本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種基于數(shù)字抽取技術(shù)的核信號變頻數(shù)字化采樣的新方法，屬于核信號技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過下面步驟實(shí)現(xiàn)：1.最佳采樣頻率確定：（1）數(shù)字核信號甄別及尋峰，（2）數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定，（3）數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定；2.對同一數(shù)字核信號波形進(jìn)行變頻采樣：（1）數(shù)字核信號甄別及尋峰，（2）數(shù)字低通濾波，（3）對上升沿進(jìn)行數(shù)字分頻抽取，（4）對下降沿進(jìn)行數(shù)字分頻抽取，（5）信號合成。通過本發(fā)明專利技術(shù)方法能夠在保證波形數(shù)字化核儀器輸出的數(shù)字化核信號采樣精度不受損失的同時(shí)，使最終生成的數(shù)字核信號波形數(shù)據(jù)量最小。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種核信號采樣技術(shù)，具體地說涉及一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法，屬于核信號
技術(shù)介紹
核信息數(shù)字化獲取技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了半個(gè)世紀(jì)。近20多年隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的快速進(jìn)步，數(shù)字化核儀器技術(shù)也得到了全面發(fā)展。至今，數(shù)字化核儀器已占據(jù)了核儀器市場50%以上份額。要實(shí)現(xiàn)任何一種數(shù)字化核儀器，波形數(shù)字化系統(tǒng)都是必不可少的關(guān)鍵部分，因此對波形數(shù)字化實(shí)現(xiàn)原理和方法的研究也是目前數(shù)字化核儀器乃至所有數(shù)字化儀器研究的熱點(diǎn)問題。現(xiàn)有理論，如香農(nóng)采樣定律、Nyquist采樣定律等都表明將模擬信號通過模擬/數(shù)字變換技術(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程中會引入量化誤差，而提高模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換位數(shù)是減小量化誤差的有效方法。但是，在波形數(shù)字化問題上存在著幾個(gè)矛盾第一，數(shù)字化儀器儀表性能和價(jià)格之間的矛盾。比如2012年美國Tektronic公司推出了采樣率80Gbps,模擬頻帶33GHz的高性能數(shù)字示波器，該產(chǎn)品售價(jià)在300萬人民幣。第二，ADC性能與儀器通道密度之間的矛盾。比如，美國XIA公司生產(chǎn)系列數(shù)字化核能譜儀Pixie-500，采用的是采樣率500MSPS的ADC，實(shí)現(xiàn)了 4通道數(shù)字譜儀；而數(shù)字化核能譜儀Pixie-16實(shí)現(xiàn)了 16通道數(shù)字譜儀，采用的采樣率則是100MSPS的ADC。第三，ADC的變換速度和變換位數(shù)之間的矛盾。2002年美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室牽頭帶領(lǐng)12家研究機(jī)構(gòu)組成“核結(jié)構(gòu)物理中的數(shù)字電子學(xué)”工作組，計(jì)劃建立一套能滿足低能核物理大部分測量任務(wù)的40通道的全數(shù)字化測量系統(tǒng)。在計(jì)劃中設(shè)計(jì)了兩種波形數(shù)字化指標(biāo)，一種是采用100MSPS的采樣率，12bitADC，另一種則采用IGSPS的采樣率，8bitADC。縱觀這些矛盾，都可以歸結(jié)為ADC變換的高精度與大數(shù)據(jù)量的處理、存儲、傳輸之間的矛盾，解決好這些矛盾意義重大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是針對現(xiàn)有數(shù)字化核儀器中波形數(shù)字化環(huán)節(jié)上模擬/數(shù)字變換技術(shù)的高頻率采樣和其生成大數(shù)據(jù)量之間的矛盾，提出了一種基于數(shù)字抽取技術(shù)的核信號變頻數(shù)字化采樣的新方法。該新方法可以在保證波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化核信號采樣精度不受損失的同時(shí)，使最終生成的數(shù)字核信號波形的數(shù)據(jù)量最小。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。本專利技術(shù)一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法，其特征在于包括以下具體步驟( I)最佳采樣頻率確定( i )數(shù)字核信號甄別及尋峰從波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)中用傳統(tǒng)甄別及尋峰算法找出一個(gè)波形的起始時(shí)刻、終止時(shí)刻和峰值時(shí)刻；( )數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的起始時(shí)刻和峰值時(shí)刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其上升沿部分，設(shè)計(jì)“最佳頻率確定算法”，找到小于設(shè)定的上升沿畸變率的上升沿最大分頻系數(shù)凡，從而確定上升沿最佳采樣頻率；(iii)數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的峰值時(shí)刻和終止時(shí)刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其下降沿部分，設(shè)計(jì)“最佳頻率確定算法”，找到小于設(shè)定的下降沿畸變率的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，從而確定下降沿最佳采樣頻率；(2)對波形數(shù)字化儀輸出數(shù)字核信號數(shù)據(jù)流進(jìn)行變頻采樣( i )數(shù)字核信號甄別及尋峰根據(jù)步驟(I)第(i )步獲取的數(shù)字核信號波形并將該波形分為上升沿和下降沿兩部分； (ii)數(shù)字低通濾波根據(jù)步驟(I)第(ii)步中獲得的上升沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設(shè)計(jì)反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號上升沿進(jìn)行反混疊數(shù)字低通濾波，根據(jù)步驟(I)第(iii)中獲得的下降沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設(shè)計(jì)反混疊數(shù)字濾波器，對數(shù)字核信號的下降沿進(jìn)行反混疊數(shù)字低通濾波；(iii)對上升沿進(jìn)行數(shù)字分頻抽取用步驟(I)第(ii )獲得的上升沿最大分頻系數(shù)Mp對步驟(2)第(ii )步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的上升沿信號進(jìn)行變頻抽取；(iv)對下降沿進(jìn)行數(shù)字分頻抽取用步驟(I)第(iii)步獲得的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，對步驟(2)第(ii )步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的下降沿信號進(jìn)行變頻抽取；(V)信號合成將步驟(2)第(iii)步得到的分頻后的上升沿信號和步驟(2)第(iv)步得到的分頻后的下降沿信號合成為一個(gè)完整的數(shù)字核信號波形。上述方案中，所述數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定，將輸出的數(shù)字化核信號數(shù)據(jù)的采樣頻率記為&，通過最佳頻率迭代算法找到上升沿最大分頻系數(shù)凡的正整數(shù)值，并確保以此凡值對上升沿部分XiJn)進(jìn)行凡倍分頻抽取后的信號小于測量所設(shè)定的上升沿畸變率，此f值即為上升沿的最佳采樣頻率。上述方案中，所述數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率確定的具體步驟如下I)數(shù)字低通濾波對輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的上升沿部分& (η)進(jìn)行數(shù)字低通濾波，濾波結(jié)果為Xirlp (η);2)數(shù)字分頻抽取分頻系數(shù)凡從2開始增加，對波形上升沿Xirtp (η)進(jìn)行倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形上升沿xirlp(Mrn)；3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估定義上升沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的上升時(shí)間tM與分頻抽取前信號上升時(shí)間trb之差ε r與trb的比率,如式(I)所示，5 (-sJ= = '% ^ ^(I)(I)式中Sn為分頻后數(shù)字核信號采樣率，δ (sn)為相應(yīng)采樣率下信號上升沿形狀畸變率，(I)式中涉及的信號被分頻前后上升時(shí)間七 和tA的計(jì)算方法概括為仁的計(jì)算方法設(shè)第i個(gè)數(shù)字核信號起始時(shí)刻和 對應(yīng)的幅度值為(tis，vi0),達(dá)峰時(shí)刻和對應(yīng)的幅度值為(tim，vim)，則信號的上升時(shí)間由(2)式確定，tir = t(0. 9vim) -t (O. Ivim)(2)(2)式中，t(0. IvJ和t(0.9vim)分別表示該信號上升沿中，即ti(l到tim時(shí)間段里，核信號波形峰值的10%和峰值的90%處所對應(yīng)的時(shí)間值；由測量精度要求設(shè)置上升沿畸變率Sci，將(I)式中得到的δ (sn)與Sci比較當(dāng)δ (sn) < Sci則繼續(xù)增大上升沿分頻系數(shù)隊(duì)的值，重復(fù)上述步驟I) 3)，直至找到滿足δ (sn) < Sci條件下最大的上升沿分頻系數(shù)凡正整數(shù)值，此時(shí) r上述方案中，所述采樣頻率&通過最佳頻率迭代算法找到下降沿最大分頻系數(shù)Mf的正整數(shù)值，并確保以此Mf值對下降沿部分Xif (η)進(jìn)行Mf倍分頻抽取后的信號滿足小于測量所設(shè)定的下降沿畸變率，此*值即為下降沿的最佳采樣頻率。上述方案中，所述數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率確定的具體步驟如下I)數(shù)字化低通濾波對輸出的第i個(gè)數(shù)字化波形數(shù)據(jù)的一個(gè)完整的信號Xi (η)進(jìn)行低通濾波，濾波結(jié)果為Xilp (η)，即Xilp (η)分為上升沿濾波結(jié)果Xirip (η)和下降沿濾波結(jié)果Xiflp (η)兩部分；2)數(shù)字分頻抽取分頻系數(shù)Mf從2開始增加，對波形下降沿\_(η)進(jìn)行Mf倍分頻抽取，得到分頻抽取后的波形下降沿Xiflp (Mfn)；3)數(shù)字分頻抽取后信號精度的評估定義數(shù)字核信號下降沿的畸變率為分頻抽取后數(shù)字信號的下降時(shí)間tfa與分頻抽取前信號下降時(shí)間tfb之差ε f與tfb的比率，如式(3)所示δ'\ (3)(3)式中δ (sn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法，其特征在于包括以下具體步驟：（1）最佳采樣頻率確定（ⅰ）數(shù)字核信號甄別及尋峰從波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)中用傳統(tǒng)甄別及尋峰操作找出其起始時(shí)刻、終止時(shí)刻和峰值時(shí)刻；（ⅱ）數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定將第(ⅰ)步獲得的數(shù)字核信號的起始時(shí)刻和峰值時(shí)刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其上升沿部分，設(shè)計(jì)“最佳頻率確定算法”，找到小于設(shè)定的上升沿畸變率的上升沿最大分頻系數(shù)Mr，從而確定上升沿最佳采樣頻率；（ⅲ）數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定將第（ⅰ)步獲得的數(shù)字核信號的峰值時(shí)刻和終止時(shí)刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其下降沿部分，設(shè)計(jì)“最佳頻率迭代算法”，找到小于設(shè)定的下降沿畸變率的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，從而確定下降沿最佳采樣頻率；（2）對波形數(shù)字化儀輸出數(shù)字核信號數(shù)據(jù)流進(jìn)行變頻采樣（ⅰ）數(shù)字核信號甄別及尋峰對步驟（1）第（ⅰ)步獲取的數(shù)字核信號波形分為上升沿和下降沿兩部分；（ⅱ）數(shù)字低通濾波將步驟（1）第（ⅱ）步中獲得的上升沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設(shè)計(jì)反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號上升沿進(jìn)行反混疊數(shù)字低通濾波，將步驟（1)第（ⅲ）中獲得下降沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設(shè)計(jì)反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號的下降沿進(jìn)行反混疊數(shù)字低通濾波；（ⅲ）對上升沿進(jìn)行數(shù)字變頻抽取采用步驟（1）第（ⅱ）獲得的上升沿最大分頻系數(shù)Mr，對步驟（2）第（ⅱ）步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的上升沿信號進(jìn)行變頻抽取；（ⅳ）對下降沿進(jìn)行數(shù)字變頻抽取采用步驟（1)第（ⅲ）步獲得的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，對步驟（2）第（ⅱ）步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的下降沿信號進(jìn)行變頻抽取；（v）信號合成將步驟（2）第（ⅲ）步得到的分頻后的上升沿信號和步驟（2）第（ⅳ）步得到的分頻后的下降沿信號合成為一個(gè)完整的數(shù)字核信號波形。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種核信號變頻數(shù)字化采樣的方法，其特征在于包括以下具體步驟 (1)最佳采樣頻率確定 (i )數(shù)字核信號甄別及尋峰 從波形數(shù)字化儀輸出的數(shù)字化波形數(shù)據(jù)中用傳統(tǒng)甄別及尋峰操作找出其起始時(shí)刻、終止時(shí)刻和峰值時(shí)刻； ( )數(shù)字核信號上升沿最佳采樣頻率的確定 將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的起始時(shí)刻和峰值時(shí)刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其上升沿部分，設(shè)計(jì)“最佳頻率確定算法”，找到小于設(shè)定的上升沿畸變率的上升沿最大分頻系數(shù)Mp從而確定上升沿最佳采樣頻率； (iii)數(shù)字核信號下降沿最佳采樣頻率的確定 將第(i )步獲得的數(shù)字核信號的峰值時(shí)刻和終止時(shí)刻之間的信號數(shù)據(jù)作為其下降沿部分，設(shè)計(jì)“最佳頻率迭代算法”，找到小于設(shè)定的下降沿畸變率的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，從而確定下降沿最佳采樣頻率； (2)對波形數(shù)字化儀輸出數(shù)字核信號數(shù)據(jù)流進(jìn)行變頻采樣 (i )數(shù)字核信號甄別及尋峰 對步驟(I)第(i )步獲取的數(shù)字核信號波形分為上升沿和下降沿兩部分； (ii)數(shù)字低通濾波 將步驟(I)第(ii)步中獲得的上升沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設(shè)計(jì)反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號上升沿進(jìn)行反混疊數(shù)字低通濾波，將步驟(I)第(iii)中獲得下降沿最佳采樣頻率和Nyquist采樣定律中對最小采樣頻率之規(guī)定設(shè)計(jì)反混疊數(shù)字濾波器，并對數(shù)字核信號的下降沿進(jìn)行反混疊數(shù)字低通濾波； (iii)對上升沿進(jìn)行數(shù)字變頻抽取 采用步驟(I)第(ii )獲得的上升沿最大分頻系數(shù)Mr，對步驟(2 )第(ii)步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的上升沿信號進(jìn)行變頻抽取； (iv)對下降沿進(jìn)行數(shù)字變頻抽取 采用步驟(D第(iii)步獲得的下降沿最大分頻系數(shù)Mf，對步驟(2)第(ii)步得到的經(jīng)反混疊低通濾波后的下降沿信號進(jìn)行變頻抽取； (v)信號合成 將步驟(2)第(iii)步得到的分頻后的上升沿信號和步驟(2)第(iv)步得到的分頻后的下降沿信號合成為一個(gè)完整的數(shù)字核信號波形。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述上升沿最佳采樣頻率確定，波形數(shù)字化儀以&采樣頻率獲取數(shù)字化核信號波形，并輸出到本最佳采樣頻率確定系統(tǒng)中，運(yùn)用“最佳頻率確定算法”找到上升沿最大分頻系數(shù)凡的正整數(shù)值，則#值即為上升沿的最佳采樣頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述數(shù)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王鵬，張軟玉，許祖潤，
申請(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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