專利名稱：一種微弱信號的快速提取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及微弱信號檢測技術(shù)，具體地說是 一種微弱信號的快速 提取裝置，可被應(yīng)用為信號檢測、目標(biāo)識別等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工程應(yīng)用中經(jīng)常會出現(xiàn)噪聲或干擾的能量比較強(qiáng)，有時候可以和目 標(biāo)信號相比擬甚至將目標(biāo)信號全部淹沒，這時候如果按照傳統(tǒng)的檢測方法 進(jìn)行提取很容易造成信息丟失或出錯，甚至不可能將目標(biāo)信號提取出來。 在很多應(yīng)用中，要求實時的監(jiān)測目標(biāo)信號的位置，如果通過非常復(fù)雜的算 法提取出了目標(biāo)信號，但是系統(tǒng)的延遲是不可接受的，同樣達(dá)不到實時目 標(biāo)信號檢測的目的，針對以上情況， 一種微弱信號的快速提取裝置就有了 重要意義，而目前尚未出現(xiàn)針對這種微弱信號的快速提取裝置。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提 供一種可將淹沒在噪聲中的目標(biāo)信號提取出來的微弱信號的快速提取裝 置。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型釆用的技術(shù)方案是 本實用新型一種微弱信號的快速提取裝置具有 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對混和強(qiáng)噪聲的原始目標(biāo)信號進(jìn)行釆樣； 主控邏輯器件，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號，利用從大目標(biāo)信號中提
取的原始特征向量或經(jīng)過循環(huán)更新的特征向量對釆樣信號進(jìn)行快速提取計
算得到離散化的目標(biāo)信號；
數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將主控邏輯器件輸出的最后提取的離散化的目標(biāo)信號轉(zhuǎn) 換成模擬信號輸出。
所述主控邏輯器件內(nèi)部具有以下單元
模數(shù)轉(zhuǎn)換控制邏輯單元，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號；
快速提取單元，將模數(shù)轉(zhuǎn)換控制邏輯單元及特征向量計算單元輸入的 信號進(jìn)行目標(biāo)信號快速提取，去除強(qiáng)噪聲，得到離散化的目標(biāo)信號通過數(shù) 模轉(zhuǎn)換控制邏輯單元輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
特征向量計算單元，對從大目標(biāo)信號中提取的原始特征向量及由限幅 平滑單元輸出的離散化的目標(biāo)信號進(jìn)行處理，得到新的特征向量；
數(shù)模轉(zhuǎn)換控制邏輯單元，將快速提取單元輸出的離散化目標(biāo)信號轉(zhuǎn)換 成模擬信號輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
所述主控邏輯器件內(nèi)部還具有限幅平滑單元，對快速提取單元輸出的具有振蕩的目標(biāo)信號進(jìn)行限幅及平滑處理，得到平滑的離散化的目標(biāo)信號， 通過數(shù)模轉(zhuǎn)換控制邏輯單元輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
所述快速提取單元具有基本計算模塊、循環(huán)控制模塊、累加模塊及計 數(shù)模塊，其中基本計算模塊對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號及特征向量計算單元 輸入的特征向量進(jìn)行逐點乘加計算；循環(huán)控制模塊根據(jù)計數(shù)模塊的數(shù)值對 基本計算模塊進(jìn)行循環(huán)控制；累加模塊對基本計算模塊的計算結(jié)果進(jìn)行累
加并輸出；計數(shù)模塊對基本計算模塊的計算次數(shù)進(jìn)行累加。 所述主控邏輯器件為FPGA或DSP。
本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點
1. 提取快速。本實用新型利用主控邏輯器件對混有強(qiáng)噪聲的微弱目標(biāo) 信號進(jìn)行提取，通過主控邏輯器件內(nèi)部的基本計算模塊進(jìn)行逐點乘加計算，
可將淹沒在噪聲中的目標(biāo)信號快速提取出來，達(dá)到檢測目標(biāo)信號的目的；
2. 實時性強(qiáng)。本實用新型利用大規(guī)模邏輯電路實現(xiàn)快速算法，在資源 少、速度快、功耗低，適合在實時性要求高的場合使用。


圖l為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖2為本實用新型中快速提取單元的結(jié)構(gòu)示意圖3為本實用新型工作過程流程圖。
