一種結合混合基fft的相關辨識處理系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，包括：第一發(fā)送模塊、第一系統(tǒng)模塊、第一時間同步模塊、第一接收模塊、第一自相關模塊、第一混合基FFT處理模塊、第一互相關模塊、第二混合基FFT處理模塊和第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊。本系統(tǒng)結合了混合基FFT和頻域相關辨識的改進處理部分，使得辨識的效率和結果都能得到很好的平衡，尤其是頻域相關辨識的改進，解決了頻域除數(shù)中的頻率點為0的問題，得到辨識結果的幅度譜的更準確。
【專利說明】
-種結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)及其方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明設及一種結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)及其方法。
【背景技術】
[0002] 隨著智能儀器的不斷發(fā)展，探測系統(tǒng)的裝置也不斷地新，采樣率和分辨率大幅度 提升。對較大的系統(tǒng)(比如大地系統(tǒng))探測時，通常會得到很大的數(shù)據(jù)量。所W對應的方法也 應該有專口處理大數(shù)據(jù)量的相關辨識法。由于相關辨識的高效性和抗噪性，運種辨識方法 除了在傳統(tǒng)的控制領域應用外，在地下物質(zhì)探測也逐步得到應用。運種系統(tǒng)探測的方法結 合GPS同步技術、IPM控制等技術，在大地辨識W及海洋辨識中會有很大的用武之地。
[0003] 在系統(tǒng)辨識的過程中，我們經(jīng)常會用到FFT函數(shù)來求解系統(tǒng)的頻域響應。通常的 FFT都是基-2的FFT，它對于要做變換點數(shù)的要求是FFT的點數(shù)是2的整數(shù)次幕。但是我們發(fā) 送和采樣的數(shù)據(jù)往往因為采樣率和時間的控制，不能完全的恰好滿足運個條件，因而對一 般的點數(shù)的FFT的計算就顯得比較重要。選擇混合基FFT作為轉換到頻域的方法，使用者不 用考慮對待處理的點是否補零W及由于補零產(chǎn)生的一系列頻率分辨率導致的頻譜錯誤的 問題；同時，根據(jù)輸入和輸出求解系統(tǒng)函數(shù)的問題，本質(zhì)是一個黑盒問題，最終將會轉化為 解反卷積的問題。然而解反卷積本身存在一系列的病態(tài)問題，我們在頻域中求解系統(tǒng)的沖 激響應時，就遇到了多倍速采樣下除數(shù)為零的時候，幅度譜的頻點會劇烈震蕩。在處理運個 問題時，我們采用了改進的除法單元，有效的抑制了運個問題的產(chǎn)生，使得到的幅度辨識結 果準確度大大提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術解決問題:解決了傳統(tǒng)FFT處理效率低和頻點不精確的問題，解決了 多倍速下自相關譜零點對辨識結果產(chǎn)生較大震蕩的問題。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案為:一種結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，包括:第一 發(fā)送模塊、第一系統(tǒng)模塊、第一時間同步模塊、第一接收模塊、第一自相關模塊、第一混合基 FFT處理模塊、第一互相關模塊、第二混合基FFT處理模塊和第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊，其中第 一自相關模塊、第一混合基FFT處理模塊、第一互相關模塊、第二混合基FFT處理模塊和第一 系統(tǒng)函數(shù)求解模塊屬于數(shù)據(jù)處理部分;所述第一時間同步模塊與第一發(fā)送模塊和第一接收 模塊相連，第一發(fā)送模塊再與第一自相關模塊和互相關模塊相連，第一接收模塊與第一時 間同步模塊、第一系統(tǒng)模塊、第一互相關模塊相連，系第一統(tǒng)模塊與第一發(fā)送模塊、第一互 相關模塊相連。第一自相關模塊與第一混合基FFT處理模塊相連;第一互相關模塊與第二混 合基FFT處理模塊相連;第一混合基FFT處理模塊和第二混合基FFT處理模塊與第一系統(tǒng)函 數(shù)求解模塊相連；
