一种将模拟信号转换为数字信息的方法

摘要

一种将模拟信号转换为数字信息的方法，属于信号处理领域。本发明为了解决现有的信号采样方法存在的采样率高，采样数据量大，采样结果冗余度大等一些问题。该方法包括如下步骤：配置并保存系统参数；发出开始命令，被测信号模块产生包含多个频点的被测模拟信号；被测信号经过功分器后被分为多路被测信号；触发模块产生矩形脉冲触发信号；产生多路各不相同的伪随机序列；信号调理模块对输入的被测信号和伪随机序列进行随机调制，然后将随机调制后的信号输入到采样模块；采样模块捕捉触发信号的下降沿，对步骤五所述的伪随机序列和步骤六所述的随机调制后的信号进行均匀采样；获取信号中的频谱信息。本发明方法用于实现模拟信号到信息的转换。

主权项

一种将模拟信号转换为数字信息的方法，其特征在于它包括如下步骤：步骤一：配置模拟/信息转换系统的软硬件参数，并保存系统参数；步骤二：发出开始命令，被测信号模块产生包含多个频点的被测信号，产生的被测信号幅值为1V，该信号包含的频率分量个数为K＝1～20，其中最大频率分量为f_max＜5kHz；所述被测信号模块采用PXIe‑5442任意波形发生器板卡实现；步骤三：被测信号经过功分器后被分为多路被测信号；第一路被测信号输入到信号调理模块，其余几路留作备用；所述多路被测信号中每一路信号的参数均相同，且它们的频谱与原信号相比幅值减小；步骤四：触发模块产生矩形脉冲触发信号，同时输入到伪随机序列模块和采样模块；所述矩形脉冲触发信号的高电平持续时间为T，T的大小可以根据系统特性进行适当调整；所述触发模块采用PXIe‑1042机箱的触发功能实现，通过LabVIEW编程控制硬件产生一种高电平持续时间为T＝0.5s的矩形脉冲触发信号；步骤五：伪随机序列模块捕捉到触发信号的上升沿后，开始产生多路各不相同的伪随机序列；第一路伪随机序列同时输入到信号调理模块和采样模块，其余几路留作备用；所述伪随机序列是一种每个时刻幅值随机取值为±A的二值序列，通过数字到模拟转换的方式产生，幅值随机改变的频率为f_p且f_p≥2·f_max；伪随机序列采用10阶最大线性反馈移位寄存器序列，即m序列，其幅值随机改变的频率为f_p＝10kHz，幅值变化时取值是+1V，或者是‑1V；该m序列通过LabVIEW编程控制PXIe‑6368板卡的模拟输出端口来产生；步骤六：信号调理模块对输入的被测信号和伪随机序列进行随机调制，然后将随机调制后的信号输入到采样模块；所述随机调制包括信号相乘、调理放大和低通滤波；其中信号相乘采用模拟乘法器AD633实现，其带宽为w₁，w₁≥f_p；调理放大采用固定增益运算放大器LT1101实现，其带宽为w₂，w₂≥f_p；低通滤波采用模拟低通滤波器芯片MAX275实现，且模拟低通滤波器的截止频率为f_c；w₁＝1MHz，f_p＝10KHz，f_c＝1kHz，采用的固定增益运放为opa3832，其带宽为80MHz；所述信号调理模块包括固定增益运算放大器；步骤七：采样模块捕捉触发信号的下降沿，对步骤五所述的伪随机序列和步骤六所述的随机调制后的信号进行均匀采样；采样过程通过LabVIEW编程控制PXIe‑6368的模拟输入端口来实现，其采样所用的A/D位数是16位；对伪随机序列的采样率为f_p，采样结果为列向量p[n]，n＝1,2,…,N；对随机调制后的信号的采样率为f_s，f_s≥2·f_c；采样结果为列向量y[m]，m＝1,2,…M；f_p＝10kS/s，f_s＝2kS/s≥2·f_c；步骤八：采样模块将采样得到的数据传输到信号重构模块，上位机先根据系统各模块的特性、伪随机序列采样值p[n]、以及傅里叶逆变换矩阵，计算出系统的感知矩阵Θ，即系统的数学模型，其维数为M×N，然后调用信号重构算法，利用感知矩阵Θ和随机调制后的采样结果y[m]获取信号中的频谱信息；在步骤一中，所述模拟/信息转换系统需要循环协调伪随机序列的产生、触发信号的产生、数据采样这三大类任务：系统先产生触发信号，伪随机序列模块收到触发信号的上升沿开始持续产生伪随机序列，采样模块收到触发信号的下降沿开始采集数据；触发信号产生结束后，触发模块复位到初始点待命；数据采集任务结束后采样模块也复位到初始点待命；同样，伪随机序列产生结束后也复位到初始点待命，当三个模块都完成复位，进入待命状态时，下一次循环就随即开始进行，如此循环直到用户按下停止按键，或完成规定的循环次数。