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CN104678379B - 一种信号发生器发射信号的方法及装置 - Google Patents

一种信号发生器发射信号的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种信号处理方法及装置。该信号处理方法包括：接收信号发生器发送的生成信号；提取所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数；对所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成所述生成信号所需的幅频响应函数；对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号；根据所述生成信号所需的幅频响应函数对所述带限信号进行滤波，生成滤波信号；对所述滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成所述滤波信号的时域形式；根据所述功率放大器的输入端的所需信号幅度对所述滤波信号的时域形式进行幅度修正，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号。

Description

一种信号发生器发射信号的方法及装置
技术领域
本发明涉及信号处理领域。
背景技术
在声纳设备研制和应用中，信源模拟器或声源发生器是不可缺少的重要组成部分。由于实际声纳辐射信号多样性、海洋信道时空多变特性，对信源模拟器或声源发生器发射信号的多样性、精确性和特殊性要求越来越高。信源模拟器或声源发生器研制的关键因素之一在于任意频谱、谱级信号的设计，只有生成准确的信号，才能依据该信号进行各种参数估计(声源发生器发射信号性能、接收阵传输系统幅频特性、幅度衰减特性、海洋信道时空变化特性、目标分类识别准确特性)。然而由于信源模拟器或声源发生器中的功放幅频特性在所需频带内非平坦的，如果对生成信号不进行相应处理就直接送入到功放前端，势必会造成功放输出信号幅频特性在所需频带内非平坦的，并不满足信源模拟器或声源发生器所需发射信号的幅频特性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种信号发生器发射信号的方法及装置，以对现有信号生成器(信源模拟器或声源发生器)输出的生成信号进行进一步处理，最终输出在所需频带内平坦的发射信号。
在第一方面，本发明实施例提供一种发生器发射信号的方法，该方法包括：
接收信号发生器发送的生成信号；
提取所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数；
对所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成所述生成信号所需的幅频响应函数；
对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号；
根据所述生成信号所需的幅频响应函数对所述带限信号进行滤波，生成滤波信号；
对所述滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成所述滤波信号的时域形式；
根据所述功率放大器的输入端的所需信号幅度对所述滤波信号的时域形式进行幅度修正，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号。
另一方面，本发明实施例提供一种发生器发射信号的装置，该装置包括：
接收单元，用于接收信号发生器发送的生成信号；
提取单元，用于提取所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数；
第一生成单元，用于对所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成所述生成信号所需的幅频响应函数；
第二生成单元，用于对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号；
第三生成单元，用于根据所述生成信号所需的幅频响应函数对所述带限信号进行滤波，生成滤波信号；
第四生成单元，用于对所述滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成所述滤波信号的时域形式；
输出单元，用于根据所述功率放大器的输入端的所需信号幅度对所述滤波信号的时域形式进行幅度修正，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号。
通过上述方案，根据信号发生器中的功率放大器不同频带间的幅频特性(即幅频响应函数)，对其进行求逆得到生成信号所需的幅频响应函数，然后根据该幅频响应函数对由生成信号生成的带限信号进行滤波，生成滤波信号，再根据信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度对滤波信号的时域形式进行幅度修正，最后对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号，该发射信号即为实际所需幅频特性(所需频带内)平坦的信号。该方法简单有效，可满足实际任意频谱、谱级的信号发生器发射任意信号的需求，便于工程应用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种信号发生器发射信号的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种信号发生器发射信号的装置的结构示意图；
图3为现有信号发生器输出的发射信号频谱特性示意图；
图4为应用本发明实施例提供的信号处理方法处理后输出的发射信号频谱特性示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，其为本发明实施例提供的一种信号发生器发射信号的方法的流程示意图。
步骤S101，接收信号发生器发送的生成信号。
其中，该信号发生器可以具体为：信源模拟器或声源发生器。
步骤S102，提取信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数。
提取方法具体为在信号发生器中的功率放大器的输入端输入幅频响应函数平坦的已知宽带信号，然后在信号发生器中的功率放大器的输出端提取功率放大器输出信号频谱，在所需频带内通过输出信号频谱乘以已知宽带信号频谱倒数，即可得到功率放大器在不同频带间的幅频响应函数。
步骤S103，对信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成该生成信号所需的幅频响应函数。
