多通道数据采样方法、系统和装置与流程

本发明涉及数字信号处理技术领域，特别是涉及一种多通道数据采样方法、系统和装置。

背景技术：

随着电子信息技术的发展，大规模信号处理，尤其是多通道的阵列采集与处理的相关技术也蓬勃发展，通道的数量不断增多，采集与处理的数据量也不断增大。大规模阵列信号采集与处理正成为一个新兴的研究领域。

现如今CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、内存、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)等器件的性能不断提升，后续数据处理能力显著增强，促使实际应用对前端链路的采样通道数，采样频率的要求也飞速增长，由此迫切地需要在有限的存储空间内存储更多时长的有用信号，节省系统资源、控制系统成本，提高整个系统的工作效率、应用范围。

目前所用的阵列采集技术常分为下述两种机制：一是采用“一个ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)对应一路通道”的方式，显然不适合大规模阵列采集的情况；二是使用“一个ADC对应多路通道，由同步时钟控制通道切换与存储空间切换”。这种方式对于ADC的采样频率，各种切换的时间，不同存储空间的指定等操作的时序协同需要严格的控制，造成了系统资源的消耗，资源利用率低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对资源利用率低的问题，提供一种多通道数据采样方法、系统和装置。

一种多通道数据采样方法，包括以下步骤：

在当前采样通道对应的第一存储空间存满后，从当前采样通道切换至下一个采样通道，并控制存储空间切换至下一个采样通道对应的第二存储空间；其中，当前采样通道为各个采样通道中正在执行采样操作的通道，各个采样通道分别对应一个存储空间，各个采样通道的数据分别添加数据帧头后存入对应的存储空间；

切换完成后，对所述第一存储空间内的数据进行傅里叶变换，提取所述第一存储空间内的数据的功率谱的强度和频率信息；

若所述功率谱的强度和频率信息符合预设的条件，则将采样率设置为第一采样率对下一个采样通道的数据进行采样。

一种多通道数据采样系统，包括：

切换模块，用于在当前采样通道对应的第一存储空间存满后，从当前采样通道切换至下一个采样通道，并控制存储空间切换至下一个采样通道对应的第二存储空间；其中，当前采样通道为各个采样通道中正在执行采样操作的通道，各个采样通道分别对应一个存储空间，各个采样通道的数据分别添加数据帧头后存入对应的存储空间；

判断模块，用于切换完成后，对所述第一存储空间内的数据进行傅里叶变换，提取所述第一存储空间内的数据的功率谱的强度和频率信息；

采样模块，用于若所述功率谱的强度和频率信息符合预设的条件，则将采样率设置为第一采样率对下一个采样通道的数据进行采样。

一种多通道数据采样装置，包括：

切换开关，模数转换模块，地址选择器，存储空间，加帧头电路，时钟发生器，计数器和触发电路；

后级数据处理单元向触发电路发送片段接收完成标志，触发电路收到该片段接收完成标志后，根据上次轮询中从存储空间输入的数据调整采样率，并通过控制时钟发生器改变模数转换模块的采样率进行采样，采样数据通过切换开关存进对应的存储空间并由加帧头电路补充帧头信息，计数器计满时发出计满标志，触发电路、切换开关、地址选择器进行异步握手切换至下一采样通道与对应存储空间，触发电路通过下一采样通道上次轮询结果调整采样率，输出片段存满标志到后级数据处理单元，并接收后级数据处理单元返回的片段接收完成标志。

与现有技术相比，本发明的多通道数据采样方法、系统和装置，每个采样通道对应一个存储空间，采样时，若当前采样通道对应的存储空间存满，则将当前采样通道切换至下一个通道，并将存储空间切换至下一个通道对应的存储空间，并在有用信号到来后以高频率采样，在有用信号未到来时以低频率采样，可以在不增多ADC的情况下拓展采样通道，在不增加现有存储空间的情况下拓展采样时长，具有效率高，稳定性强，存储空间利用率高的特点。