[0006] 所述第一發(fā)送模塊根據(jù)第一時間同步模塊給大地系統(tǒng)發(fā)送m序列，同時采集發(fā)送 的電壓，得到發(fā)送的數(shù)據(jù)包X;所述第一信號接收模塊的功能是完成經(jīng)過系統(tǒng)的電流信號的 接收。按照時間同步模塊設置的預定時刻，第一信號接收模塊接收經(jīng)過大地的電壓信號，從 而形成數(shù)據(jù)包y;
[0007]所述第一自相關模塊包括第一累加單元、第一自相關處理單元。其中第一累加單 元和第一自相關處理單元相連，第一累加單元和第一發(fā)送模塊相連后和第一自相關處理單 元相連，數(shù)據(jù)X經(jīng)過該模塊后得到發(fā)送信號的自相關結果；
[000引所述第一混合基FFT處理模塊包括第一混合基FFT算子單元和第一自相關頻域存 儲單元。第一混合基FFT算子單元分別與第一自相關處理單元W及第一自相關頻域存儲單 元相連。自相關結果經(jīng)過該模塊后的得到了自相關的頻域結果，存儲在自第一相關頻域存 儲單元里。
[0009] 所述第一互相關模塊包括第二累加單元和第一互相關處理單元。第一發(fā)送模塊與 第二累加單元相連。第二累加單元與第一接收模塊相連，第二累加單元與第一互相關處理 單元相連。根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)，第一互相關模塊計算出發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的 互相關結果來。
[0010] 所述第二混合基FFT處理模塊包括第二FFT算子單元和第一互相關頻域存儲單元。 第二FFT算子單元分別與第一互相關處理單元和第一互相關頻域存儲單元相連。發(fā)送和接 收的數(shù)據(jù)經(jīng)過該模塊得到互相關的頻域結果，頻域的結果存儲在第一互相關頻域存儲單元 里面。
[0011] 第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊包括第一改進除法單元和第一系統(tǒng)辨識存儲單元。第一改 進除法單元分別和第一互相關頻域存儲單元、第一自相關頻域存儲單元與第一系統(tǒng)辨識存 儲單元相連。第一互相關頻域存儲單元和第一自相關頻域存儲單元經(jīng)過第一改進除法單 元，第一互相關頻域存儲單元除W第一自相關頻域存儲單元后，得到結果最終存儲在第一 系統(tǒng)辨識存儲單元。
[0012] 計算頻域所采用的FFT模塊使用了混合基，提高了頻域計算的精度，減小了計算 量。我們知道，對于離散的時域數(shù)據(jù)點，一般利用基-2FFT處理得到頻域結果。對于要做FFT 的點數(shù)M，一般需要滿足點數(shù)的個數(shù)為2"個，如果不足的話就會在數(shù)據(jù)的末尾補零。補零首 先會造成計算的頻域結果的分辨率的改變，運樣，如果原序列為周期信號(頻點是離散的） 的話，由于分辨率的改變，就由于誤差產(chǎn)生頻率分析的錯誤。而
【發(fā)明人】所發(fā)送的m序列本身 就是周期信號，運樣，如果使用基-2FFT處理得到頻域結果，必然會產(chǎn)生誤差。因此，我們使 用了混合基FFT?；旌匣挠嬎悴襟E如下所示：
[0013] 計算步驟如下所示：
[0014] 點數(shù)為M=rin的FFT，首先將計算的R(n)改寫為R(m，n〇)，
[0015] 其中 R(n) =R(r2m+n〇) =R(m ,n〇
[0016] 計算得到n個ri點FFT，得到Ri化日，no), M個做Ri化日，no)乘W相應的旋轉因子Wtf"， 組成於1化o，n〇)，然后計算得到R2化o，ki)計算公式為
[0017] R2(k〇，ki)=FFT(R'i(k〇，n〇))
