本发明涉及激光语音信息获取领域，尤其涉及一种语音信息的获取装置及方法。
背景技术：
激光语音获取技术具有非接触，隐蔽性好，探测距离远的优点，在现代情报获取技术中占有重要地位，可广泛应用公安，武警，军队等特种部门；
声波能够引起物体的振动，物体的振动与声波同频，因此只要获取声音源附近物体的振动频率信息就能够得到声音源的语音，激光语音获取技术正是基于此原理；
为了提高激光语音获取技术的抗干扰性，通常采用高频载波技术，由于频移器件的特性，常用的频移量为40mhz，由于数字信号抗干扰性强，准确性好的特点，目前信号解调通常在数字域进行，因此需要对模拟载波信号进行采样离散化；根据香浓采样定理，得到不失真的信号采样率至少为80mhz，而在工程应用中，采样率更高，达到几百msps甚至上gsps，如此高的采样率给后续信号处理带来很大的挑战，而且增加设备成本。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种语音信息的获取装置及方法，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明的一方面，提供了一种语音信息的获取装置，包括：
外差干涉光路，用于产生经过声致振动信号调制后的载波调制信号；以及产生aom驱动参考信号；
信号转换模块，用于对所述载波调制信号进行模数转换，确定数字调制信号，以及将所述aom驱动参考信号离散化，确定离散aom信号；
混频模块，用于根据所述离散aom信号产生两路单位正交信号，以及将所述单位正交信号与所述数字调制信号进行混频，确定两路正交的调制信号；
低通滤波模块，用于滤除混频模块产生的高频信号，确定两路滤波后的正交信号；
频率计算模块，用于对所述两路滤波后的正交信号进行频率的计算，确定声致振动信号的频率；以及
语音输出模块，用于输出所述声致振动信号。
在本发明的一些实施例中，所述载波调制信号的公式为s(t)＝acos(2πf0t+φ)，其中，a为载波调制信号的幅度，f0为所述载波信号的频率，φ为声致振动引起的载波相位变化，t为时间；
所述数字调制信号s(n)＝a(n)cos[2πf1(n)+φ(n)]，n为离散序列，f1为数字调制信号的频率和离散aom信号的频率。
在本发明的一些实施例中，所述两路正交的调制信号为：
其中，i0和q0分别为两路单位正交信号。
在本发明的一些实施例中，所述信号转换模块以采样频率fs对所述模拟调制信号进行采样，从而确定数字调制信号，其中，数字调制信号的数据速率为fs，数字调制信号的频率f1＝|fs-f0|，且2f1≤fs＜2f0。
在本发明的一些实施例中，还包括：信号抽取模块，用于对所述两路正交的调制信号进行抽取，确定抽取后的信号，其中，抽取的比例为1/r，抽取后的信号的数据速率为fr＝fs/r；以及用于对抽取后的信号进行滤波，滤除其中的高频信号保留其中的低频信号，所述低频信号为：
在本发明的一些实施例中，所述频率计算模块包括：
微分单元，用于计算his的微分h’is和hqs的微分h’qs；
第一乘法单元，用于计算h’is与hqs的乘积、以及h’qs与his的乘积；
减法单元，用于计算h’is与hqs的乘积、与h’qs与his的乘积之差；
第二乘法单元，用于将h’is×hqs-his×h’qs与预定参数
在本发明的一些实施例中，语音输出模块还包括一转换滤波单元，用于将所述滤波后的信号进行数模转换，并滤除噪声，确定所述声致振动信号。
在本发明的一些实施例中，所述语音信息的获取装置基于fpga芯片。
本发明的另一方面，还提供了一种语音信息的获取方法，采用以上任意一种语音信息的获取装置来获取语音信息。
(三)有益效果
本发明的语音信息的获取装置及方法，相较于现有技术至少具有以下优点：
1、通过外差干涉光路经过aom(声光调制器)产生光学频移信号，此光信号经过光学传感和干涉后，得到载波调制信号，此载波频率大小与aom的频移量相等，一般来说，载波信号的频率较高，能够提高装置的抗干扰性。