附图说明

图1为一个实施例的多通道数据采样方法流程图；

图2(a)为一个实施例的多通道数据采样方法的程序流图；

图2(b)为一个实施例的通道切换的程序流图；

图3为一个实施例的多通道数据采样系统的结构示意图；

图4为一个实施例的多通道数据采样装置的结构示意图；

图5为一个实施例的触发电路的结构示意图；

图6为一个实施例的多通道数据采样装置的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明提供一种多通道数据采样方法，可包括以下步骤：

S1，在当前采样通道对应的第一存储空间存满后，从当前采样通道切换至下一个采样通道，并控制存储空间切换至下一个采样通道对应的第二存储空间；其中，当前采样通道为各个采样通道中正在执行采样操作的通道，各个采样通道分别对应一个存储空间，各个采样通道的数据分别添加数据帧头后存入对应的存储空间；

在本步骤中，采样通道可以包括[C_1(n)-C_i(n)-C_N(n)]，所述采样通道[C_1(n)-C_i(n)-C_N(n)]可分别对应存储空间[M_1(n)-M_i(n)-M_N(n)]。其中，N为通道总数量，i＝1,2，...，N。n为轮询次数。通道C_i(n)的数据对应存入存储空间M_i(n)，依次轮询往复。假设当前采样通道为C_i(n)，可判断采样通道C_i(n)是否存满。若存满则控制采样通道切换至下一个采样通道C_i+1(n)，当切换到C_i+1(n)通道成功后可控制存储空间切换至对应的存储空间M_i+1(n)。若未存满，则可以继续以当前采样通道C_i(n)采样，并返回判断当前采样通道对应的第一存储空间是否存满的步骤。

在一个实施例中，可以对采样数据添加数据帧头后进行存储，若采样数据存满一个片段，向后级数据处理单元发送片段存满标志，并等待后续数据处理单元返回的片段接收完成标志，在接收到所述片段接收完成标志之后，返回判断当前采样通道对应的第一存储空间是否存满的步骤。

S2，切换完成后，对所述第一存储空间内的数据进行傅里叶变换，提取所述第一存储空间内的数据的功率谱的强度和频率信息；

从该功率谱所体现的强度和频率信息中可以获知有用信号是否到达采样通道。

S3，若所述功率谱的强度和频率信息符合预设的条件，则将采样率设置为第一采样率对下一个采样通道的数据进行采样。

若所述功率谱的强度和频率信息符合预设的条件，则表明有用信号到达。此时，可以将采样率设置为第一采样率对所述下一个采样通道的数据进行采样。所述预设的条件可以是功率谱强度大于预设值，或者频率处于预设范围内等等。

反之，若所述功率谱的强度和频率信息不符合预设的条件，则表明有用信号未到达。此时，可以将采样率设置为第二采样率对下一个采样通道的数据进行采样；其中，所述第二采样率小于所述第一采样率。所述第二采样率的倒数(即采样时间间隔)大于有用信号的最小重复周期。在有用信号未到达时，以低速率进行采样，在有用信号到来时，以高速率进行采样，可以有效节约系统资源。

在一个实施例中，可将系统启动后进行第一次采样时的采样率设为所述第二采样率。

当前存储空间M_i(n)可包括数据帧头以及从当前通道所采集的数据。数据帧头可包含以下信息：当前数据对应的通道号C_i(n)；当前通道采集时所用到的采样率Fs；当前的相对时间刻度dtn；轮询到该通道的次数n。以备数据反演时使用。每一次采集后存入当前存储空间M_i(n)的数据段都包含有所述数据帧头。在通道切换时，不进行数据存储。