[001引 ri個n點FFT，得到R2(ko，ki)，。然后按照R(ki，ko) =R2(ko，ki)進行整序之后，就可 W得到所求的數(shù)據(jù)的FFT結果R化)。
[0019]其中的ri和r康示FFT的基底，一般為質(zhì)數(shù)，此處的質(zhì)數(shù)是可W選擇的，比如15個數(shù) 據(jù)，基底選擇3和5,做3點FFT和5點FFTdR表示相關運算結果，Ri (ko, no)表示K個化點FFT結 果，R2化o，ki)表示ri個n點FFT。計算完FFT之后，如此，便可W得到數(shù)據(jù)的FFT結果，然后將之 應用于相關辨識中。
[0020] 在求解系統(tǒng)函數(shù)的幅度譜的過程，采用了去除了多倍速下除數(shù)頻點為0的算法，辨 識的幅度譜結果更精確。傳統(tǒng)的頻域相關辨識法直接用頻域相除得到結果，運種計算方式 存在很大的弊端，由于m序列的頻譜存在零點，在進行除法的時候，由于自相關頻域的幅度 存在近零點和0點，系統(tǒng)辨識幅度譜的結果就會有很大的跳動。為此，我們做了如下改進，在 求解系統(tǒng)函數(shù)的頻域響應的幅度譜時，按照如下式子進行
，其中Rxy(W) 為輸入輸出的互功率譜，Rxx(W)為輸入的自功率譜，A為新加入的微小常量，M直約為0.01時， 幅度譜辨識結果最佳。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0022] (1)本發(fā)明是基于混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，使用了混合基FFT作為頻域轉 換的工具，求解的速度比一般的使用傳統(tǒng)FFT方法的快很多。
[0023] (2)本發(fā)明可W抑制系統(tǒng)函數(shù)結果中頻率零點產(chǎn)生的震蕩，得到的幅度譜比較準 確，求解系統(tǒng)函數(shù)的相關辨識的方法做了很大的改進。
[0024] (3)本發(fā)明的相關辨識是在多次實驗的基礎上，選取的最優(yōu)添加參數(shù)。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明一種結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)的組成框圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明的一個具體實施示例的方法流程圖；
【具體實施方式】
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明一種結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，包括:第一發(fā)送模塊 1、第一系統(tǒng)模塊2、第一時間同步模塊3、第一接收模塊4、第一自相關模塊5、第一混合基FFT 處理模塊6、第一互相關模塊7第二、第一混合基FFT處理模塊8和系第一統(tǒng)函數(shù)求解模塊9， 其中第一自相關模塊5、第一混合基FFT處理模塊6、第一互相關模塊7、第二混合基FFT處理 模塊8和第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊9屬于數(shù)據(jù)處理部分;所述第一時間同步模塊3與第一發(fā)送 模塊1和第一接收模塊4相連，第一系統(tǒng)模塊與發(fā)送模塊和第一接收模塊相連，第一發(fā)送模 塊3再與第一自相關模塊5相連，第一自相關模塊5與第一混合基FFT處理模塊6相連;第一信 號接收模塊4與第一互相關模塊相連7、第一時間同步模塊和第一系統(tǒng)模塊，第一互相關模 塊7與第二混合基FFT處理模塊8相連;第一混合基FFT處理模塊6和第二混合基FFT處理模塊 8與系統(tǒng)函數(shù)求解模塊9相連；
