g1(2)、g1(3)、…、g1(D)；g2包含：元素g2(1)、g2(2)、g2(3)、…、g2(D)；g3包含：元素g3(1)、g3(2)、g3(3)、…、g3(D)；gJ包含gJ(1)、gJ(2)、gJ(3)、…、gJ(D)；将每个离散傅里叶变化后的信号的第1个元素顺序拼接排列得到信号y1，即[g1(1),g2(1),g3(1),……,gJ(1)]；将每个离散傅里叶变化后的信号的第2个元素顺序拼接排列得到信号y2，即[g1(2),g2(2),g3(2),……,gJ(2)]；将每个离散傅里叶变化后的信号的第3个元素顺序拼接排列得到信号y3，即[g1(3),g2(3),g3(3),……,gJ(3)]；将每个离散傅里叶变化后的信号的第D个元素顺序拼接排列得到信号yD，即[g1(D),g2(D),g3(D),……,gJ(D)]；则y1、y2、y3、…、yD如下：y1＝[g1(1),g2(1),g3(1),……,gJ(1)]，y2＝[g1(2),g2(2),g3(2),……,gJ(2)]，y3＝[g1(3),g2(3),g3(3),……,gJ(3)]，……，yD＝[g1(D),g2(D),g3(D),……,gJ(D)]；DFT模块将y1、y2、y3、…、yD送至FFT模块；FFT模块，对y1、y2、y3、…、yD分别进行FFT频域变化后，得到多通道的频域信息Y1、Y2、Y3、…、YD，即Y1＝FFT(y1)，Y2＝FFT(y2)，Y3＝FFT(y3)，……，YD＝FFT(yD)，式中FFT表示FFT变换，将Y1、Y2、Y3、…、YD送至重叠裁剪模块；重叠裁剪模块，将多通道的频域信息进行裁剪，裁剪方式如下：对通道序号小于或等于(D/2)的通道中的频域信息，裁剪为频域信息Z1、Z2、Z3、…、ZD/2如下：Z1＝Y1((J/4+1):1:3J/4)，Z2＝Y2((J/4+1):1:3J/4)，Z3＝Y3((J/4+1):1:3J/4)，……，ZD/2＝YD/2((J/4+1):1:3J/4)；对通道序号大于D/2的通道中的频域信息，裁剪为频域信息Z(D/2+1)、Z(D/2+2)、Z(D/2+3)、…、ZD如下：Z(D/2+1)＝Y(D/2+1)(J/4:1:(3J/4‑1))，Z(D/2+2)＝Y(D/2+2)(J/4:1:(3J/4‑1))，Z(D/2+3)＝Y(D/2+3)(J/4:1:(3J/4‑1))，……，ZD＝YD(J/4:1:(3J/4‑1))；重叠裁剪模块将裁减后的Z1、Z2、Z3、…、ZD送至信道拼接模块；信道拼接模块，对重叠裁剪模块输出的多通道频域信息Z1、Z2、Z3、…、ZD中通道序号小于或等于D/2的通道中的频域信息，保持不变，得到频域信息P1、P2、P3、…、P(D/2)；P1＝Z1，P2＝Z2，P3＝Z3，……，P(D/2)＝Z(D/2)；对重叠裁剪模块输出的多通道频域信息中通道序号大于D/2的通道，进行反序操作，得到频域信息P(D/2+1)、P(D/2+2)、P(D/2+3)、…、P(D)如下：P(D/2+1)＝WREV(Z(D/2+1))，P(D/2+2)＝WREV(Z(D/2+2))，P(D/2+3)＝WREV(Z(D/2+3))，……，P(D)＝WREV(Z(D))；式中WREV(·)表示对(·)中的序列元素进行反序操作，Z(D/2+1)包含的元素z(D/2+1)(1)、z(D/2+1)(2)、z(D/2+1)(3)、…、z(D/2+1)(J/2)，反序调整为P(D/2+1)的元素z(D/2+1)(J/2)、z(D/2+1)(J/2‑1)、z(D/2+1)(J/2‑2)、…、z(D/2+1)(1)；Z(D/2+2)包含的元素z(D/2+2)(1)、z(D/2+2)(2)、z(D/2+2)(3)、…、z(D/2+2)(J/2)，反序调整为P(D/2+2)的元素z(D/2+2)(J/2)、z(D/2+2)(J/2‑1)、z(D/2+2)(J/2‑1)、…、z(D/2+2)(1)；Z(D/2+3)包含的元素z(D/2+3)(1)、z(D/2+3)(2)、z(D/2+3)(3)、…、z(D/2+3)(J/2)，反序调整为P(D/2+3)的元素z(D/2+3)(J/2)、z(D/2+3)(J/2‑1)、z(D/2+3)(J/2‑1)、…、z(D/2+3)(1)；Z(D)包含的元素z(D)(1)、z(D)(2)、z(D)(3)、…、z(D)(J/2)，反序调整为P(D)的元素z(D)(J/2)、z(D)(J/2‑1)、z(D)(J/2‑2)、…、z(D)(1)；即将Z(D/2+1)、Z(D/2+2)、Z(D/2+3)、…、Z(D)中的元素由从小到大排列变为从大到小排列后，得到P(D/2+1)、P(D/2+2)、P(D/2+3)、…、P(D)；对反序调整后的各通道序列P1、P2、P3、…、PD，根据序号大小进行重排拼接，即：通道序号小于或等于(D/2)的通道，进行通道逆序，得到序列M＝[P(D/2),P(D/2‑1),P(D/2‑2),……,P(1)]，通道序号大于(D/2)的通道，通道序号保持不变，得到序列N＝[P(D/2+1),P(D/2+2),P(D/2+3),……,P(D)]，对N、M序列进行交叉排列，得到无盲区数字信道化输出的宽带实时谱Q：Q＝[P(D/2+1),P(D/2),P(D/2+2),P(D/2‑1),P(D/2+3),P(D/2‑2),……,P(D),P(1)]。