如图2(a)和图2(b)所示，本发明的多通道数据采样的程序流可以根据如下方式实现：首先分配分配好对应的采集通道C_i(n)和存储空间M_i(n)，接着中控与握手模块等待从后继单元接收片段接收完成标志RF，在接收到该标志之后，根据对应通道/空间上次轮询的结果(即预设结果)设定采样率Fs，(初次轮询为低频率Fsl)，然后通过时钟控制ADC以对应的采样率进行采样并加上帧头信息存储进存储空间。在等待空间计数模块计满之后，采用异步握手的方式将当前通道C_i(n)，存储空间M_i(n)切换至下一采样通道C_i(n+1)与其对应的存储空间M_i(n+1)。接着根据M_i(n)中的数据取功率谱信息判断有用信号是否到达。若判断结果为信号已到达，则将采样率Fs预设为高采样率Fsh，否则预设为Fsl。然后输出片段存满标志TF到后继单元并发送出数据。最后回到等待从后继单元接收片段接收完成标志RF，不断轮询往复。

与现有技术相比，本发明提供一种高可靠性的多通道采样方法，可以在不增多ADC的情况下拓展采样通道，在不增加现有存储空间的情况下拓展采样时长，具有效率高，稳定性强，存储空间利用率高的特点。

本发明所述系统将采样通道与存储空间一一对应，通道切换与存储空间切换采用异步握手的方式进行数据存储。尤其是，采用了自适应集中突发式采样手段，尽可能多地存储有用数据，也节约了系统开销。而且由于采用了异步握手的方式，可靠性高。

如图3所示，本发明提供一种多通道数据采样系统，可包括：

切换模块11，用于在当前采样通道对应的第一存储空间存满后，从当前采样通道切换至下一个采样通道，并控制存储空间切换至下一个采样通道对应的第二存储空间；其中，当前采样通道为各个采样通道中正在执行采样操作的通道，各个采样通道分别对应一个存储空间，各个采样通道的数据分别添加数据帧头后存入对应的存储空间；

采样通道可以包括[C_1(n)-C_i(n)-C_N(n)]，所述采样通道[C_1(n)-C_i(n)-C_N(n)]可分别对应存储空间[M_1(n)-M_i(n)-M_N(n)]。其中，N为通道总数量，i＝1,2，...，N。n为轮询次数。通道C_i(n)的数据对应存入存储空间M_i(n)，依次轮询往复。假设当前采样通道为C_i(n)，可判断采样通道C_i(n)是否存满。若存满则控制采样通道切换至下一个采样通道C_i+1(n)，当切换到C_i+1(n)通道成功后可控制存储空间切换至对应的存储空间M_i+1(n)。若未存满，则可以继续以当前采样通道C_i(n)采样，并返回判断当前采样通道对应的第一存储空间是否存满的步骤。

在一个实施例中，可以对采样数据添加数据帧头后进行存储，若采样数据存满一个片段，向后级数据处理单元发送片段存满标志，并等待后续数据处理单元返回的片段接收完成标志，在接收到所述片段接收完成标志之后，返回判断当前采样通道对应的第一存储空间是否存满的步骤。

判断模块12，用于切换完成后，对所述第一存储空间内的数据进行傅里叶变换，提取所述第一存储空间内的数据的功率谱的强度和频率信息；

从该功率谱所体现的强度和频率信息中可以获知有用信号是否到达采样通道。

采样模块13，用于若所述功率谱的强度和频率信息符合预设的条件，则将采样率设置为第一采样率对下一个采样通道的数据进行采样。

若所述功率谱的强度和频率信息符合预设的条件，则表明有用信号到达。此时，可以将采样率设置为第一采样率对所述下一个采样通道的数据进行采样。所述预设的条件可以是功率谱强度大于预设值，或者频率处于预设范围内等等。

反之，若所述功率谱的强度和频率信息不符合预设的条件，则表明有用信号未到达。此时，可以将采样率设置为第二采样率对下一个采样通道的数据进行采样；其中，所述第二采样率小于所述第一采样率。所述第二采样率的倒数(即采样时间间隔)大于有用信号的最小重复周期。在有用信号未到达时，以低速率进行采样，在有用信号到来时，以高速率进行采样，可以有效节约系统资源。

