一种高场mri高功率射频功放的非线性建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，将获取的原始基带数据序列和失真基带数据序列分段，第一段原始基带数据序列作为输入数据，第一段失真基带数据序列作为输出数据去训练第一非线性模型，得到第一非线性模型的模型参数，第二段原始基带数据序列作为输入数据，第二段失真基带数据序列作为输出数据去训练第二非线性模型，得到第二非线性模型的模型参数，将第一非线性模型的模型参数赋予第一非线性模型，得到第一子模型；将第二非线性模型的模型参数赋予第二非线性模型，得到第二子模型；验证第一子模型和第二子模型的精度；优点是能够精确建立高场MRI高功率射频功放的非线性模型，准确跟踪高场MRI高功率射频功放的非线性特征。
【专利说明】
一种高场MR I高功率射频功放的非线性建模方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种功放的非线性建模方法，尤其是涉及一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法。【背景技术】
[0002]高场MR I高功率射频功放，在大功率动态范围辛格脉冲信号作用下，在AM/AM、AM/ PM曲线上表现为分叉，即高场MRI高功率射频功放存在大动态范围分叉非线性。传统数字预失真只适用于通信系统中低功率射频功放，难以直接用于功率高达数十千瓦，激励信号功率动态变化范围达65dB的高场MRI高功率射频功放的分叉动态非线性抑制。鉴此，设计一种可以精确建立高场MRI高功率射频功放的非线性模型的高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，对于跟踪高场MRI高功率射频功放的非线性特征具有重要意义。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，该非线性建模方法能够精确建立高场MRI高功率射频功放的非线性模型，准确跟踪高场 MRI高功率射频功放的非线性特征。
[0004]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，包括以下步骤:
[0005](1)将高场MRI谱仪的输出端和高场MRI功率射频功放的输入端连接，开启高场MRI 谱仪和高场MRI功率射频功放，高场MRI谱仪的输出端输出原始射频信号，该原始射频信号输入高场MRI功率射频功放中，高场MRI功率射频功放的输出端输出失真射频信号；
[0006](2)获取所述的原始射频信号和所述的失真射频信号；提取所述的原始射频信号的包络，所述的原始射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功放输入端的原始基带数据序列;提取所述的失真射频信号的包络，所述的失真射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功放输出端的失真基带数据序列；[〇〇〇7] (3)对所述的原始基带数据序列和所述的失真基带数据序列分别进行取模运算， 得到所述的原始基带数据序列中各原始基带数据的模和所述的失真基带数据序列中各失真基带数据的模；
[0008](4)确定所述的原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据和所述的失真基带数据序列中模值最大的失真基带数据；
[0009](5)将原始基带数据序列中第一个原始基带数据至模值最大的原始基带数据作为第一段原始基带数据序列，剩余原始基带数据作为第二段原始基带数据序列；将失真基带数据序列中第一个失真基带数据至模值最大的失真基带数据作为第一段失真基带数据序列，剩余失真基带数据作为第二段失真基带数据序列；
[0010](6)选取两个功放非线性模型，将两个功放非线性模型分别记为第一非线性模型和第二非线性模型；将第一段原始基带数据序列作为输入数据，第一段失真基带数据序列作为输出数据，训练第一非线性模型，得到第一非线性模型的模型参数;将第二段原始基带数据序列作为输入数据，第二段失真基带数据序列作为输出数据，训练第二非线性模型，得到第二非线性模型的模型参数；
[0011](7)将第一非线性模型的模型参数赋予第一非线性模型，得到第一子模型;将第二非线性模型的模型参数赋予第二非线性模型，得到第二子模型；
[0012](8)将第一段原始基带数据序列作为输入数据输入第一子模型中，第一子模型的输出端输出第一段仿真基带数据序列;将第二段原始基带数据序列作为输入数据输入第二子模型中，第二子模型的输出端输出第二段仿真基带数据序列；[〇〇13](9)将第一段仿真基带数据和第二段仿真基带数据合并，得到原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列；
[0014](10)将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列输入基带变射频模块中，基带变射频模块将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列转换为仿真射频信号输出；
[0015](11)验证第一子模型和第二子模型的准确性:将仿真射频信号和失真射频信号进行比较，如果该仿真射频信号达到预定的仿真准确度，则步骤(6)得到的第一非线性模型的模型参数和第二非线性模型的模型参数即为有效的非线性模型参数，建模过程结束;如果该仿真射频信号不能满足模型精度要求，则返回步骤(1)重复进行模型参数的提取，直至满足预定的仿真准确度。
[0016]两个所述的非线性模型均为功率分段非线性模型。该方法通过功率分段非线性模型来实现第一子模型和第二子模型，可以进一步提高建模精度。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于通过将获取的原始基带数据序列和失真基带数据序列分段，原始基带数据序列按照其内各原始基带数据的模值被分为两段，失真基带数据序列按照其内各失真基带数据的模值被分为两段，将第一段原始基带数据序列作为输入数据，第一段失真基带数据序列作为输出数据，训练第一非线性模型，得到第一非线性模型的模型参数，将第二段原始基带数据序列作为输入数据，第二段失真基带数据序列作为输出数据，训练第二非线性模型，得到第二非线性模型的模型参数，将第一非线性模型的模型参数赋予第一非线性模型，得到第一子模型；将第二非线性模型的模型参数赋予第二非线性模型，得到第二子模型;将第一段原始基带数据序列作为输入数据输入第一子模型中， 第一子模型的输出端输出第一段仿真基带数据序列;将第二段原始基带数据序列作为输入数据输入第二子模型中，第二子模型的输出端输出第二段仿真基带数据序列；将第一段仿真基带数据和第二段仿真基带数据合并，得到原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列；将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列输入基带变射频模块中，基带变射频模块将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列转换为仿真射频信号输出；将仿真射频信号和失真射频信号进行比较，如果该仿真射频信号达到预定的仿真准确度(45dB的动态范围内增益波动不超过〇.5dB，相位波动不超过5度)，则得到的第一非线性模型的模型参数和第二非线性模型的模型参数即为有效的非线性模型参数，建模过程结束;如果该仿真射频信号不能满足模型精度要求，则重新进行模型参数的提取，直至满足预定的仿真准确度；由此，该非线性建模方法能够精确建立高场MRI高功率射频功放的非线性模型，准确跟踪高场 MRI高功率射频功放的非线性特征。【附图说明】
[0018]图1为被测射频功放的实际测量值和现有的记忆多项式非线性模型的归一化AM/ AM曲线比较图；
[0019]图2为被测射频功放的实际测量值和本发明的高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法构建的非线性模型的归一化AM/AM曲线比较图。【具体实施方式】
[0020]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。[0021 ]实施例一:一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，包括以下步骤:
[0022](1)将高场MRI谱仪的输出端和高场MRI功率射频功放的输入端连接，开启高场MRI 谱仪和高场MRI功率射频功放，高场MRI谱仪的输出端输出原始射频信号，该原始射频信号输入高场MRI功率射频功放中，高场MRI功率射频功放的输出端输出失真射频信号；
[0023](2)获取原始射频信号和失真射频信号;提取原始射频信号的包络，原始射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功放输入端的原始基带数据序列；提取失真射频信号的包络，失真射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功放输出端的失真基带数据序列；
[0024](3)对原始基带数据序列和失真基带数据序列分别进行取模运算，得到原始基带数据序列中各原始基带数据的模和失真基带数据序列中各失真基带数据的模；[〇〇25](4)确定原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据和失真基带数据序列中模值最大的失真基带数据；
[0026](5)将原始基带数据序列中第一个原始基带数据至模值最大的原始基带数据作为第一段原始基带数据序列，剩余原始基带数据作为第二段原始基带数据序列；将失真基带数据序列中第一个失真基带数据至模值最大的失真基带数据作为第一段失真基带数据序列，剩余失真基带数据作为第二段失真基带数据序列；[〇〇27](6)选取两个功放非线性模型，将两个功放非线性模型分别记为第一非线性模型和第二非线性模型；将第一段原始基带数据序列作为输入数据，第一段失真基带数据序列作为输出数据，训练第一非线性模型，得到第一非线性模型的模型参数;将第二段原始基带数据序列作为输入数据，第二段失真基带数据序列作为输出数据，训练第二非线性模型，得到第二非线性模型的模型参数；