具体为，通过以下公式(1)根据信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数确定处理生成信号所需的幅频响应函数H(f)：
式中，HP(f)为功率放大器的在不同频带间的幅频响应函数，fs为采样频率。
步骤S104，对生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号。
具体为，通过以下公式(2)对生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号Sin(f)：
式中，sin(t)为生成信号的时域形式，fl、fh分别为所需频带上下限。
需要说明的是，本发明对步骤S102，S102和S103的顺序不做具体限制，只要在步骤S101和步骤S104之间完成即可。
步骤S105，根据生成信号所需的幅频响应函数对带限信号进行滤波，生成滤波信号。
具体为，通过以下公式(3)根据生成信号所需的幅频响应函数H(f)对带限信号Sin(f)进行滤波，生成滤波信号Sout(f)：
Sout(f)＝Sin(f)H(f),1≤f≤fs (3)
步骤S106，对滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成滤波信号的时域形式。
具体为，通过以下公式(4)对滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成滤波信号的时域sout(t)形式：
sout(t)＝IFFT(Sout(f)) (4)
S107，根据信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度对滤波信号的时域形式进行幅度修正，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号。
具体为，首先通过以下公式(5)根据信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度A对滤波信号的时域形式进行幅度修正，生成幅度修正后的信号s(t)：
式中，Aout为修正前滤波信号sout(t)的幅度。
其中，信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度A为预先设定的值。
然后，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号，该发射信号即为实际所需幅频特性(所需频带内)平坦的信号。
通过利用本发明实施例提供的信号处理方法，根据信号发生器中的功率放大器不同频带间的幅频特性(即幅频响应函数)，对其进行求逆得到生成信号所需的幅频响应函数，然后根据该幅频响应函数对由生成信号生成的带限信号进行滤波，生成滤波信号，再根据信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度对滤波信号的时域形式进行幅度修正，最后对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号，该发射信号即为实际所需幅频特性(所需频带内)平坦的信号。该方法简单有效，可满足实际任意频谱、谱级的信号发生器发射任意信号的需求，便于工程应用。
如图2所示，其为本发明实施例提供的一种信号发生器发射信号的装置的结构示意图。
该信号处理装置可以与现有信号发生器为一体，也可以为一个单独的装置。该信号处理装置包括：接收单元210，提取单元220，第一生成单元230，第二生成单元240，第三生成单元250，第四生成单元260和输出单元270。
接收单元210用于接收信号发生器发送的生成信号。
其中，该信号发生器可以具体为：信源模拟器或声源发生器。
提取单元220用于提取信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数。
提取单元220具体用于在信号发生器中的功率放大器的输入端输入幅频响应函数平坦的已知宽带信号，然后在信号发生器中的功率放大器的输出端提取功率放大器输出信号频谱，在所需频带内通过输出信号频谱乘以已知宽带信号频谱倒数，得到功率放大器在不同频带间的幅频响应函数。
第一生成单元230用于对信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成该生成信号所需的幅频响应函数。
第一生成单元230具体用于通过公式(1)根据信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数确定处理生成信号所需的幅频响应函数H(f)。
第二生成单元240用于对生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号。
第二生成单元240具体用于通过公式(2)对生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号。
第三生成单元250用于根据生成信号所需的幅频响应函数对带限信号进行滤波，生成滤波信号。
第三生成单元250具体用于通过公式(3)根据生成信号所需的幅频响应函数H(f)对带限信号Sin(f)进行滤波，生成滤波信号Sout(f)。
第四生成单元260用于对滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成滤波信号的时域形式。
第四生成单元260具体用于通过公式(4)对滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成滤波信号的时域形式sout(t)。
输出单元270用于根据信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度对滤波信号的时域形式进行幅度修正，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号。
输出单元270具体用于首先通过公式(5)根据根据信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度A对滤波信号的时域形式进行幅度修正，生成幅度修正后的信号s(t)，然后，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号，该发射信号即为实际所需幅频特性(所需频带内)平坦的信号。
通过利用本发明实施例提供的信号处理装置，根据信号发生器中的功率放大器不同频带间的幅频特性(即幅频响应函数)，对其进行求逆得到生成信号所需的幅频响应函数，然后根据该幅频响应函数对由生成信号生成的带限信号进行滤波，生成滤波信号，再根据信号生成器中的功率放大器的输入端的所需信号幅度对滤波信号的时域形式进行幅度修正，最后对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号，该发射信号即为实际所需幅频特性(所需频带内)平坦的信号。该方法简单有效，可满足实际任意频谱、谱级的信号发生器发射任意信号的需求，便于工程应用。
