一种逼近式直流分量提取方法、终端设备及存储介质与流程

本发明涉及直流分量提取领域，尤其涉及一种逼近式直流分量提取方法、终端设备及存储介质。

背景技术：

雷达扫描、激光传感、超声检测等传感系统现已被广泛应用。传感系统多是将传感器接收到的模拟信号进行放大后进行adc转换为数字信号后，由cpu、fpga等数字处理芯片进行进一步处理和分析，数字结果分析很多时候只关注交流信号或应将交流信号和模拟信号进行分离后区别分析。传感数据采集通道的adc驱动器输出偏移，adc入口输入匹配差异，adc输出偏移等半导体器件加工差异性引起的直流偏差客观存在，且通道之间存在差异性，而传感系统集成的传感通道不断增加，鉴于资源、成本、设计复杂度等因素，需要占用数字处理资源更少的直流信号实时提取和去除模块对各传感通道分别处理。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种逼近式直流分量提取方法、终端设备及存储介质。

具体方案如下：

一种逼近式直流分量提取方法，该方法采用以下公式计算输入信号的直流分量：

其中，y(n)表示采样时刻n时的直流分量，x(i)表示输入信号，i表示采样时刻变量，n表示采样时刻，a为常数。

进一步的，该方法采用fpga实现。

进一步的，a大于输入信号的采样深度。

进一步的，所述输入信号是adc采样输出信号。

进一步的，所述adc采样输出信号来自雷达传感器、激光传感器或超声波传感器。

一种逼近式直流分量提取终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

本发明采用如上技术方案，相比于现有的adc直流分量计算方法具有实时性高，占用资源少的优点，且可以实现直流分量输出值在统计时间内最大误差小于1。

附图说明

图1所示为本发明实施例一的算法原理图。

图2所示为该实施例运行后的资源占用报告。

图3所示为该实施例编译后的仿真结果。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：

adc直流分量提取即为计算统计时间段内的adc均值输出，其理论计算公式为：

该实施例中对现有的adc直流分量提取进行改进，以提升其实时性，且减少数字资源占用量。图1所实施为算法原理图，具体的计算公式为：

其中，y(n)表示输出的直流分量，x(i)表示adc输入信号，i表示采样时刻变量，n表示当前采样时刻，a为常数，本领域技术人员可以根据经验和实验结果设定，根据不同应用场景和要求，可以改变a的值。2^a表示2^a个采样时刻的adc输入电压的直流分量，其同时包含直流和交流成分的量化数据值。

公式中设定+0.5为将计算的直流分量的值进行四舍五入以减少偏差值，如不进行四舍五入时，偏差值最大为1，进行四舍五入后偏差值最大为0.5。

该实施例采用fpga实现，使用的芯片为intel公司的fpga芯片5cgxfc7cf23c8，图2所示为其资源占用报告，从报告中可以看出功能实现代码综合编译后仅使用69个alm的逻辑资源，不占用dsp和ram资源，这对于该实施例中采样深度为12bit的adc的来说是非常节省资源的。

需要说明的是，fpga实现为本实施例的一种优选实施方式，其具有实时性高和资源使用量少的优点，但仍可采用其他类型的芯片实现，如arm等。

图3所示为该实施例编译后的仿真结果，其中：average_o信号为输出的直流分量，即y(n)；clk_sampling信号是周期为10ns的时钟信号；该实施例中adc输入信号data_adc为x⁷+x⁶+1的线性反馈移位寄存器(linearfeedbackshiftregister,lfsr)伪随机信号，进行运算的adc采样点数为2¹¹个。从图3中可以看出data_adc信号是杂乱的交变信号，而对于待提取的直流分量输出average_o在500ns时基左右处进入稳定输出状态。

如下所示为该实施例中的示例代码，其采用vhdl(ieee1076-2008)语言编写的，为可在fpga芯片上综合布线通过的代码程序。

实现功能与理论计算的偏差决定了本方法的可适用性，本实施例方法与现有方法的偏差计算公式为y(n)-y’(n)，设定adc输入值为无符号数，则有：

其中，y(n)为本实施例方法计算的直流分量，y′(n)为现有方法计算的直流分量。

因此，当需要实现直流分量输出值在统计时间内最大误差小于1时，只需a的取值大于adc的采样深度(即adc输入信号所在的比特位数)，即可满足[y(n)-y′(n)]≤1，可满足现场应用要求，改变a的值，将影响示例代码中sum的位宽，而对代码编译后的资源占用影响很小。更大的a值意味着adc直流分量提取是更长时间段(更多adc累加数值)的adc数值统计结果，可以适用于adc采样频率与目标信号分析频率相差更大的应用。

该实施例相比于现有的adc直流分量计算方法具有实时性高，占用资源少的优点。该实施例可以实现直流分量输出值在统计时间内最大误差小于1。该实施例可以实现均值输出的快速赋值和结果逼近的状态切换。

本实施例可适用于雷达扫描、激光传感、超声检测等应用领域，对于如雷达扫描、超声波相控阵检测系统等集成多路传感器的应更具有非常明显的资源占用量优势，对于数字处理资源限制和成本限制要求较高的应用具有明显优势。

实施例二：

本发明还提供一种逼近式直流分量提取终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。

进一步地，作为一个可执行方案，所述逼近式直流分量提取终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述逼近式直流分量提取终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述逼近式直流分量提取终端设备的组成结构仅仅是逼近式直流分量提取终端设备的示例，并不构成对逼近式直流分量提取终端设备的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述逼近式直流分量提取终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。

进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述逼近式直流分量提取终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个逼近式直流分量提取终端设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述逼近式直流分量提取终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。

所述逼近式直流分量提取终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)以及软件分发介质等。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。