专利名称：一种微弱信号的快速提取装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微弱信号检测技术，具体地说是 一种微弱信号的快速 提取装置，可被应用为信号检测、目标识别等领域。
背景技术：
在工程应用中经常会出现噪声或干扰的能量比较强，有时候可以和目 标信号相比拟甚至将目标信号全部淹没，这时候如果按照传统的检测方法 进行提取很容易造成信息丢失或出错，甚至不可能将目标信号提取出来。 在很多应用中，要求实时的监测目标信号的位置，如果通过非常复杂的算 法提取出了目标信号，但是系统的延迟是不可接受的，同样达不到实时目 标信号检测的目的，针对以上情况， 一种微弱信号的快速提取装置就有了 重要意义，而目前尚未出现针对这种微弱信号的快速提取装置。
实用新型内容
针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提 供一种可将淹没在噪声中的目标信号提取出来的微弱信号的快速提取装 置。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 本实用新型一种微弱信号的快速提取装置具有 模数转换器，对混和强噪声的原始目标信号进行釆样； 主控逻辑器件，接收模数转换器的釆样信号，利用从大目标信号中提
取的原始特征向量或经过循环更新的特征向量对釆样信号进行快速提取计
算得到离散化的目标信号；
数模转换器，将主控逻辑器件输出的最后提取的离散化的目标信号转 换成模拟信号输出。
所述主控逻辑器件内部具有以下单元
模数转换控制逻辑单元，接收模数转换器的釆样信号；
快速提取单元，将模数转换控制逻辑单元及特征向量计算单元输入的 信号进行目标信号快速提取，去除强噪声，得到离散化的目标信号通过数 模转换控制逻辑单元输出至数模转换器；
特征向量计算单元，对从大目标信号中提取的原始特征向量及由限幅 平滑单元输出的离散化的目标信号进行处理，得到新的特征向量；
数模转换控制逻辑单元，将快速提取单元输出的离散化目标信号转换 成模拟信号输出至数模转换器。
所述主控逻辑器件内部还具有限幅平滑单元，对快速提取单元输出的具有振荡的目标信号进行限幅及平滑处理，得到平滑的离散化的目标信号， 通过数模转换控制逻辑单元输出至数模转换器。
所述快速提取单元具有基本计算模块、循环控制模块、累加模块及计 数模块，其中基本计算模块对模数转换器的釆样信号及特征向量计算单元 输入的特征向量进行逐点乘加计算；循环控制模块根据计数模块的数值对 基本计算模块进行循环控制；累加模块对基本计算模块的计算结果进行累
加并输出；计数模块对基本计算模块的计算次数进行累加。 所述主控逻辑器件为FPGA或DSP。
本实用新型具有以下有益效果及优点
1. 提取快速。本实用新型利用主控逻辑器件对混有强噪声的微弱目标 信号进行提取，通过主控逻辑器件内部的基本计算模块进行逐点乘加计算，
可将淹没在噪声中的目标信号快速提取出来，达到检测目标信号的目的；
2. 实时性强。本实用新型利用大规模逻辑电路实现快速算法，在资源 少、速度快、功耗低，适合在实时性要求高的场合使用。
图l为本实用新型结构示意图2为本实用新型中快速提取单元的结构示意图3为本实用新型工作过程流程图。
具体实施方式
如图l、 2所示，本实用新型包括以下部分模数转换器，对混和强噪 声的原始信号进行釆样；主控逻辑器件，接收模数转换器的釆样信号，利 用从大目标信号中提取的原始特征向量或经过循环更新的特征向量对釆样 信号进行快速提取计算得到离散化的目标信号；数模转换器，将主控逻辑 器件输出的最后提取的离散化的目标信号转换成模拟信号输出。
所述主控逻辑器件内部具有以下单元模数转换控制逻辑单元，接收 模数转换器的釆样信号；快速提取单元，将模数转换控制逻辑单元及特征 向量计算单元输入的信号进行目标信号快速提取，去除强噪声，得到离散 化的目标信号通过数模转换器输出最终目标信号；特征向量计算单元，对 从大目标信号中提取的原始特征向量及由限幅平滑单元输出的离散化的目 标信号进行处理，得到新的特征向量。所述主控逻辑器件内部还具有限幅 平滑单元，对快速提取单元输出的具有振荡的目标信号进行限幅及平滑处 理，得到平滑的离散化的目标信号，通过数模转换器输出最终目标信号。
所述快速提取单元具有基本计算模块、循环控制模块、累加模块及计 数模块，其中基本计算模块对模数转换器的釆样信号及特征向量计算单元 输入的特征向量进行逐点乘加计算；循环控制模块根据计数模块的数值对 基本计算模块进行循环控制；累加模块对基本计算模块的计算结果进行累
加；计数模块对基本计算模块的计算次数进行累加。
上述主控逻辑器件可为FPGA (现场可编程门阵列)或DSP (数字信号处理器)。
