一种多串口类型自由切换信号处理系统及方法与流程

本发明涉及信号处理，特别涉及一种多串口类型自由切换信号处理系统及方法。

背景技术：

1、信号处理是对各种类型的电信号，按各种预期的目的及要求进行加工过程的统称，对模拟信号的处理称为模拟信号处理，对数字信号的处理称为数字信号处理，所谓信号处理就是要把记录在某种媒体上的信号进行处理，以便抽取出有用信息的过程，它是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称，随着科学技术的高速发展，也采用信号处理系统实现多串口类型的自由切换。

2、现有的多串口类型自由切换时，由于多串口的通道较多，在多串口自由切换时，每两个通道切换容易出现多通道转换串口，在信号处理时无法快速检测系统异常，导致多串口自由切换的通道无法兼容多通道回波数据的解调、变频和数据压缩指令，无法判断多通道的频率异常；

3、由于多串口类型的信号在处理时需要将两个通道的相位差异计算出，才能实现多串口之间的自由切换，相位差异的计算值越小，精确度越高，现有的多串口在自由切换时相位差异的精确度较低，影响自由切换效率。

4、因此，现提出一种新型的多串口类型自由切换信号处理系统及方法解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种多串口类型自由切换信号处理系统及方法，以解决上述背景中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多串口类型自由切换信号处理系统及方法，所述多串口类型自由切换信号处理系统包括登录端、多频率处理端和相位差异处理端；

3、所述登录端用于根据用户需求或系统操控需求进行身份验证登录，登录端是对多串口类型自由切换信号处理系统实现安全可靠操控的基础；

4、所述多频率处理端用于在多串口通道信号输出时通过数据采集模块采集信号，采集的多通道信号进入数据处理模块处理，处理后通过信号传递模块进行边缘计算处理，边缘计算处理后的计算结果通过核心处理模块实现兼容多通道回波数据的解调、变频和数据压缩指令，并通过阈值监控预警模块判断多通道的频率异常；

5、所述相位差异处理端用于对多通道回波数据进行多频率信号接收，多频率信号接收时通过信号可视化监控模块实时监控信号转换和输送，并通过相位差异计算模块高精准的计算出每两个通道的相位差异，通过相位差异预警模块的阈值判断信号处理系统是否稳定。

6、所述登录端包括身份验证模块、用户选择模块和多通道管理模块；

7、所述身份验证模块包括用户登录端和系统登录端，所述身份验证模块包括面部识别、私密验证、指纹验证和数码验证；

8、所述用户选择模块用于选择操作者通过何种方式进行身份验证；

9、所述多通道管理模块用于通过大数据设备或计算机设备对多串口类型自由切换信号处理系统进行多通道管理操作，所述多通道管理模块包括信号处理系统平台，所述信号处理系统平台用于对多串口类型的信号进行转换、处理和阻断。

10、所述多频率处理端包括数据采集模块、数据处理模块、信号传递模块和核心处理模块；

11、所述数据采集模块用于通过信号接收器对多串口类型中的多通道信号进行接收；

12、所述数据处理模块用于通过信号处理器、信号转换器和信号检测器对多通道的信号进行处理、转换和检测。

13、所述信号传递模块用于将探头中心频率及探测深度信息通过usb处理芯片传递到核心处理芯片fpga中；

14、所述核心处理模块包括核心处理芯片fpga的平方器、乘法器、加法器和开方器，利用核心处理芯片fpga的乘法器将多通道回波信号与正弦样本值(s）和余弦样本值相乘得到两组混频后的数据，并将得到的两组数据分别通过fir低通滤波器滤除倍频分量，保留两组低频基带信号i(n)、q(n)(n＝[1 ,n])；

15、所述正弦样本值(s）和余弦样本值的计算公式如下：

16、；

17、所述核心处理模块包括信号解调模块、信号变频模块、信号数据压缩模块和阈值监控预警模块；

18、所述信号解调模块、信号变频模块和信号数据压缩模块均与阈值监控预警模块相连接；

19、所述信号解调模块用于通过得到的两组低频基带信号与阈值计算得出阈值范围，通过阈值监控预警模块中的信号阈值范围进行解调操作。

20、所述信号变频模块用于通过得到的两组低频基带信号与阈值计算得出阈值范围，通过阈值监控预警模块中的信号阈值范围进行变频操作；

21、所述信号数据压缩模块用于通过得到的两组低频基带信号与阈值计算得出阈值范围，通过阈值监控预警模块中的信号阈值范围进行数据压缩操作；

22、所述信号数据压缩模块通过matlab仿真，构造s型曲线模型，公式如下：

23、；

24、将通过计算公式得到的s型曲线模型生成对应的mif文件，并存入到核心处理芯片fpga内建的rom中；

25、所述阈值监控预警模块用于调控阈值范围，并通过取得的阈值差异检测多通道处理异常；

26、所述阈值监控预警模块用于将低频基带信号i(n)、q(n) (n＝[1 ,n])在核心处理芯片fpga的内部fifo中抽取处理以满足显示序列i(m)、q(m)(m＝[1 ,m],m取正整数)并输出，输出步骤通过如下公式计算出抽取因子t：

