專利名稱：一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核信號采樣技術(shù)，具體地說涉及一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法，屬于核信號技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
核信息數(shù)字化獲取技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了半個世紀。近20多年隨著計算機軟硬件技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和半導體技術(shù)的快速進步，數(shù)字化核儀器技術(shù)也得到了全面發(fā)展。至今，數(shù)字化核儀器已占據(jù)了核儀器市場50%以上份額。要實現(xiàn)任何一種數(shù)字化核儀器，波形數(shù)字化系統(tǒng)都是必不可少的關(guān)鍵部分，因此對波形數(shù)字化實現(xiàn)原理和方法的研究也是目前數(shù)字化核儀器乃至所有數(shù)字化儀器研究的熱點問題?，F(xiàn)有理論，如香農(nóng)采樣定律、Nyquist采樣定律等都表明將模擬信號通過模擬/數(shù)字變換技術(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程中會引入量
化誤差，而提高模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換位數(shù)是減小量化誤差的有效方法。但是，在波形數(shù)字化問題上存在著幾個矛盾第一，數(shù)字化儀器儀表性能和價格之間的矛盾。比如2012年美國Tektronic公司推出了采樣率80Gbps,模擬頻帶33GHz的高性能數(shù)字示波器，該產(chǎn)品售價在300萬人民幣。第二，ADC性能與儀器通道密度之間的矛盾。比如，美國XIA公司生產(chǎn)系列數(shù)字化核能譜儀Pixie-500，采用的是采樣率500MSPS的ADC，實現(xiàn)了 4通道數(shù)字譜儀；而數(shù)字化核能譜儀Pixie-16實現(xiàn)了 16通道數(shù)字譜儀，采用的采樣率則是100MSPS的ADC。第三，ADC的變換速度和變換位數(shù)之間的矛盾。2002年美國阿貢國家實驗室牽頭帶領(lǐng)12家研究機構(gòu)組成“核結(jié)構(gòu)物理中的數(shù)字電子學”工作組，計劃建立一套能滿足低能核物理大部分測量任務的40通道的全數(shù)字化測量系統(tǒng)。在計劃中設計了兩種波形數(shù)字化指標，一種是采用100MSPS的采樣率，12bitADC，另一種則采用IGSPS的采樣率，8bitADC?？v觀這些矛盾，都可以歸結(jié)為ADC變換的高精度與大數(shù)據(jù)量的處理、存儲、傳輸之間的矛盾，解決好這些矛盾意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有數(shù)字化核儀器中波形數(shù)字化環(huán)節(jié)上模擬/數(shù)字變換技術(shù)的高頻率采樣和其生成大數(shù)據(jù)量之間的矛盾，提出了一種基于數(shù)字抽取技術(shù)的核信號變頻數(shù)字化采樣的新方法。該新方法可以在保證波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化核信號采樣精度不受損失的同時，使最終生成的數(shù)字核信號波形的數(shù)據(jù)量最小。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)。本發(fā)明一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法，其特征在于包括以下具體步驟( I)最佳采樣頻率確定( i )數(shù)字核信號甄別及尋峰從波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)中用傳統(tǒng)甄別及尋峰算法找出一個波形的起始時刻、終止時刻和峰值時刻；( )數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定