下面对于本发明实施例提供的信号处理方法及装置的必要性进行阐述：
图3为现有信号发生器输出的发射信号幅频特性示意图。由于信号发生器中的功率放大器的幅频特性(幅频响应函数)在所需频带f＝fl～fh内非平坦的，对生成信号不进行相应处理就直接送入到功放前端，势必会造成功放输出信号幅频特性在所需频带内非平坦的(如式(6)所示)，并不满足信源模拟器或声源发生器所需发射信号的幅频特性。
式中，Ain为生成信号sin(t)的幅度。
图4为应用本发明实施例提供的信号处理方法处理后输出的发射信号幅频特性示意图。根据信号发生器中功率放大器不同频带间的幅频特性(幅频响应函数)，按式(1)对其进行求逆得到幅频响应函数H(f)＝1/HP(f)，则H(f)在所需频带f＝fl～fh内所具有的幅频特性与信号发生器中的功率放大器的幅频特性相反，生成信号通过幅频响应函数H(f)后，该信号所需频带f＝fl～fh的幅频特性与H(f)幅频特性相同，然后经过功率放大后输出的信号幅频特性在所需频带内已变为平坦(如式(7)所示)，满足信号发生器所需发射信号的幅频特性。
由此可以看出，利用本发明实施例提供信号处理方法及装置，可以对现有信号生成器(信源模拟器或声源发生器)输出的生成信号进行进一步处理，最终输出在所需频带内平坦的发射信号。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种信号发生器发射信号的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收信号发生器发送的生成信号；
提取所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数；
对所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成所述生成信号所需的幅频响应函数；
对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号；
根据所述生成信号所需的幅频响应函数对所述带限信号进行滤波，生成滤波信号；
对所述滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成所述滤波信号的时域形式；
根据所述功率放大器的输入端所需信号幅度对所述滤波信号的时域形式进行幅度修正，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号；
所述对所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成所述生成信号所需的幅频响应函数具体为：
通过以下公式根据所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数，确定处理所述生成信号所需的幅频响应函数H(f)：
<mrow> <mi>H</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>f</mi> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow>
式中，HP(f)为所述功率放大器的在不同频带间的幅频响应函数，fs为采样频率；
所述对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号具体为：
通过以下公式对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号Sin(f)：
式中，sin(t)为生成信号的时域形式，fl、fh分别为所需频带上下限。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述生成信号所需的幅频响应函数对所述带限信号进行滤波，生成滤波信号具体为：
通过以下公式根据所述生成信号所需的幅频响应函数H(f)对带限信号Sin(f)进行滤波，生成滤波信号Sout(f)：
Sout(f)＝Sin(f)H(f),1≤f≤fs。
3.一种信号发生器发射信号的装置，其特征在于，所述装置包括：
接收单元，用于接收信号发生器发送的生成信号；
提取单元，用于提取所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数；
第一生成单元，用于对所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数进行求逆，生成所述生成信号所需的幅频响应函数；
第二生成单元，用于对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号；
第三生成单元，用于根据所述生成信号所需的幅频响应函数对所述带限信号进行滤波，生成滤波信号；
第四生成单元，用于对所述滤波信号做逆快速傅里叶变换，生成所述滤波信号的时域形式；
输出单元，用于根据所述功率放大器的输入端的所需信号幅度对所述滤波信号的时域形式进行幅度修正，对幅度修正后的滤波信号的时域形式进行功率放大，生成并输出发射信号；
所述第一生成单元具体用于：
通过以下公式根据所述信号发生器中的功率放大器在不同频带间的幅频响应函数，确定处理所述生成信号所需的幅频响应函数H(f)：
<mrow> <mi>H</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>f</mi> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow>
式中，HP(f)为所述功率放大器的在不同频带间的幅频响应函数，fs为采样频率；
所述第二生成单元具体用于：所述对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号具体为：
通过以下公式对所述生成信号的时域形式做快速傅里叶变换后，生成带限信号Sin(f)：
式中，sin(t)为生成信号的时域形式，fl、fh分别为所需频带上下限。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第三生成单元具体用于：
通过以下公式根据所述生成信号所需的幅频响应函数H(f)对带限信号Sin(f)进行滤波，生成滤波信号Sout(f)：
Sout(f)＝Sin(f)H(f),1≤f≤fs。
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