调幅信号整周期或半周期同步测频修正数字解调检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于幅度调制信号检测系统的数字解调的频率误差补偿修正技 术，尤其是光栅扫描型光谱仪的信号检测系统的数字解调方法。
【背景技术】
[0002] 对于幅度调制检测信号的解调，检测系统通常采用锁相放大电路实现:将检测信 号和参考信号（与被测信号同频同相的方波信号)进行相敏检波、低通滤波、放大后得到与 调制信号同频分量的幅值信号，从而有效地抑制噪声和谐波。其电路包括检测信号的带通 滤波和放大、参考信号的移相、相敏检波、低通滤波等环节，而且每个环节的信号处理结果 均依赖前一级环节输出信号，输出信号受各级电路影响，造成系统调试难度逐级加大，系统 的稳定性、仪器的一致性很难保证。
[0003] 现有的数字锁相放大器，在电路中省去了移相、相敏检波、低通滤波等环节，但依 然存在一些问题。如：
[0004] CN102403969A公开了 "一种数字锁相放大器和数字锁相控制方法"，采用设置采样 频率为被测信号频率的4整周期倍的方法，用加减法运算替代了正交解调中的乘法运算。此 种方法需要乘方开方运算，要求被测信号频率稳定且已知，同时要求采样频率为被测信号 频率的特定倍数。
[0005] CN102916665A公开了一种"双相数字式锁相放大器及其数字域同步锁相算法"，实 现自动跟踪滤波、同步锁相功能，可适应频率变化的输入信号，但要求作为参考信号的两路 相位差为90°的方波信号与检测信号同频，而且需要采集Ξ路信号，并送入PC机，由PC机实 现锁相算法，不能满足光谱扫描对实时采样的要求。
[0006] 吉林大学，刘志伟"便携式近红外光谱仪器数字解调采集系统研制"的论文中，提 出利用CPLD分频产生4N倍信号频率的采样控制信号进行采样，并进行正交运算实现双相数 字锁相放大。但需要检测信号频率已知且稳定，并与CPLD分频产生的控制信号频率成4N倍 的关系，否则检测误差大。
[0007] 103604500A公开了 "光栅扫描型光谱仪的检测系统及检测方法"，检测系统WDSP 微控制器的数字化积分和平均滤波算法实现数字锁相放大。它W锁相环稳速电路保证采样 控制信号与检测信号的倍频关系，实现同步采样，因此存在稳速误差产生的信号和采样频 率的波动，进而导致检测信号测量数字量的噪声较大。
[000引 北京航空大学刘立军等人"A digital switching demodulator for electrical capacitance tomography，，、（'A digital demodulation method for electrical tomography based on sine wave rectification，'和"A complex programmable logic device-based high-precision electrical capacitance tomography system，'，
[0009]天津大学尹武良等人"The design of a digital magnetic induction tomography(MIT)system for metallic object imaging based on half cycle demodulation"和"电磁层析成像中基于半周期采样的数字解调方法"中，均提出了基于数 字开关解调和数字整形解调的周期信号解调方法，进一步简化了数字解调算法。算法不需 要参考信号，只进行加减法计算，需要采集一个周期或半个周期的信号即可完成幅值的解 调，且在测量信号的任意时刻任意相位状态均可开始，无需信号的相位判断，检测电路和算 法简单。但上述方法对于频率不稳定的被测信号，由于没有锁相，无法保证其检测时信号采 集周期或半周期的完整，会产生较大的随机性误差。
[0010] 201510621991.X公开了一种"简化数字锁相放大器的光栅扫描型光谱仪及检ii方 法"，W整周期内信号采集数据的绝对值平均计算的方法对数字锁相放大器进行了简化，光 谱仪检测系统由微控制器单元和高速模数转换器单元构成，微控制器单元控制高速模数转 换单元，电路和算法简单，检测速度快、精度高。但由于检测信号本身存在频率波动W及ADC 采样频率的限制，会引起每个信号周期最后采样点的取舍误差，虽然取多个周期平均，但检 测信号的测量结果仍然存在随机性误差，并表现为检测结果的噪声。
[0011] 由此可见，现有的数字锁相放大器对于频率不稳定的检测信号，均存在检测噪声 问题。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是针对上述现有数字锁相放大器的不足，提供一种减小调幅信号解 调检测的噪声的调幅信号整周期或半周期同步测频修正数字解调检测系统；
[0013] 本发明的另一目的是提供一种进一步减小现有数字锁相放大器对于频率不稳定 的调幅信号检测噪声的调幅信号整周期或半周期同步测频修正数字解调检测系统的检测 方法。
[0014] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0015] 调幅信号整周期或半周期同步测频修正数字解调检测系统，是由高速模数转换器 单元分别经数据线和控制线与微控制器单元连接，信号整形电路通过控制线与微控制器单 元连接构成。
[0016] 调幅信号整周期或半周期同步测频修正数字解调检测系统的检测方法，是由微控 制器单元W整周期或半周期同步测频修正绝对累计平均的检测方法对调幅信号进行数字 解调。
[0017] 整周期或半周期同步测频修正检测方法，是微控制器单元在接收到计数器控制信 号（即整形电路输出的与检测信号同频同相的方波信号）的第一个上升沿或下降沿(整周期 方法二者取一，半周期方法二者均取)开始，W同样的方式（即上升沿或下降沿有效，否则无 效)依次判断每个整周期或半周期的终点，也是下一个整周期或半周期的起点;在每个整周 期或半周期内同时进行采样、绝对值累计计算和高频计数，分别获得检测信号在每个整周 期或半周期内的绝对值累计值I和计数值S，其中信号的采样频率为时，计数频率为fc，且fc 远大于fo;重复进行连续或不连续的多个(m)整周期或半周期后，W采样控制信号周期（1/ fo)与计数器获得的检测信号的每个整周期或半周期（s/f。)的比值(fe/sfo)作为修正系数 进行频率校正、W方波级数展开的1阶系数进行系数(V2)校正，获得每一个整周期或半周 期调幅信号的幅值M;并W其m个整周期或半周期的平均值作为待检测调幅信号的幅度检测 值。包括W下步骤：
[0018] a、检测系统设置采样整周期或半周期m值或通过接受上位机指令获得;设置ADC采 样频率时大于等于η倍的信号频率，η含10;设置当前采样整周期或半周期的顺序号j = l;
[0019] b、根据计数器控制信号判断检测信号每个整周期或半周期的开始或结束：
[0020] 若计数器控制信号有效且j = l，即信号第1个整周期或半周期开始，控制ADC开始 采样；
[0021] 若计数器控制信号有效且j〉l，即信号第j个整周期或半周期结束，第j+1个整周期 或半周期开始；
[0022] 否则，即计数器控制信号无效，若j = l，则重复此步骤;若j〉l，则继续下一步骤；
[0023] 其中计数器控制信号有效的判断依据是整形电路输出的与检测信号同频同相的 方波信号为上升沿或下降沿，整周期方法二者取一，半周期方法二者均取；
[0024] C、在每一个整周期或半周期（j = l，2，···，m)开始，计数器开始高频计数(计数频率 为f。，且远大于fo)，直至该整周期或半周期结束，并获得该整周期或半周期的频率计数值 Sj ;
[0025] d、在每一个整周期或半周期（j = l，2，…，m)的开始到结束期间，读取ADC采样值x (i)，并进行绝对值累计计算：
[0026]
(1)
[0027] 其中：i = l，2,…，kj，为信号当前整周期或半周期内采样点的顺序号;kj为信号当 前整周期或半周期内采样点