將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的起始時刻和峰值時刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其上升沿部分，設計“最佳頻率確定算法”，找到小于設定的上升沿畸變率的上升沿最大分頻系數(shù)凡，從而確定上升沿最佳采樣頻率；(iii)數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的峰值時刻和終止時刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其下降沿部分，設計“最佳頻率確定算法”，找到小于設定的下降沿畸變率的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，從而確定下降沿最佳采樣頻率；(2)對波形數(shù)字化儀輸出數(shù)字核信號數(shù)據(jù)流進行變頻采樣( i )數(shù)字核信號甄別及尋峰根據(jù)步驟(I)第(i )步獲取的數(shù)字核信號波形并將該波形分為上升沿和下降沿兩部分； (ii)數(shù)字低通濾波根據(jù)步驟(I)第(ii)步中獲得的上升沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設計反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號上升沿進行反混疊數(shù)字低通濾波，根據(jù)步驟(I)第(iii)中獲得的下降沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設計反混疊數(shù)字濾波器，對數(shù)字核信號的下降沿進行反混疊數(shù)字低通濾波；(iii)對上升沿進行數(shù)字分頻抽取用步驟(I)第(ii )獲得的上升沿最大分頻系數(shù)Mp對步驟(2)第(ii )步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的上升沿信號進行變頻抽?。?iv)對下降沿進行數(shù)字分頻抽取用步驟(I)第(iii)步獲得的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，對步驟(2)第(ii )步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的下降沿信號進行變頻抽??；(V)信號合成將步驟(2)第(iii)步得到的分頻后的上升沿信號和步驟(2)第(iv)步得到的分頻后的下降沿信號合成為一個完整的數(shù)字核信號波形。上述方案中，所述數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定，將輸出的數(shù)字化核信號數(shù)據(jù)的采樣頻率記為&，通過最佳頻率迭代算法找到上升沿最大分頻系數(shù)凡的正整數(shù)值，并確保以此凡值對上升沿部分XiJn)進行凡倍分頻抽取后的信號小于測量所設定的上
升沿畸變率，此f值即為上升沿的最佳采樣頻率。上述方案中，所述數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率確定的具體步驟如下I)數(shù)字低通濾波對輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的上升沿部分& (η)進行數(shù)字低通濾波，濾波結(jié)果為Xirlp (η);2)數(shù)字分頻抽取分頻系數(shù)凡從2開始增加，對波形上升沿Xirtp (η)進行倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形上升沿xirlp(Mrn)；3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估定義上升沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的上升時間tM與分頻抽取前信號上升時間trb之差ε r與trb的比率,如式(I)所示，5 (-sJ= = '% ^
^(I)(I)式中Sn為分頻后數(shù)字核信號采樣率，δ (sn)為相應采樣率下信號上升沿形狀畸變率，(I)式中涉及的信號被分頻前后上升時間七 和tA的計算方法概括為仁的計算方法設第i個數(shù)字核信號起始時刻和 對應的幅度值為(tis，vi0),達峰時刻和對應的幅度值為(tim，vim)，則信號的上升時間由(2)式確定，tir = t(0. 9vim) -t (O. Ivim)(2)(2)式中，t(0. IvJ和t(0.9vim)分別表示該信號上升沿中，即ti(l到tim時間段里，核信號波形峰值的10%和峰值的90%處所對應的時間值；由測量精度要求設置上升沿畸變率Sci，將(I)式中得到的δ (sn)與Sci比較當δ (sn) < Sci則繼續(xù)增大上升沿分頻系數(shù)隊的值，重復上述步驟I) 3)，直至找到滿足
δ (sn) < Sci條件下最大的上升沿分頻系數(shù)凡正整數(shù)值，此時
r上述方案中，所述采樣頻率&通過最佳頻率迭代算法找到下降沿最大分頻系數(shù)Mf的正整數(shù)值，并確保以此Mf值對下降沿部分Xif (η)進行Mf倍分頻抽取后的信號滿足小于測