[00%]所述第一發(fā)送模塊1根據(jù)第一時間同步模塊3給大地系統(tǒng)發(fā)送m序列，同時采集發(fā) 送的電壓，得到發(fā)送的數(shù)據(jù)包X;所述第一信號接收模塊4的功能是完成經(jīng)過系統(tǒng)的電流信 號的接收。按照第一時間同步模塊3設置的預定時刻，第一信號接收模塊4接收經(jīng)過大地的 電壓信號，從而形成數(shù)據(jù)包y;
[0029]所述第一自相關模塊5包括第一累加單元51、第一自相關處理單元52。其中第一累 加單元51和第一自相關處理單元52相連，第一累加單元52和第一發(fā)送模塊1相連后和第一 自相關處理單元52相連，數(shù)據(jù)X經(jīng)過該模塊后得到發(fā)送信號的自相關結果；
[0030] 所述第一混合基FFT處理模塊6包括第一混合基FFT算子單元61和第一自相關頻域 存儲單元62。第一混合基FFT算子單元61分別與第一自相關處理單元52 W及第一自相關頻 域存儲單元62相連。自相關結果經(jīng)過該模塊后的得到了自相關的頻域結果，存儲在第一自 相關頻域存儲單元62里。
[0031] 所述第一互相關模塊7包括第二累加單元71和第一互相關處理單元72。第一發(fā)送 模塊1與第二累加單元71相連。第二累加單元71與第一接收模塊4相連，第二累加單元71與 第一互相關處理單元72相連。根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)，第一互相關模塊7計算出發(fā)送 數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的互相關結果來。
[0032] 所述第二混合基FFT處理模塊8包括第二FFT算子單元81和第一互相關頻域存儲單 元82。第二FFT算子單元81分別與第一互相關處理單元71和第一互相關頻域存儲單元82相 連。發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過該模塊得到互相關的頻域結果，頻域的結果存儲在第一互相關 頻域存儲單元82里面。
[0033] 第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊9包括第一改進除法單元91和第一系統(tǒng)辨識存儲單元92。 第一改進除法單元91分別和第一互相關頻域存儲單元82、第一自相關頻域存儲單元62與第 一系統(tǒng)辨識存儲單元92相連。第一互相關頻域存儲單元82和第一自相關頻域存儲單元62經(jīng) 過第一改進除法單元91，第一互相關頻域存儲單元82除W第一自相關頻域存儲單元62后， 得到結果最終存儲在第一系統(tǒng)辨識存儲單元92。
[0034] 計算頻域所采用的FFT模塊使用了混合基，提高了頻域計算的精度，減小了計算 量。我們知道，對于離散的時域數(shù)據(jù)點，一般利用基-2FFT處理得到頻域結果。對于要做FFT 的點數(shù)M，一般需要滿足點數(shù)的個數(shù)為2"個，如果不足的話就會在數(shù)據(jù)的末尾補零。補零首 先會造成計算的頻域結果的分辨率的改變，運樣，如果原序列為周期信號(頻點是離散的） 的話，由于分辨率的改變，就由于誤差產(chǎn)生頻率分析的錯誤。而
【發(fā)明人】所發(fā)送的m序列本身 就是周期信號，運樣，如果使用基-2FFT處理得到頻域結果，必然會產(chǎn)生誤差。因此，我們使 用了混合基FFT。
[0035] 計算步驟如下所示：
[0036] 點數(shù)為M=rin的FFT，首先將計算的R(n)改寫為R(m，n〇)，
[0037] 其中 R(n) =R(r2m+n〇) =R(ni ,n〇
[003引計算得到n個ri點FFT，得到町化0，郵），1個做町化0，郵)乘^相應的旋轉因子町產(chǎn)1， 組成於1化o，n0)，然后計算得到R2化o，ki)計算公式為
[0039] R2(k〇，ki)=FFT(R'i(k〇，n〇))
[0040] ri個n點FFT，得到R2化0，ki)，。然后按照R化1，ko) =R2化0，ki)進行整序之后，就可 W得到所求的數(shù)據(jù)的FFT結果R化)。