2、将离散aom信号的两路单位正交信号与数字调制信号进行混频，确定两路正交的调制信号，保证混频时两路信号时钟同源。将载波调制信号和aom驱动参考信号离散化后，在数字域处理信号进行处理，增强了本发明的装置和方法的抗干扰性，有效地提高了处理精度从而得到更精确的语音信息的频率。
3、为了适应较高频率的载波信号，以采样频率fs对所述模拟调制信号进行采样，使得数据率降低，能够有效地降低信号后端处理复杂度。
4、本发明可以基于fpga，能够实现各模块的设计，同时还提高了装置的可移植性和修改性。
5、本发明中的信号经过模/数转换和数/模转换，将信号变化的数字域处理，并且最后将目标信号转换成模拟信号输出，这样做的优点是使得算法的抗干扰性强，准确度高，保证了本发明输出的语音信息的精度。
附图说明
图1为本发明实施例的语音信息的获取装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的频率计算模块的具体结构示意图。
具体实施方式
现有技术中，为了提高激光语音获取技术的抗干扰性，高采样率给后续信号处理带来很大的挑战，而且增加设备成本，有鉴于此，本发明提供了一种语音信息的获取装置和方法，通过外差干涉光路产生经过aom驱动参考信号频移的载波信号，以及接收外界的声致振动信号，声致振动信号调制所述载波信号的相位，确定载波调制信号，一般来说，载波信号的频率较高，能够提高装置的抗干扰性。此外，还将离散aom信号的两路单位正交信号与数字调制信号进行混频，确定两路正交的调制信号，便于后续的处理，从而得到更精确的语音信息的频率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例的一方面，提供了一种语音信息的获取装置，图1为本发明实施例的语音信息的获取装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括外差干涉光路1、信号转换模块2、混频模块3、滤波模块4、频率计算模块5和语音输出模块6。
接着，就对各模块进行详细描述。
外差干涉光路1，接收外界的声致振动信号并调制光学信号，经过干涉和光电模块转换产生相位变化的载波调制信号；以及产生aom驱动参考信号，作为后续信号转换模块2的参考信号。
更详细地，外差干涉光路1向声音源附近的物体发射一束激光，声音引起物体振动，声致振动信号调制入射光波，被调制后的光波在物体表面发生漫反射，漫反射后的信号，经过光电转换和模拟前端处理，转化为载波调制信号：s(t)＝acos(2πf0t+φ)，其中，a为载波调制信号的幅度，f0为所述载波信号的频率(例如40mhz)，φ为声致振动引起的载波相位变化，t为时间。
信号转换模块2，用于对所述载波调制信号进行模数转换，确定数字调制信号，以及将所述aom驱动参考信号离散化，确定离散aom信号。将载波调制信号和aom驱动参考信号离散化后，在数字域处理信号进行处理，增强了本发明的装置和方法的抗干扰性，有效地提高了处理精度从而利于得到更精确的语音信息的频率。
所述数字调制信号s(n)＝a(n)cos[2πf1(n)+φ(n)]，n为离散序列，f1为数字调制信号的频率和离散aom信号的频率。
混频模块3，用于根据所述离散aom信号产生两路单位正交信号，以及将所述单位正交信号与所述数字调制信号进行混频，将该数字调制信号正交化，确定两路正交的调制信号，这样就能保证混频时两路信号时钟同源。
所述两路正交的调制信号为：
其中，i0和q0分别为所述两路单位正交信号，大小相等，相位差为90°。
由于载波信号的频率较高，要求后端采样率也越高，这对后续的信号处理及滤波模块的设计带来一定难度，因此，本发明引入一种基于欠采样(带通采样)方法，欠采样的特点就是用低于nyquist频率以下的采样率进行采样，数据率的降低能够有效地降低信号后端处理复杂度。本发明实施例在图1的基础上增加了信号抽取模块7。