量所設定的下降沿畸變率，此*值即為下降沿的最佳采樣頻率。上述方案中，所述數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率確定的具體步驟如下I)數(shù)字化低通濾波對輸出的第i個數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的一個完整的信號Xi (η)進行低通濾波，濾波結(jié)果為Xilp (η)，即Xilp (η)分為上升沿濾波結(jié)果Xirip (η)和下降沿濾波結(jié)果Xiflp (η)兩部分；2)數(shù)字分頻抽取分頻系數(shù)Mf從2開始增加，對波形下降沿\_(η)進行Mf倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形下降沿Xiflp (Mfn)；3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估定義數(shù)字核信號下降沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的下降時間tfa與分頻抽取前信號下降時間tfb之差ε f與tfb的比率，如式(3)所示δ'\
(3)(3)式中δ (sn)的定義參考(I)式，(3)式表示數(shù)字核信號下降沿被分頻后，采樣率為Sn時，核信號下降沿形狀畸變率，(3)式中涉及的下降時間tf的計算方法為設第i個數(shù)字核信號達峰時亥_對應的幅度值為(tim，vim)，終止時間和對應的幅度值為(tie，vie)，則信號的下降時間由(4)式確定tif = t(0. 9vim) -t (O. Ivim)(4)(4)式中t(0.9vim)和t(0.1vim)分別表示該信號下降沿中，即tim到tie時間段里，數(shù)字核信號峰值Vim的90%和10%所對應的時間；由測量精度要求設置下降沿畸變率Sci，將(3)式中得到的δ (sn)與Sci比較當δ (sn) < Sci則繼續(xù)增大下降沿分頻系數(shù)Mf的值，重復上述步驟I) 3)，直至找到滿足δ (sn) < Sci條件下最大下降沿分頻系數(shù)Mf的正整數(shù)值，此時 =6。上述方案中，將所獲得的上升沿最佳頻車^-對第i個數(shù)字核信號的上升沿部分
Xir (η)進行低通濾波，得到其濾波結(jié)果為χωρ (η);將所獲得的下降沿最佳頻率*對第i個
數(shù)字核信號的整個信號Xi(Ii)進行低通濾波，得到其濾波結(jié)果為Xiflp(η)。上述方案中，將分頻抽取后的波形上升沿信號Xirtp(Mp)和波形下降沿信號Xiflp (Mfn)重新合成為一個新的信號Xiext (η)，合成的算法為xira￡t (η)=MArtp (Mp)+MfXiflp (Mfn)，信號xira￡t (η)即為最佳采樣頻率下獲得一個核信號的波形數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述數(shù)字核信號甄別及尋峰其實現(xiàn)過程為I)波形的甄別 設定信號閾值為Xtl，波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字核信號序列表示為χ(η)，其中，
η=1, 2, 3,......,以此判斷X(η)的大小，當x(tsi) >xQ時，tsi = nsiT時刻即為此次測量中
第i個核信號波形的起始時刻；其中，T為波形數(shù)字化儀中模數(shù)變換器的采樣周期，當X (t J< X0時，tei = neiT為此次測量中第i個核信號波形的終止時刻，則此次測量甄別出的第i個數(shù)字核信號波形數(shù)據(jù)可記為％(η) = {x(tsi),x(tsi+l),-,x(tei)}；2)峰位的確定采用取樣數(shù)據(jù)逐點比較法獲取信號峰值位置，若信號中某點幅度值比它臨近的m個點的幅值都大，則該點為波形的峰值，表示為Xi (tp) > Xi (tp+j)，j = -m, -m+1, _m+2, ...，m_2, m_l, m ;貝丨J Xi (tp)為此次測量第 i個數(shù)字核信號波形的峰值，tp為達到峰值的時刻。以％為分界點將一個核信號分為上升沿和下降沿兩部分，tsi至tp部分為該核信號波形的上升沿，信號波形上升沿數(shù)據(jù)序列記為xir (n) ；tp至tei部分為該核信號波形的下降沿，信號波形下降沿數(shù)據(jù)序列記為Xif (n)，Xi (η)
Xir (n) +Xif (η) ο本發(fā)明所述波形數(shù)字化儀輸出數(shù)字核信號數(shù)據(jù)流的變頻采樣的原理首先由所確
定的上升沿和下降沿的最佳分頻系數(shù)Mr和Mf,分別設計截至頻率為和#的數(shù)字反
混疊低通濾波器，其次根據(jù)完成信號甄別，確定第i個數(shù)字核信號已出現(xiàn)；再根據(jù)尋峰原理找到第i個數(shù)字核信號的達峰時刻，將第i個信號分為上升沿和下降沿兩部分；最后，將第