[0041] 其中的ri和K表示FFT的基底，一般為質(zhì)數(shù)，此處的質(zhì)數(shù)是可W選擇的，比如15個數(shù) 據(jù)，基底選擇3和5,做3點FFT和5點FFTdR表示相關運算結果，Ri (ko, no)表示K個化點FFT結 果，R2化o，ki)表示ri個K點FFT。計算完FFT之后，如此，便可W得到數(shù)據(jù)的FFT結果，然后將之 應用于相關辨識中。在求解系統(tǒng)函數(shù)的幅度譜的過程，采用了去除了多倍速下除數(shù)頻點為0 的算法，辨識的幅度譜結果更精確。傳統(tǒng)的頻域相關辨識法直接用頻域相除得到結果，運種 計算方式存在很大的弊端，由于m序列的頻譜存在零點，在進行除法的時候，由于自相關頻 域的幅度存在近零點和O點，系統(tǒng)辨識幅度譜的結果就會有很大的跳動。為此，我們做了如 下改進，在求解系統(tǒng)函數(shù)的頻域響應的幅度譜時，按照如下式子進行：
，其 中Rxy(W)為輸入輸出的互功率譜，Rxx(W)為輸入的自功率譜，A為新加入的微小常量，A的值 一般約為0.6,需要注意的是，運個改進除法的方法不能用來求解相位譜。第一發(fā)送模塊中 采用了變壓禪合的精密隔離放大器AD202,對信號輸出和輸出做了電氣隔離。當我們使用 FPGA的小信號來控制IGBT時，相當于是用小信號控制大電壓，運時需要對小信號進行放大， 同時要進行必要的電氣隔離，W免高壓對FPGA的控制產(chǎn)生影響。使用隔離放大器就能有效 地對運種潛在的影響甚至破壞做出有效的規(guī)避。傳統(tǒng)的只是進行了光禪的電氣隔離，但是 工作時候的大電壓和主控在一個電路中時，會對核屯、忍片產(chǎn)生潛在的影響。在發(fā)送端和接 收端的核屯、忍片的外設中，都配備了鐵電存儲器，由于其寫的時間比較短，可W將機器的配 置信息存儲其中，發(fā)送機和接收機開機后，可W在顯示屏中看到機器的初始配置信息。
[0042] 下面通過實施例對本發(fā)明一種結合混合基FFT的相關辨識處理方法再進一步詳細 說明；
[0043] 如圖2所示：
[0044] 步驟201:上電，啟動系統(tǒng)；
[0045] 步驟202:系統(tǒng)通電之后，首先執(zhí)行一系列的準備工作，對各模塊開進行初始化工 作。初始化工作包括對運些模塊做操作的預處理，設置好各模塊質(zhì)檢的通信協(xié)議，檢查各模 塊工作是否正常，配置時鐘；
[0046] 步驟JOl:判斷各個模塊是否初始化成功，如果是，則執(zhí)行步驟204;如果否，則執(zhí)行 步驟203;
[0047] 步驟203:初始化失敗，則顯示對應的錯誤信息，必要時發(fā)出預警信息，例如，通過 蜂鳴器發(fā)出報警響聲；
[0048] 步驟204:初始化成功后，則根據(jù)需求設置參數(shù)，所述參數(shù)包括但不限于采樣率、m 序列的碼片寬度、m序列的周期、m序列的幅值、m序列的階數(shù)、發(fā)送接收時刻、發(fā)送接收時間 間隔;執(zhí)行步驟205;
[0049] 步驟205:實時獲取GI^的時間，不斷更新儀器的現(xiàn)在時刻，然后執(zhí)行步驟J02;
[0050] 步驟J02:判斷時間是否到達接收時刻，如果是，則執(zhí)行步驟207;如果否，則執(zhí)行步 驟206;
[0051] 步驟206:等待時間到達接收時刻；
[0052] 步驟207:到達設置的發(fā)送接收時間后并且在發(fā)送接收時間間隔內(nèi)，產(chǎn)生并發(fā)送m 序列；
[0053] 步驟208:在發(fā)送和接收時間間隔內(nèi)，發(fā)送端和接收端同時采集電壓信號的數(shù)據(jù)；
[0054] 步驟209:發(fā)送和接收端采集的數(shù)據(jù)傳輸給DSP緩存，緩存的數(shù)據(jù)一部分用來存儲 在SD卡內(nèi)部，另一部分用來做辨識運算；
[0055] 步驟210:存儲采集到的數(shù)據(jù)到SD卡內(nèi)，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)分別存儲在兩個文件 里，然后執(zhí)行步驟J03;