[0028](7)将第一非线性模型的模型参数赋予第一非线性模型，得到第一子模型;将第二非线性模型的模型参数赋予第二非线性模型，得到第二子模型；
[0029](8)将第一段原始基带数据序列作为输入数据输入第一子模型中，第一子模型的输出端输出第一段仿真基带数据序列;将第二段原始基带数据序列作为输入数据输入第二子模型中，第二子模型的输出端输出第二段仿真基带数据序列；
[0030](9)将第一段仿真基带数据和第二段仿真基带数据合并，得到原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列；
[0031](10)将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列输入基带变射频模块中，基带变射频模块将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列转换为仿真射频信号输出； [〇〇32](11)验证第一子模型和第二子模型的准确性:将仿真射频信号和失真射频信号进行比较，如果该仿真射频信号达到预定的仿真准确度(45dB的动态范围内增益波动不超过 〇.5dB，相位波动不超过5度)，则步骤(6)得到的第一非线性模型的模型参数和第二非线性模型的模型参数即为有效的非线性模型参数，建模过程结束;如果该仿真射频信号不能满足模型精度要求，则返回步骤(1)重复进行模型参数的提取，直至满足预定的仿真准确度。
[0033]实施例二:一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，包括以下步骤:
[0034] (1)将高场MRI谱仪的输出端和高场MRI高功率射频功放的输入端连接，开启高场 MRI谱仪和高场MRI功率射频功放，高场MRI谱仪的输出端输出原始射频信号，该原始射频信号输入高场MRI功率射频功放中，高场MRI功率射频功放的输出端输出失真射频信号；
[0035] (2)获取原始射频信号和失真射频信号;提取原始射频信号的包络，原始射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功放输入端的原始基带数据序列；提取失真射频信号的包络，失真射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功放输出端的失真基带数据序列；
[0036] (3)对原始基带数据序列和失真基带数据序列分别进行取模运算，得到原始基带数据序列中各原始基带数据的模和失真基带数据序列中各失真基带数据的模；[〇〇37] (4)确定原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据和失真基带数据序列中模值最大的失真基带数据；
[0038] (5)将原始基带数据序列中第一个原始基带数据至模值最大的原始基带数据作为第一段原始基带数据序列，剩余原始基带数据作为第二段原始基带数据序列；将失真基带数据序列中第一个失真基带数据至模值最大的失真基带数据作为第一段失真基带数据序列，剩余失真基带数据作为第二段失真基带数据序列；[〇〇39] (6)选取两个功放非线性模型，将两个功放非线性模型分别记为第一非线性模型和第二非线性模型；将第一段原始基带数据序列作为输入数据，第一段失真基带数据序列作为输出数据，训练第一非线性模型，得到第一非线性模型的模型参数;将第二段原始基带数据序列作为输入数据，第二段失真基带数据序列作为输出数据，训练第二非线性模型，得到第二非线性模型的模型参数；
[0040] (7)将第一非线性模型的模型参数赋予第一非线性模型，得到第一子模型;将第二非线性模型的模型参数赋予第二非线性模型，得到第二子模型；
[0041] (8)将第一段原始基带数据序列作为输入数据输入第一子模型中，第一子模型的输出端输出第一段仿真基带数据序列;将第二段原始基带数据序列作为输入数据输入第二子模型中，第二子模型的输出端输出第二段仿真基带数据序列；
[0042] (9)将第一段仿真基带数据和第二段仿真基带数据合并，得到原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列；
[0043] (10)将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列输入基带变射频模块中，基带变射频模块将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列转换为仿真射频信号输出；