i個數(shù)字核信號上升沿波形數(shù)據(jù)輸入截至頻率為4的數(shù)字反混疊低通濾波器，再將濾波
后的波形數(shù)據(jù)Χωρ(η)以倍進行數(shù)據(jù)抽取，從而得到第i個數(shù)字核信號的上升沿部分處理后的數(shù)據(jù)序列Xirip (Mrn)，與此同時將第i個數(shù)字核信號的下降沿波形數(shù)據(jù)輸入截至頻率
為的數(shù)字反混疊低通濾波器，再將濾波后的波形數(shù)據(jù)Xiflp(η)以Mf倍進行數(shù)據(jù)抽取，從
而得到第i個數(shù)字核信號的下降沿部分處理后的數(shù)據(jù)序列Xiflp(Mfn)。本發(fā)明整個系統(tǒng)的工作原理為①搭建好核探測器、波形數(shù)字化儀和數(shù)字核信號處理系統(tǒng)后，并啟動波形數(shù)字化儀對核探測器信號進行采樣；②數(shù)字核信號處理系統(tǒng)根據(jù)步驟(I)第(i )步所述的方法從波形數(shù)字化儀輸出的結(jié)果中先甄別出一個完整的核信號波形；再根據(jù)步驟(I)第(ii)步和步驟(I)第(iii)步所述的方法確定該次測量中核信號波形上升沿和下降沿的最佳采樣頻率；③根據(jù)前述②所得到的最佳采樣頻率開始對波形數(shù)字化儀獲取的數(shù)字核信號的數(shù)據(jù)流進行連續(xù)處理；根據(jù)步驟(2)第(i )步所甄別核信號波形的出現(xiàn)；再根據(jù)步驟(2)第(ii)步所述的方法以上升沿最佳采樣頻率和下降沿最佳采樣頻率作為濾波參數(shù)對波形的上升沿和下降沿進行反混疊低通濾波；④數(shù)字核信號處理系統(tǒng)根據(jù)步驟(2)第(iii)步及步驟(2)第(iv)步所述的方法對反混疊低通濾波器輸出的信號的上升沿和下降沿分別進行分頻抽??；⑤根據(jù)步驟(2)第(V )所述的方法將抽取好的上升沿信號和下降沿信號組合成一個新的完整的數(shù)字核信號，并傳送給系統(tǒng)的下一個環(huán)節(jié)。本發(fā)明所具有的特點和有益的技術(shù)效果I、本發(fā)明提出了用數(shù)字信號處理的方法確定某次核測量中最佳數(shù)字采樣頻率，用于數(shù)字化核儀器的核信號變頻數(shù)字化采樣，并以此作為建立智能化核信號數(shù)字采樣的基礎(chǔ)和依據(jù)。
2、本發(fā)明提出了采樣數(shù)字抽取的方式來實現(xiàn)對同一數(shù)字核信號上升沿和下降沿采樣不同抽取頻率進行抽取，然后再合成為一個完整數(shù)字核信號；實現(xiàn)了在不損傷波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化核信號精度的情況下使數(shù)字核信號的數(shù)據(jù)量最小。3、本發(fā)明提出了一種對同一核信號不同部分實現(xiàn)數(shù)字低通反混疊濾波的算法，這種原理既適用于數(shù)字核信號處理，同樣也適用于其它信號的數(shù)字低通反混疊處理。4、數(shù)字核信號經(jīng)過數(shù)字低通濾波后在波形上將可能產(chǎn)生不同程度的畸變，本發(fā)明在時域里定義了濾波后信號上升沿和下降沿的畸變評估方法，為本發(fā)明提出的變頻采樣算法的具體實現(xiàn)提供了理論依據(jù)。5、本發(fā)明所述核信號通過變頻采樣后的上升沿和下降沿形狀均與原信號保持一致，但數(shù)據(jù)量卻大量減少。


圖I為本發(fā)明設計的巴特沃斯濾波器的幅頻特性；圖2為本發(fā)明信號上升沿或下降沿最佳頻率的確定流程；圖3為本發(fā)明同一數(shù)字核信號波形的變頻采樣流程；圖4為本發(fā)明所示最佳采樣頻率確定的實驗結(jié)果，其中，A為得到一組120MHz抽取后信號與原信號比較、B為一組30MHz抽取后信號與原信號比較、C為一組5MHz抽取后信號與原信號比較的數(shù)字化波形；黑色為原信號，白色為抽取后的信號；由圖中可見5MHz的上升沿與原信號已經(jīng)不重合，利用畸變率評估算法，可以得到對該核信號上升沿的采樣頻率最小應為30MHz，下降沿采樣頻率最小應為IOMHz ；圖5為本發(fā)明對變頻采樣前后波形對比結(jié)果，黑色為原信號，白色為抽取后的信號，上升沿采樣頻率為30MHz，下降沿采樣頻率為10MHz。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細地說明，但不應理解為是對本發(fā)明保護內(nèi)容的任何限定。
I、搭建測量系統(tǒng)。①清華同方威視公司提供的鏑鋅鉻(CdZnTd)探測器及電荷靈敏前放探測241Am的Y射線，輸出模擬信號，波形數(shù)字化系統(tǒng)用最大模擬帶寬1GHz，最大采樣率lOGsps的高能性數(shù)字示波器Lecroy WaveRunner 104MXi_A獲取數(shù)字化核信號波形。2、數(shù)字核信號甄別及尋峰信號的甄別設定信號閾值為Xtl = 150(毫伏)，波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字核信號