具體實施方式
如圖l、 2所示，本實用新型包括以下部分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對混和強(qiáng)噪 聲的原始信號進(jìn)行釆樣；主控邏輯器件，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號，利 用從大目標(biāo)信號中提取的原始特征向量或經(jīng)過循環(huán)更新的特征向量對釆樣 信號進(jìn)行快速提取計算得到離散化的目標(biāo)信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將主控邏輯 器件輸出的最后提取的離散化的目標(biāo)信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。
所述主控邏輯器件內(nèi)部具有以下單元模數(shù)轉(zhuǎn)換控制邏輯單元，接收 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號；快速提取單元，將模數(shù)轉(zhuǎn)換控制邏輯單元及特征 向量計算單元輸入的信號進(jìn)行目標(biāo)信號快速提取，去除強(qiáng)噪聲，得到離散 化的目標(biāo)信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出最終目標(biāo)信號；特征向量計算單元，對 從大目標(biāo)信號中提取的原始特征向量及由限幅平滑單元輸出的離散化的目 標(biāo)信號進(jìn)行處理，得到新的特征向量。所述主控邏輯器件內(nèi)部還具有限幅 平滑單元，對快速提取單元輸出的具有振蕩的目標(biāo)信號進(jìn)行限幅及平滑處 理，得到平滑的離散化的目標(biāo)信號，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出最終目標(biāo)信號。
所述快速提取單元具有基本計算模塊、循環(huán)控制模塊、累加模塊及計 數(shù)模塊，其中基本計算模塊對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號及特征向量計算單元 輸入的特征向量進(jìn)行逐點乘加計算；循環(huán)控制模塊根據(jù)計數(shù)模塊的數(shù)值對 基本計算模塊進(jìn)行循環(huán)控制；累加模塊對基本計算模塊的計算結(jié)果進(jìn)行累
加；計數(shù)模塊對基本計算模塊的計算次數(shù)進(jìn)行累加。
上述主控邏輯器件可為FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)或DSP (數(shù)字信號處理器)。
本實用新型的工作原理如下頻率、幅度和相位是信號的三個組成部 分，只要將信號(本實施例以紅外傳感器信號為例)的這三個特征表示出 來就可提取該信號，但有時候不可能同時得到這三個特征量，可以根據(jù)其 中的一個或兩個特征量將信號提取出來，本實用新型就是利用信號的幅度 特性或者頻率特性將信號提取出來，通過大規(guī)模邏輯器件(本實施例釆用
FPGA， EP1C12)存儲特征向量，隨著信號釆樣的不斷進(jìn)行，經(jīng)過釆樣噪聲 和目標(biāo)信號同時進(jìn)入算法的輸入，將特征向量和釆集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，目 標(biāo)信號就可以有很高的放大倍數(shù)，噪聲放大倍數(shù)卻非常小，這樣將數(shù)據(jù)進(jìn) 行切割處理就可完全剔除噪聲信號，達(dá)到提取信號的目的，目標(biāo)信號的幅 度可能隨著時間變化，只要實時調(diào)整特征向量，就可以適應(yīng)目標(biāo)信號的變 化。整個算法的核心是快速提取單元中的基本計算單元，而決定計算大小 的是特征向量的點數(shù)，本實用新型通過基本計算單元的設(shè)計來實現(xiàn)快速運 算。
如圖3所示，本實用新型的工作過程如下 對混和強(qiáng)噪聲的原始信號進(jìn)行釆樣；
對上述釆樣信號和特征向量進(jìn)行快速提取，得到去除強(qiáng)噪聲的離散化 的目標(biāo)信號；
根據(jù)離散化的目標(biāo)信號調(diào)整特征向量的值，得到新的特征向量，給下 一次計算采用；
對上述振蕩的目標(biāo)信號進(jìn)行限幅及平滑處理； 通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出最終目標(biāo)信號。
其中上述快速提取包括以下步驟對釆樣信號及特征向量進(jìn)行逐點乘 加計算；對計算次數(shù)進(jìn)行累加；根據(jù)計算次數(shù)對乘加計算進(jìn)行循環(huán)控制。
本實施例中特征向量取256點，基本計算單元取32點，那么累加次數(shù) 為256/32=8，基本單元把計算結(jié)果輸出給累加單元，累加8次后得到最終 結(jié)果。