27、；

28、计算出抽取因子t后对原始数据每隔（t-1）个时钟抽取一次，直至抽取m个为止。

29、所述相位差异处理端包括多通道信号接收模块、信号可视化监控模块、相位差异计算模块和相位差异预警模块；

30、所述多通道信号接收模块用于接收多串口产生的多通道自由切换信号数据；

31、所述信号可视化监控模块用于通过大数据设备和信号检测器对信号数据实时检测。

32、所述相位差异计算模块用于通过边缘计算法计算出每两个通道之间的相位差异值，判断多串口自由切换时的异常；

33、所述相位差异计算模块在多串口自由切换时采集两个通道信号值，即与（n+1）t时刻之间，选择任意时刻+σ，0＜σ＜t，作为采样的重构时刻；采样序列在该采样的重构时刻内获得采样值(n）的时刻与重构时刻+σ之间的差异为，那么利用采样序列利用泰勒级数展开式获得采样序列在时刻+σ的重构值为：

34、；

35、其中k表示第m通道的信号存在k+1阶连续导数，1≤m＜n，表示(n）的k阶导数，rm（x）为高阶无穷小；

36、相邻两个通道信号的采样时间间隔相同，即：δ1＝……＝＝t/n，1＜n＜∞，则、在+σ的重构信号表示为：

37、；

38、所述相位差异预警模块包括差异阈值调试模块、阈值接收模块和阈值确定模块。

39、所述差异阈值调试模块用于通过大数据设备和计算机设备对信号阈值范围进行调试；

40、所述阈值接收模块用于对相位差异计算模块中计算出的阈值相位差异值进行数据接收；

41、所述阈值确定模块用于对阈值接收模块中接收到的阈值相位差异值进行异常判断，若相位阈值差异超出阈值范围，则发出预警反馈人工处理，若相位阈值差异未超出阈值范围，则判断多串口类型自由切换信号处理系统无异常。

42、一种多串口类型自由切换信号处理系统的使用方法，其步骤如下：

43、步骤一：将采集的多通道信号进入数据处理模块处理，处理后通过信号传递模块进行边缘计算处理，边缘计算处理后的计算结果通过核心处理模块实现兼容多通道回波数据的解调、变频和数据压缩指令，并通过阈值监控预警模块判断多通道的频率异常；

44、步骤二：利用核心处理芯片fpga的乘法器将多通道回波信号与正弦样本值(s）和余弦样本值相乘得到两组混频后的数据，保留两组低频基带信号i(n)、q(n)(n＝[1,n])，信号数据压缩模块通过matlab仿真，构造s型曲线模型，并通过取得的阈值差异检测多通道处理异常；

45、步骤三：对多通道回波数据进行多频率信号接收，并通过相位差异计算模块高精准的计算出每两个通道的相位差异，利用采样序列利用泰勒级数展开式获得采样序列在时刻+σ的重构值利用泰勒级数展开式获得采样序列在时刻+σ的重构值；

46、步骤四：通过计算出的相位差异预警模块的阈值判断信号处理系统是否稳定。

47、本发明具有如下有益效果：

48、1.本发明中，通过设置多频率处理端，多频率处理端在多串口通道信号输出时通过数据采集模块采集信号，并通过信号传递模块进行边缘计算处理，边缘计算处理后的计算结果通过核心处理模块实现兼容多通道回波数据的解调、变频和数据压缩指令，并通过阈值监控预警模块判断多通道的频率异常，使得在多串口类型信号自由切换时，每两个通道之间的自由切换避免出现多通道转换串口，在信号处理时通过计算抽取因子t、正弦样本值(s)、余弦样本值以及构造的s型曲线模型能够快速检测出现系统在自由切换时的信号处理异常，使得多串口自由切换的通道能够兼容多通道回波数据的解调、变频和数据压缩指令，且能够快速判断多通道的频率异常。

49、2.本发明中，通过设置相位差异处理端，相位差异处理端接收多串口产生的多通道自由切换信号数据，通过边缘计算法计算出每两个通道之间的相位差异值，通过采用的相邻两个通道信号数据，利用重构信号公式计算出的重构信号值，从而判断多串口自由切换时的异常，通过相位差异预警模块的阈值判断信号处理系统是否稳定，在多串口类型的多通道信号自由切换时计算出的相位差异的精确度较高，提高多串口类型信号处理的自由切换效率。