序列表示為x(n),其中，n=l, 2，3,......,以此判斷x(n)的大小，當x(tsi) > xQ時，tsi =
nsiT時刻即為此次測量中第i個核信號波形的起始時刻；其中，T為波形數(shù)字化儀中模數(shù)變換器的采樣周期，當x(tj < X0時，tei = neiT為此次測量中第i個核信號波形的終止時亥IJ，則此次測量甄別出的第i個數(shù)字核信號波形數(shù)據(jù)可記為Xi(n) = {x(tsi) ，x(tsi+l)，…,x(tei)};⑵峰位的確定采用取樣數(shù)據(jù)逐點比較法獲取信號峰值位置，若信號中某點幅度值比它臨近的m個點的幅值都大，則該點為波形的峰值，表示為Xi (tp) > Xi (tp+j)，j = -m, -m+1, _m+2, ...，m_2, m_l, m ;貝丨J Xi (tp)為此次測量第 i個數(shù)字核信號波形的峰值，tp為達到峰值的時刻。以tp為分界點將一個核信號分為上升沿和下降沿兩部分，tsi至tp部分為該核信號波形的上升沿，記為XiJn) ；tp至tei部分為該核信號波形的下降沿，記為Xif (n), Xi (n) = xir (n) +xif (n)。3、數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定本實例中波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的采樣頻率為1200MHz，設定核信號的畸變率S ^為20%，Μ,的初始值為2 ;所述數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率確定，其具體步驟如下I)數(shù)字低通濾波對波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的上升沿部分XiJn)進行數(shù)字低通濾波
\χ.{η),η < I,
核信號Xi (η)上升沿表示為&(//)= O , ，其中tp為核信號的峰值時刻，
LP對Xir (η)以上升沿實現(xiàn)反混疊濾波，濾波后核信號的上升沿Xirip (η)為Xirlp (n) = xir (n) ^h1 (η) = Xi (n) ^h1 (η) (η < tp), Ii1 (η)為上升沿 Butterworth低通濾波器的沖擊響應；2)數(shù)字分頻抽取分頻系數(shù)凡從2開始增加，對波形上升沿Xirtp (η)進行倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形上升沿xirlp(Mrn)；3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估定義上升沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的上升時間tM與分頻抽取前信號上升時間之差ε r與trb的比率,如式(I)所示，8 ( )子 φ
rh rb(I)(I)式中Sn為分頻后數(shù)字核信號采樣率，δ (sn)為相應采樣率下信號上升沿形狀畸變率，(I)式中涉及的信號被分頻前后上升時間、和trt的計算方法可概括為仁的計算方法假設第i個數(shù)字核信號起始時刻和對應的幅度值為(tis，Vio),達峰時刻和對應的幅度值為(tim，Vim)，則信號的上升時間由(2)式確定，tir = t(0. 9vim)-t(0. Ivim)(2)(2)式中，t(0. IvJ和t(0.9vim)分別表示該信號上升沿中，即ti(l到tim時間段里，核信號波形峰值的10%和峰值的90%處所對應的時間值；根據(jù)測量的精度要求設置上升沿畸變率Sci，將(I)式中得到的δ (sn)與δ。比較若δ (sn) < Sci則繼續(xù)增大上升沿分頻系數(shù)凡的值，重復上述步驟I) 3)，直至找到
滿足S (sn) < Sci條件下最大的上升沿分頻系數(shù)凡正整數(shù)值，此時這里計算的該
核信號上升沿的采樣頻率最小應為30MHz。圖2所示描述了信號上升沿最佳頻率的確定流程。4、數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定本實例中波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的采樣頻率為1200MHz，設定核信號的畸變率δ ^為20%，Mf的初始值為2 ;所述數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率確定，其具體步驟如下I)數(shù)字化低通濾波核信號下降沿為Xif (η)，表示為，其中tp為核信號的峰值時