本实用新型的工作原理如下频率、幅度和相位是信号的三个组成部 分，只要将信号(本实施例以红外传感器信号为例)的这三个特征表示出 来就可提取该信号，但有时候不可能同时得到这三个特征量，可以根据其 中的一个或两个特征量将信号提取出来，本实用新型就是利用信号的幅度 特性或者频率特性将信号提取出来，通过大规模逻辑器件(本实施例釆用
FPGA， EP1C12)存储特征向量，随着信号釆样的不断进行，经过釆样噪声 和目标信号同时进入算法的输入，将特征向量和釆集的数据进行计算，目 标信号就可以有很高的放大倍数，噪声放大倍数却非常小，这样将数据进 行切割处理就可完全剔除噪声信号，达到提取信号的目的，目标信号的幅 度可能随着时间变化，只要实时调整特征向量，就可以适应目标信号的变 化。整个算法的核心是快速提取单元中的基本计算单元，而决定计算大小 的是特征向量的点数，本实用新型通过基本计算单元的设计来实现快速运 算。
如图3所示，本实用新型的工作过程如下 对混和强噪声的原始信号进行釆样；
对上述釆样信号和特征向量进行快速提取，得到去除强噪声的离散化 的目标信号；
根据离散化的目标信号调整特征向量的值，得到新的特征向量，给下 一次计算采用；
对上述振荡的目标信号进行限幅及平滑处理； 通过数模转换器输出最终目标信号。
其中上述快速提取包括以下步骤对釆样信号及特征向量进行逐点乘 加计算；对计算次数进行累加；根据计算次数对乘加计算进行循环控制。
本实施例中特征向量取256点，基本计算单元取32点，那么累加次数 为256/32=8，基本单元把计算结果输出给累加单元，累加8次后得到最终 结果。
口数据在基本计算单元的计算过程，通过对m个点的逐点乘加运算，得 到了基本计算模块的计算结果x(n),这个基本计算模块决定了本实用新型 的主控逻辑器件中逻辑单元的数量。将基本计算单模块作为控制核心，循 环利用该基本计算模块，最后得到了离散化的目标信号输出y(n)，循环的 次数决定了本实用新型的时间响应。
占用的逻辑资源和装置的响应时间是矛盾的，可以通过测试来确定基 本计算模块的点数和循环次数，以达到最好的效果、消耗最少的逻辑资源， 又有很好的响应时间。
权利要求1. 一种微弱信号的快速提取装置，其特征在于具有模数转换器，对混和强噪声的原始目标信号进行采样；主控逻辑器件，接收模数转换器的采样信号，输出离散化的目标信号；数模转换器，将主控逻辑器件输出的最后提取的离散化的目标信号转换成模拟信号输出。
2. 按权利要求1所述的微弱信号的快速提取装置，其特征在于所述主 控逻辑器件内部具有以下单元模数转换控制逻辑单元，接收模数转换器的釆样信号；快速提取单元，将模数转换控制逻辑单元及特征向量计算单元输入的 信号进行目标信号快速提取，去除强噪声，得到离散化的目标信号通过数 模转换控制逻辑单元输出至数模转换器；特征向量计算单元，接收从大目标信号中提取的原始特征向量及由限 幅平滑单元输出的离散化的目标信号进行处理，输出新的特征向量；数模转换控制逻辑单元，将快速提取单元输出的离散化目标信号转换 成模拟信号输出至数模转换器。
3. 按权利要求2所述的微弱信号的快速提取装置，其特征在于所述 主控逻辑器件内部还具有限幅平滑单元，对快速提取单元输出的具有振荡 的目标信号进行限幅及平滑处理，得到平滑的离散化的目标信号，通过数 模转换控制逻辑单元输出至数模转换器。
4. 按权利要求2所述的微弱信号的快速提取装置，其特征在于所述 快速提取单元具有基本计算模块、循环控制模块、累加模块及计数模块， 其中基本计算模块接收模数转换器的釆样信号及特征向量计算单元输入的 特征向量进行逐点乘加计算；循环控制模块接收计数模块的数值对基本计算模块进行循环控制；累加模块接收基本计算模块的计算结果进行累加并 输出；计数模块接收基本计算模块的计算次数进行累加。
5. 按权利要求1所述的微弱信号的快速提取装置，其特征在于所述 主控逻辑器件为FPGA或DSP。
专利摘要本实用新型涉及一种微弱信号的快速提取装置，该装置具有模数转换器，对混和强噪声的原始目标信号进行采样；主控逻辑器件，接收模数转换器的采样信号，利用从大目标信号中提取的原始特征向量或经过循环更新的特征向量对采样信号进行快速提取计算得到离散化的目标信号；数模转换器，将主控逻辑器件输出的最后提取的离散化的目标信号转换成模拟信号输出。本实用新型提取快速，实时性强，可将淹没在噪声中的目标信号快速提取出来，达到检测目标信号的目的，利用大规模逻辑电路实现快速算法，在资源少、速度快、功耗低，适合在实时性要求高的场合使用。
文档编号H03K19/173GK201247066SQ20082001328
公开日2009年5月27日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者佟新鑫, 丹 朱, 王庆山, 王恩德 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所