口數(shù)據(jù)在基本計算單元的計算過程，通過對m個點的逐點乘加運算，得 到了基本計算模塊的計算結(jié)果x(n),這個基本計算模塊決定了本實用新型 的主控邏輯器件中邏輯單元的數(shù)量。將基本計算單模塊作為控制核心，循 環(huán)利用該基本計算模塊，最后得到了離散化的目標(biāo)信號輸出y(n)，循環(huán)的 次數(shù)決定了本實用新型的時間響應(yīng)。
占用的邏輯資源和裝置的響應(yīng)時間是矛盾的，可以通過測試來確定基 本計算模塊的點數(shù)和循環(huán)次數(shù)，以達(dá)到最好的效果、消耗最少的邏輯資源， 又有很好的響應(yīng)時間。
權(quán)利要求1. 一種微弱信號的快速提取裝置，其特征在于具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對混和強(qiáng)噪聲的原始目標(biāo)信號進(jìn)行采樣；主控邏輯器件，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣信號，輸出離散化的目標(biāo)信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將主控邏輯器件輸出的最后提取的離散化的目標(biāo)信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。
2. 按權(quán)利要求1所述的微弱信號的快速提取裝置，其特征在于所述主 控邏輯器件內(nèi)部具有以下單元模數(shù)轉(zhuǎn)換控制邏輯單元，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號；快速提取單元，將模數(shù)轉(zhuǎn)換控制邏輯單元及特征向量計算單元輸入的 信號進(jìn)行目標(biāo)信號快速提取，去除強(qiáng)噪聲，得到離散化的目標(biāo)信號通過數(shù) 模轉(zhuǎn)換控制邏輯單元輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換器；特征向量計算單元，接收從大目標(biāo)信號中提取的原始特征向量及由限 幅平滑單元輸出的離散化的目標(biāo)信號進(jìn)行處理，輸出新的特征向量；數(shù)模轉(zhuǎn)換控制邏輯單元，將快速提取單元輸出的離散化目標(biāo)信號轉(zhuǎn)換 成模擬信號輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
3. 按權(quán)利要求2所述的微弱信號的快速提取裝置，其特征在于所述 主控邏輯器件內(nèi)部還具有限幅平滑單元，對快速提取單元輸出的具有振蕩 的目標(biāo)信號進(jìn)行限幅及平滑處理，得到平滑的離散化的目標(biāo)信號，通過數(shù) 模轉(zhuǎn)換控制邏輯單元輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
4. 按權(quán)利要求2所述的微弱信號的快速提取裝置，其特征在于所述 快速提取單元具有基本計算模塊、循環(huán)控制模塊、累加模塊及計數(shù)模塊， 其中基本計算模塊接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣信號及特征向量計算單元輸入的 特征向量進(jìn)行逐點乘加計算；循環(huán)控制模塊接收計數(shù)模塊的數(shù)值對基本計算模塊進(jìn)行循環(huán)控制；累加模塊接收基本計算模塊的計算結(jié)果進(jìn)行累加并 輸出；計數(shù)模塊接收基本計算模塊的計算次數(shù)進(jìn)行累加。
5. 按權(quán)利要求1所述的微弱信號的快速提取裝置，其特征在于所述 主控邏輯器件為FPGA或DSP。
專利摘要本實用新型涉及一種微弱信號的快速提取裝置，該裝置具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對混和強(qiáng)噪聲的原始目標(biāo)信號進(jìn)行采樣；主控邏輯器件，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣信號，利用從大目標(biāo)信號中提取的原始特征向量或經(jīng)過循環(huán)更新的特征向量對采樣信號進(jìn)行快速提取計算得到離散化的目標(biāo)信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將主控邏輯器件輸出的最后提取的離散化的目標(biāo)信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。本實用新型提取快速，實時性強(qiáng)，可將淹沒在噪聲中的目標(biāo)信號快速提取出來，達(dá)到檢測目標(biāo)信號的目的，利用大規(guī)模邏輯電路實現(xiàn)快速算法，在資源少、速度快、功耗低，適合在實時性要求高的場合使用。
文檔編號H03K19/173GK201247066SQ20082001328
公開日2009年5月27日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者佟新鑫, 丹 朱, 王慶山, 王恩德 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所