亥IJ。由于，當t > tp時Xi(n)*h2(n)古0，為了使低通濾波后原信號中有效信息不丟失，在得到反混疊濾波后信號下降沿Xflp(η)時，需對整個信號做下降沿Butterworth低通濾波，濾波后信號的下降沿Xiflp (η)為Xiflp (n) = Xi (n) *h2 (η) (η > tp)，h2 (η)為下降沿Butterworth低通濾波器的沖擊響應。2)數(shù)字分頻抽取分頻系數(shù)Mf從2開始增加，對波形下降沿\_(η)進行Mf倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形下降沿Xiflp (Mfn)；3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估定義數(shù)字核信號下降沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的下降時間tfa與分頻抽取前信號下降時間tfb之差ε f與tfb的比率，如式(3)所示
權(quán)利要求
1.一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法，其特征在于包括以下具體步驟 (1)最佳采樣頻率確定 (i )數(shù)字核信號甄別及尋峰 從波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)中用傳統(tǒng)甄別及尋峰操作找出其起始時刻、終止時刻和峰值時刻； ( )數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定 將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的起始時刻和峰值時刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其上升沿部分，設計“最佳頻率確定算法”，找到小于設定的上升沿畸變率的上升沿最大分頻系數(shù)Mp從而確定上升沿最佳采樣頻率； (iii)數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定 將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的峰值時刻和終止時刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其下降沿部分，設計“最佳頻率迭代算法”，找到小于設定的下降沿畸變率的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，從而確定下降沿最佳采樣頻率； (2)對波形數(shù)字化儀輸出數(shù)字核信號數(shù)據(jù)流進行變頻采樣 (i )數(shù)字核信號甄別及尋峰 對步驟(I)第(i )步獲取的數(shù)字核信號波形分為上升沿和下降沿兩部分； (ii)數(shù)字低通濾波 將步驟(I)第(ii)步中獲得的上升沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設計反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號上升沿進行反混疊數(shù)字低通濾波，將步驟(I)第(iii)中獲得下降沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設計反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號的下降沿進行反混疊數(shù)字低通濾波； (iii)對上升沿進行數(shù)字變頻抽取 采用步驟(I)第(ii )獲得的上升沿最大分頻系數(shù)Mr，對步驟(2 )第(ii)步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的上升沿信號進行變頻抽??； (iv)對下降沿進行數(shù)字變頻抽取 采用步驟(D第(iii)步獲得的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，對步驟(2)第(ii)步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的下降沿信號進行變頻抽?。? (v)信號合成 將步驟(2)第(iii)步得到的分頻后的上升沿信號和步驟(2)第(iv)步得到的分頻后的下降沿信號合成為一個完整的數(shù)字核信號波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述上升沿最佳采樣頻率確定，波形數(shù)字化儀以&采樣頻率獲取數(shù)字化核信號波形，并輸出到本最佳采樣頻率確定系統(tǒng)中，運用“最佳頻率確定算法”找到上升沿最大分頻系數(shù)凡的正整數(shù)值，則#值即為上升沿的最佳采樣頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率確定的具體步驟如下 