在一个实施例中，可将系统启动后进行第一次采样时的采样率设为所述第二采样率。

当前存储空间M_i(n)可包括数据帧头以及从当前通道所采集的数据。数据帧头可包含以下信息：当前数据对应的通道号C_i(n)；当前通道采集时所用到的采样率Fs；当前的相对时间刻度dtn；轮询到该通道的次数n。以备数据反演时使用。每一次采集后存入当前存储空间M_i(n)的数据段都包含有所述数据帧头。在通道切换时，不进行数据存储。

如图2(a)和图2(b)所示，本发明的多通道数据采样的程序流可以根据如下方式实现：首先分配分配好对应的采集通道C_i(n)和存储空间M_i(n)，接着中控与握手模块等待从后继单元接收片段接收完成标志RF，在接收到该标志之后，根据对应通道/空间上次轮询的结果(即预设结果)设定采样率Fs，(初次轮询为低频率Fsl)，然后通过时钟控制ADC以对应的采样率进行采样并加上帧头信息存储进存储空间。在等待空间计数模块计满之后，采用异步握手的方式将当前通道C_i(n)，存储空间M_i(n)切换至下一采样通道C_i(n+1)与其对应的存储空间M_i(n+1)。接着根据M_i(n)中的数据取功率谱信息判断有用信号是否到达。若判断结果为信号已到达，则将采样率Fs预设为高采样率Fsh，否则预设为Fsl。然后输出片段存满标志TF到后继单元并发送出数据。最后回到等待从后继单元接收片段接收完成标志RF，不断轮询往复。

与现有技术相比，本发明提供一种高可靠性的多通道采样系统，可以在不增多ADC的情况下拓展采样通道，在不增加现有存储空间的情况下拓展采样时长，具有效率高，稳定性强，存储空间利用率高的特点。

本发明所述系统将采样通道与存储空间一一对应，通道切换与存储空间切换采用异步握手的方式进行数据存储。尤其是，采用了自适应集中突发式采样手段，尽可能多地存储有用数据，也节约了系统开销。而且由于采用了异步握手的方式，可靠性高。

如图4所示，本发明还提供一种多通道数据采样装置，可包括：

切换开关21，模数转换模块22，地址选择器23，存储空间24，加帧头电路25，时钟发生器26，计数器27和触发电路28；

后级数据处理单元向触发电路28发送片段接收完成标志，触发电路28收到该片段接收完成标志后，根据上次轮询中从存储空间24输入的数据调整采样率，并通过控制时钟发生器26改变模数转换模块22的采样率进行采样，采样数据通过切换开关21存进对应的存储空间24并由加帧头电路25补充帧头信息，计数器27计满时发出计满标志，触发电路28、切换开关21、地址选择器23进行异步握手切换至下一采样通道与对应存储空间24，触发电路28通过下一采样通道上次轮询结果调整采样率，输出片段存满标志到后级数据处理单元，并接收后级数据处理单元返回的片段接收完成标志。

如图5所示，所述触发电路28可包括第一触发器281、第二触发器282、第三触发器283、运算器284和状态选择开关285；所述第一触发器281连接切换开关21和计数器27，所述第二触发器282连接切换开关21、地址选择器23和运算器284，所述运算器284连接存储空间24和状态选择开关285，所述状态选择开关285连接第三触发器283、时钟发生器26和后级数据处理单元，所述第三触发器283连接后级数据处理单元。

如图6所示，为所述多通道数据采样装置的一个应用实例，图中102为本发明所述的一种多通道数据采样装置。图中101为前级模拟处理，图中103为数据波形恢复装置。本发明所述的多通道数据采样装置102与数据波形恢复装置103通过TF，RF进行异步握手，最终通过103在主机的显示器上进行显示。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。