由于信号转换模块2以采样频率fs对所述模拟调制信号进行采样，从而确定数字调制信号，其中，数字调制信号的数据速率为fs，数字调制信号的频率f1＝|fs-f0|，且2f1≤fs＜2f0。
经过混频后的信号，由于数据速率过高，直接进入低通滤波器会给滤波器的设计带来一定难度，因此需要降低数据速率。在本发明实施例中，还可以包括一信号抽取模块7(包括但不限于cic滤波器)，用于对所述两路正交的调制信号进行抽取，确定抽取后的信号，例如将cic滤波器抽取率设r，抽取的比例为1/r，抽取后的信号的数据速率为fr＝fs/r；以及用于对抽取后的信号进行滤波，滤除其中的高频信号保留其中的低频信号，所述低频信号为：
由于前述的信号处理中，会引入一些高频信号，且信号抽取模块7的滤波性能有限，不能完全滤除is，qs信号中的高频成分，滤波模块4(包括但不限于fir滤波器，即有限长单位冲激响应滤波器)，用于根据滤波截止频率对所述低频信号中的高频信号(主要针对频率为2f1的信号)进行进一步滤除和整形，同时还滤除了混频模块产生的高频信号，确定了两路平滑的滤波后的正交信号，保证了信号的准确性。
频率计算模块5，用于对所述两路滤波后的正交信号进行频率的计算，确定声致振动信号的频率。
图2为本发明实施例的频率计算模块的具体结构示意图，如图2所示，该频率计算模块5包括微分单元51、第一乘法单元52、减法单元53和第二乘法单元54。微分单元51用于计算his的微分h’is和hqs的微分h’qs，第一乘法单元52用于计算h’is与hqs的乘积、以及h’qs与his的乘积，减法单元53用于计算h’is与hqs的乘积、与h’qs与his的乘积之差，第二乘法单元54用于将h’is×hqs-his×h’qs与预定参数
由于在正交解调方法中，is和qs两路信号幅度通常不变，因此可以将预定参数设置为is和qs幅度的倒数。由此得到声致振动信号的频率为：
语音输出模块6，用于输出所述声致振动信号。
由于频率计算模块5输出的是离散的数字信号，并且含有一定的噪声，为了得到没有噪声干扰且连续的语音信息，语音输出模块6还可以包括一转换滤波单元，用于将所述滤波后的信号进行数模转换，并滤除音频带外噪声，确定所述声致振动信号。
在本发明中，信号经过模/数转换和数/模转换，将信号变化的数字域处理，并且最后将目标信号转换成模拟信号输出，这样做的优点是使得算法的抗干扰性强，准确度高，保证了本发明输出的语音信息的精度。
还需说明的是，本发明的语音信息的获取装置，可以基于fpga(现场可编程门阵列)芯片，能够实现各模块的设计，同时还提高了装置的可移植性和修改性。此外，本发明装置中的各个模块均可采用verilog语言实现(可以根据实际情况选择其他编程语言，本发明不作限制)，操作简单方便。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种语音信息的获取方法，采用前述的语音信息的获取装置来获取语音信息。其具体实施与语音信息的获取装置类似，此处不再赘述。
综上，本发明的语音信息的获取装置及方法通过外差光路产生声致振动调制的高频载波调相信号，一般来说，采用高频载波信号能够提高系统的抗干扰性，干涉光路产生aom驱动参考信号作为后端信号转换模块的参考信号。此外，经过信号转换模块将模拟载波调制信号和aom驱动参考信号离散化后，在数字域对信号进行处理，在数字域经过一系列的混频，数据抽取，滤波和频率计算，得到数字化的声致振动信号频率，再经过简单的语音输出电路，得到模拟的语音信息；将语音信息的解调到数字域，增强了本发明的装置和方法的抗干扰性，有效地提高了处理精度从而得到更精确的调制信号(声致振动信号)的频率。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。