I)數(shù)字低通濾波 對輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的上升沿部分k(n)進行數(shù)字低通濾波，濾波結(jié)果為Xirlp (η); 2)數(shù)字分頻抽取 最大分頻系數(shù)Mr從2開始增加，對波形上升沿Xirip (η)進行Mr倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形上升沿xirlp(Mrn)； 3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估 定義上升沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的上升時間〖 與分頻抽取前信號上升時間trt之差L與U的比率，如式(I)所示，
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述下降沿采樣頻率的確定，將輸出的核信號數(shù)據(jù)采樣頻率fo通過“最佳頻率迭代算法”找到下降沿最大分頻系數(shù)Mf的正整數(shù)值，并以此Mf值對下降沿部分Xif (η)進行Mf倍分頻抽取后的信號滿足小于測量所設定的下降沿畸變率，此f值即為下降沿的最佳采樣頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的方法，其特征在于所述數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率確定的具體步驟如下 1)數(shù)字化低通濾波 對輸出的第i個數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的一個完整的信號Xi (η)進行低通濾波，濾波結(jié)果為Xilp (η)，即Xilp (η)分為上升沿濾波結(jié)果Χωρ (η)和下降沿濾波結(jié)果Xiflp (η)兩部分； 2)數(shù)字分頻抽取 最大分頻系數(shù)Mf從2開始增加，對波形下降沿Xiflp (η)進行Mf倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形下降沿Xiflp (Mfn)； 3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估 定義數(shù)字核信號下降沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的下降時間tfa與分頻抽取前信號下降時間tfb之差ε f與tfb的比率，如式(3)所示
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其特征在于將所獲得的上升沿最佳頻率#對第i個數(shù)字核信號的上升沿部分XiJn)進行低通濾波，得到其濾波結(jié)果為Χωρ (η);將所獲得的下降沿最佳頻率;^對第i個數(shù)字核信號的整個信號Xi (η)進行低通濾波，得到其濾波結(jié)果為 Xifip (η)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其特征在于將分頻抽取后的波形上升沿信號Xirlp(MrIi)和波形下降沿信號Xiflp (Mfn)重新合成為一個新的信號Xirart (η)，合成的算法為Xiext (n) = MrXirlp (Mrn)+MfXiflp (Mfn),信號Xiext (η)即為最佳采樣頻率下獲得一個核信號的波形數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字抽取技術(shù)的核信號變頻數(shù)字化采樣的新方法，屬于核信號技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過下面步驟實現(xiàn)1.最佳采樣頻率確定(1)數(shù)字核信號甄別及尋峰，(2)數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定，(3)數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定；2.對同一數(shù)字核信號波形進行變頻采樣(1)數(shù)字核信號甄別及尋峰，(2)數(shù)字低通濾波，(3)對上升沿進行數(shù)字分頻抽取，(4)對下降沿進行數(shù)字分頻抽取，(5)信號合成。通過本發(fā)明方法能夠在保證波形數(shù)字化核儀器輸出的數(shù)字化核信號采樣精度不受損失的同時，使最終生成的數(shù)字核信號波形數(shù)據(jù)量最小。
文檔編號H03K5/1534GK102901853SQ20121034930
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者王鵬, 張軟玉, 許祖潤 申請人:四川大學