[0056] 步驟J03:判斷時間是否大于等于接收時間間隔，如果是，則執(zhí)行步驟211;如果否， 則執(zhí)行步驟207;
[0057]步驟211:利用混合基FFT的相關辨識計算系統(tǒng)函數(shù)，具體的計算方式為 [005引計算步驟如下所示：
[0059] 根據(jù)自相關和互相關的累加定義計算互相關和自相關的結果，具體的計算方法 為：
[0060] 自相關計算
[0061] 互相關計算
[0062] 其中x(t)表示輸入大地系統(tǒng)的信號，y(t)表示輸出大地系統(tǒng)的信號，Rxx(t)表示輸 入信號的自相關，Rxy(t)表示輸入與輸出信號的互相關，i表示內(nèi)插次數(shù)，q表示周期數(shù)，N表 示m序列的碼片數(shù)；
[006；3]點數(shù)為M=rin的FFT，首先將計算的R(n)改寫為R(m，n〇)，
[0064] 其中 R(n) =R(r2m+n〇) =R(m ,n〇
[0065] 計算得到n個ri點FFT，得到Ri化o，n〇)，M個做Ri化o，n〇)乘W相應的旋轉因子聽f。， 組成於1化o，n〇)，然后計算得到R2化o，ki)計算公式為
[0066] R2(k〇，ki)=FFT(R'i(k〇，n〇))
[0067] ri個n點FFT，得到R2化0，ki)，。然后按照R化1，ko) =R2化0，ki)進行整序之后，就可 W得到所求的數(shù)據(jù)的FFT結果R化)。
[0068] 其中的ri和K表示FFT的基底，一般為質(zhì)數(shù)，此處的質(zhì)數(shù)是可W選擇的，比如15個數(shù) 據(jù)，基底選擇3和5,做3點FFT和5點FFTdR表示相關運算結果，Ri (ko, no)表示K個化點FFT結 果，R2化o，ki)表示ri個K點FFT。計算完FFT之后，如此，便可W得到數(shù)據(jù)的FFT結果，然后將之 應用于相關辨識中。
[0069] 計算出輸入信號Rxx(n)的FFT結果Rxx(W)和Rxy(n)的FFT結果Rxy(W),然后求出系統(tǒng) 函數(shù)的頻域響應，計算公式如下：
[0070]
[0071] 最后將系統(tǒng)函數(shù)顯示在TFTLCD屏上；
[0072] 步驟212:結束辨識工作；
[0073] 本發(fā)明的說明書中并未做詳細的該專業(yè)領域的技術人員公知的現(xiàn)有技術。
[0074] W上所述的方案是該系統(tǒng)的一種應用場合，用在別的領域或做相應的修飾和若干 改進也應當視為該發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，其特征在于，包括： 第一發(fā)送模塊（1)、第一系統(tǒng)模塊(2)、第一時間同步模塊(3)、第一接收模塊(4)、第一 自相關模塊(5)、第一混合基FFT處理模塊(6)、第一互相關模塊(7)、第二混合基FFT處理模 塊(8)和第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊(9); 所述第一時間同步模塊(3)分別與第一發(fā)送模塊（1)和第一接收模塊(4)相連;第一系 統(tǒng)模塊(2)與第一發(fā)送模塊(1)、第一接收模塊(4)相連;第一發(fā)送模塊（1)與第一自相關模 塊(5)、第一戶相關模塊(7)相連，第一自相關模塊(5)與第一混合基FFT處理模塊(6)相連； 第一信號接收模塊(4)與第一互相關模塊(7)相連，第一互相關模塊(7)與第二混合基FFT處 理模塊(8)相連;第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊(9)分別與第一混合基FFT處理模塊(6)和第二混合 基FFT處理模塊(8)相連。2. 