[0044] (11)验证第一子模型和第二子模型的准确性:将仿真射频信号和失真射频信号进行比较，如果该仿真射频信号达到预定的仿真准确度(45dB的动态范围内增益波动不超过 〇.5dB，相位波动不超过5度)，则步骤(6)得到的第一非线性模型的模型参数和第二非线性模型的模型参数即为有效的非线性模型参数，建模过程结束;如果该仿真射频信号不能满足模型精度要求，则返回步骤(1)重复进行模型参数的提取，直至满足预定的仿真准确度。
[0045]本实施例中，两个非线性模型均为功率分段非线性模型。
[0046]为验证本发明的高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法的优益性，以下分别采用现有的记忆多项式非线性模型和本发明的高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法构建的非线性模型对1.5T 18KW 64MHz射频功放在辛格脉冲信号作用下的大动态分叉非线性特性进行提取。图1为被测射频功放的实际测量值和现有的记忆多项式非线性模型的归一化AM/AM曲线比较图，图2为被测射频功放的实际测量值和本发明的高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法构建的非线性模型的归一化AM/AM曲线比较图。分析图1和图2可知， 本发明的高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法能精确建模被测射频功放的大动态分叉非线性。
【主权项】
1.一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，其特征在于包括以下步骤:(1)将高场MRI谱仪的输出端和高场MRI功率射频功放的输入端连接，开启高场MRI谱仪 和高场MRI功率射频功放，高场MRI谱仪的输出端输出原始射频信号，该原始射频信号输入 高场MRI功率射频功放中，高场MRI功率射频功放的输出端输出失真射频信号；(2)获取所述的原始射频信号和所述的失真射频信号；提取所述的原始射频信号的包 络，所述的原始射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功放输入端的原始基带数据序列； 提取所述的失真射频信号的包络，所述的失真射频信号的包络即为高场MRI高功率射频功 放输出端的失真基带数据序列；(3)对所述的原始基带数据序列和所述的失真基带数据序列分别进行取模运算，得到 所述的原始基带数据序列中各原始基带数据的模和所述的失真基带数据序列中各失真基 带数据的模；(4)确定所述的原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据和所述的失真基带数据 序列中模值最大的失真基带数据；(5)将原始基带数据序列中第一个原始基带数据至模值最大的原始基带数据作为第一 段原始基带数据序列，剩余原始基带数据作为第二段原始基带数据序列；将失真基带数据 序列中第一个失真基带数据至模值最大的失真基带数据作为第一段失真基带数据序列，剩 余失真基带数据作为第二段失真基带数据序列；(6)选取两个功放非线性模型，将两个功放非线性模型分别记为第一非线性模型和第 二非线性模型；将第一段原始基带数据序列作为输入数据，第一段失真基带数据序列作为 输出数据，训练第一非线性模型，得到第一非线性模型的模型参数;将第二段原始基带数据 序列作为输入数据，第二段失真基带数据序列作为输出数据，训练第二非线性模型，得到第 二非线性模型的模型参数；(7)将第一非线性模型的模型参数赋予第一非线性模型，得到第一子模型;将第二非线 性模型的模型参数赋予第二非线性模型，得到第二子模型；(8)将第一段原始基带数据序列作为输入数据输入第一子模型中，第一子模型的输出 端输出第一段仿真基带数据序列;将第二段原始基带数据序列作为输入数据输入第二子模 型中，第二子模型的输出端输出第二段仿真基带数据序列；(9)将第一段仿真基带数据和第二段仿真基带数据合并，得到原始基带数据序列对应 的仿真基带数据序列；(10)将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列输入基带变射频模块中，基带变射 频模块将原始基带数据序列对应的仿真基带数据序列转换为仿真射频信号输出；(11)验证第一子模型和第二子模型的准确性:将仿真射频信号和失真射频信号进行比 较，如果该仿真射频信号达到预定的仿真准确度，则步骤(6)得到的第一非线性模型的模型 参数和第二非线性模型的模型参数即为有效的非线性模型参数，建模过程结束;如果该仿 真射频信号不能满足模型精度要求，则返回步骤(1)重复进行模型参数的提取，直至满足预 定的仿真准确度。2.根据权利要求1所述的一种高场MRI高功率射频功放的非线性建模方法，其特征在于 两个所述的非线性模型均为功率分段非线性模型。
【文档编号】G06F17/50GK105956291SQ201610299304
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】惠明, 张萌, 张新刚, 李宝磊, 海涛
【申请人】南阳师范学院