根據(jù)權利要求1所述的結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，其特征在于： 所述第一發(fā)送模塊（1)用于根據(jù)第一時間同步模塊(3)設置的預定時刻向所述第一系 統(tǒng)模塊(2)發(fā)送m序列，同時采集發(fā)送的m序列的電壓信號，從而形成發(fā)送數(shù)據(jù)包X; 所述第一信號接收模塊(4)用于根據(jù)第一時間同步模塊(3)設置的預定時刻，接收經(jīng)由 第一系統(tǒng)模塊(2)的電壓信號，從而形成接收數(shù)據(jù)包y; 所述第一自相關模塊(5)包括第一累加單元(51 )、第一自相關處理單元(52); 其中所述第一累加單元(51)和第一自相關處理單元(52)相連； 所述第一自相關模塊(5)用于將所述第一發(fā)送模塊（1)采集的數(shù)據(jù)包X進行時域自相關 運算； 所述第一混合基FFT處理模塊(6)包括第一混合基FFT算子單元(61)和第一自相關頻域 存儲單元(62);所述第一混合基FFT算子單元(61)分別與第一自相關處理單元(52)以及第 一自相關頻域存儲單元(62)相連； 所述第一混合基FFT算子單元(61)用于將所述第一自相關模塊(5)輸出的時域自相關 結果轉換為頻域自相關結果;并存儲在第一自相關頻域存儲單元(62)中； 所述第一互相關模塊(7)包括第二累加單元(71)和第二互相關處理單元(72);所述第 一發(fā)送模塊（1)與第二累加單元(71)相連;第二累加單元(71)與第二互相關處理單元(72) 相連;所述第一互相關模塊(7)用于根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)包X和接收數(shù)據(jù)包y計算時域互相關結果； 所述第二混合基FFT處理模塊(8)包括第二混合基FFT算子單元(81)和第一互相關頻域 存儲單元(82);所述第二FFT算子單元(81)分別與第一互相關處理單元(71)和第一互相關 頻域存儲單元(82)相連； 所述第二混合基FFT算子單元(81)用于將所述第一互相關模塊(7)輸出的時域互相關 結果轉換為頻域互相關結果;并存儲在第一互相關頻域存儲單元(82)中； 所述第一系統(tǒng)函數(shù)求解模塊(9)包括第一改進除法單元(91)和第一系統(tǒng)辨識存儲單元 (92);所述第一改進除法單元(91)分別和第一互相關頻域存儲單元(82)、第一自相關頻域 存儲單元(62)以及第一系統(tǒng)辨識存儲單元(92)相連;所述第一改進除法單元(91)用于將第 一互相關頻域存儲單元(82)輸出的頻域互相關結果除以第一自相關頻域存儲單元(62)輸 出的頻域自相關結果，并存儲在第一系統(tǒng)辨識存儲單元(92)中。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，其特征在于： 計算頻域所采用的FFT模塊使用了混合基，計算步驟如下所示： 點數(shù)為M=rir2的FFT，首先將計算的R(n)改寫為R(m，n〇)，計算得到^個^占凡1'，得到1?1(1?，11())，1個做1?1(1?，11())乘以相應的旋轉因子％，，組成 i(ko，nQ)，然后計算得到1?2(1?，1^1)計算公式為 R2(ko,ki)=FFT(R/i(ko,n〇)) r^r-FFT，得到R2(ko，Iu)，然后按照R(Iu，ko) = R2(ko，Iu)進行整序之后，就可以得到 所求的數(shù)據(jù)的FFT結果R(k);其中的rdPr2表示FFT的基底，為質(zhì)數(shù)，此處的質(zhì)數(shù)是可以選擇 的，；R表示相關運算結果，Ri (k〇，no)表示r 2個r 1點FFT結果，R2 (k〇，ki)表示r 1個r2 AFFT;計算 完FFT之后，如此，便可以得到數(shù)據(jù)的FFT結果，然后將之應用于相關辨識中。4. 根據(jù)權利要求3所述的結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，其特征在于： 在求解系統(tǒng)函數(shù)的頻域響應的幅度譜時，按照如下式子進行，其中 Mw)為輸入輸出的互功率譜，Rxx(W)為輸入的自功率譜，λ為新加入的微小常量。5. 根據(jù)權利要求4所述的結合混合基FFT的相關辨識處理系統(tǒng)，其特征在于： 新加入的微小常量λ約為0.01。6. -種結合混合基FFT的相關辨識處理方法，其特征在于： 步驟201:上電，啟動系統(tǒng)； 步驟202:系統(tǒng)通電之后，首先執(zhí)行一系列的準備工作，對各模塊開進行初始化工作;初 始化工作包括對這些模塊做操作的預處理，設置好各模塊質(zhì)檢的通信協(xié)議，檢查各模塊工 作是否正常，配置時鐘； 步驟JOl:判斷各個模塊是否初始化成功，如果是，則執(zhí)行步驟204;如果否，則執(zhí)行步驟 203； 步驟203:初始化失敗，則顯示對應的錯誤信息，必要時發(fā)出預警信息，例如，通過蜂鳴 器發(fā)出報警響聲； 步驟204:初始化成功后，則根據(jù)需求設置參數(shù)，所述參數(shù)包括但不限于采樣率、m序列 的碼片寬度、m序列的周期、m序列的幅值、m序列的階數(shù)、發(fā)送接收時刻、發(fā)送接收時間間隔； 執(zhí)行步驟205; 步驟205:實時獲取GPS的時間，不斷更新儀器的現(xiàn)在時刻，然后執(zhí)行步驟J02; 步驟J02:判斷時間是否到達接收時刻，如果是，則執(zhí)行步驟207;如果否，則執(zhí)行步驟 206； 步驟206:等待時間到達接收時刻； 步驟207:到達設置的發(fā)送接收時間后并且在發(fā)送接收時間間隔內(nèi)，產(chǎn)生并發(fā)送m序列； 步驟208:在發(fā)送和接收時間間隔內(nèi)，發(fā)送端和接收端同時采集電壓信號的數(shù)據(jù)； 步驟209:發(fā)送和接收端采集的數(shù)據(jù)傳輸給DSP緩存，緩存的數(shù)據(jù)一部分用來存儲在SD 卡內(nèi)部，另一部分用來做辨識運算； 步驟210:存儲采集到的數(shù)據(jù)到SD卡內(nèi)，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)分別存儲在兩個文件里， 然后執(zhí)行步驟J03; 步驟J03:判斷時間是否大于等于接收時間間隔，如果是，則執(zhí)行步驟211;如果否，則執(zhí) 行步驟207; 步驟211:利用混合基FFT的相關辨識計算系統(tǒng)函數(shù)，具體的計算方式為 計算步驟如下所示： 根據(jù)自相關和互相關的累加定義計算互相關和自相關的結果，具體的計算方法為：自相關計算 互相關計算 其中x(t)表示輸入大地系統(tǒng)的信號，y(t)表示輸出大地系統(tǒng)的信號，Rxx(t)表示輸入信 號的自相關，Rxy (t)表不輸入與輸出信號的互相關，i表不內(nèi)插次數(shù)，q表不周期數(shù)，N表不m序 列的碼片數(shù)； 點數(shù)為M=rir2的FFT，首先將計算的R(n)改寫為R(m，n〇)，計算得到^個^ AFFT，得到R1 (kQ，no)，M個做R1 (kQ，no)乘以相應的旋轉因子，組成 R7 i(ko,n〇) ；if #^i^^R2(ko,ki)=FFT(R/ ι(^,η〇))π^Γ2 ^FFT, 得到R2(I^k1)，然后按照R(I^ko) =R2(I^k1)進行整序之后，就可以得到所求的數(shù)據(jù)的FFT 結果R(k);其中的表示FFT的基底，為質(zhì)數(shù)，此處的質(zhì)數(shù)是可以選擇的，R表示相關運算 結果，R1 (k〇，no)表示AFFT結果，R2 (k〇，ki)表示r^r2 AFFT;計算完FFT之后，如此，便 可以得到數(shù)據(jù)的FFT結果，然后將之應用于相關辨識中；計算出輸入信號Rxx(n)的FFT結果 Rxx(W)和Rxy(n)的FFT結果Rxy(W)，然后求出系統(tǒng)函數(shù)的頻域響應H(w)，計算公式如下：最后將系統(tǒng)函數(shù)H(w)顯示在TFTIXD屏上； 步驟212:結束辨識工作。
【文檔編號】G06F17/14GK106021183SQ201610556832
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】李梅, 仇立山, 甄曉丹, 郝凱學
【申請人】中國地質(zhì)大學（北京）