阅读说明：本技术 一种信号处理方法以及处理装置 (Signal processing method and processing device ) 是由 张德平 于 2020-09-14 设计创作，主要内容包括：本申请实施例提供一种信号处理方法以及处理装置,方法包括：获取信号数据；计算得到所述信号数据的频域数据和功率谱；检测所述功率谱得到频域参数；根据所述频域参数设计频域滤波器,并通过所述频域滤波器对所述频域数据进行频域滤波；将频域滤波后的所述频域数据转换为时域数据；处理所述时域数据得到时域参数。如此设计,能够快速给出信号的时域参数和频域参数,而且频域参数的检测是通过功率谱得到,提高了频域信噪比,更容易获得带宽、中心频率和频带个数等频域参数。另外,在频域数据与时域数据在转换之前,先进行频域滤波,滤除了带外噪声和干扰,可以提高信噪比,从而在较低信噪比的情况下获得较好的检测效果。(The embodiment of the application provides a signal processing method and a processing device, wherein the method comprises the following steps: acquiring signal data; calculating to obtain frequency domain data and a power spectrum of the signal data; detecting the power spectrum to obtain frequency domain parameters; designing a frequency domain filter according to the frequency domain parameters, and performing frequency domain filtering on the frequency domain data through the frequency domain filter; converting the frequency domain data after frequency domain filtering into time domain data; and processing the time domain data to obtain time domain parameters. By the design, time domain parameters and frequency domain parameters of the signals can be quickly given, and the frequency domain parameters are detected through the power spectrum, so that the signal-to-noise ratio of the frequency domain is improved, and the frequency domain parameters such as bandwidth, center frequency and frequency band number are more easily obtained. In addition, before the frequency domain data and the time domain data are converted, frequency domain filtering is performed firstly, out-of-band noise and interference are filtered, and the signal to noise ratio can be improved, so that a better detection effect is obtained under the condition of a lower signal to noise ratio.)

一种信号处理方法以及处理装置

技术领域

本申请实施例信号处理技术领域，尤其涉及一种信号处理方法以及处理装置。

背景技术

用来分析信号的不同角度称为域，时域（Time domain）是描述信号对时间的关系，频域（frequency domain）则是描述峰值振幅与频率的关系。在现有技术中，测量信号的脉冲宽度，重频，到达时间等时域参数一般是采用时域直接检波法，时域直接检波法易于工程实现，在信噪比较高时能获得较好的结果。但是当噪声幅度和信号幅度可比拟，即信噪比较低时，检测效果将会很差，甚至无法检测。

除了时域直接检波法，现有技术中还通常采用频域法（时频分析法），频域法采用短时测频，当测频结果过检测门限时，认为存在脉冲信号；连续进行短时测频，如果连续检测到过门限信号，则认为存在脉冲信号。同时，连续过检测门限的时间跨度即为脉冲宽度。虽然频域法比时域直接检波法能适应更低的信噪比，但是该方法不容易能区分同时存在的多个目标，同时时域参数测量精度也不高。

鉴于此，亟需一种受信噪比影响小，时域参数和频域参数检测效果较好的信号处理方法。

发明内容

本申请实施例的目的在于提出一种信号处理方法以及处理装置，用于能够适应更低的信噪比，并获得较好检测效果的时域参数和频域参数。

基于上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种信号处理方法，包括：

获取信号数据；

计算得到所述信号数据的频域数据和功率谱；

检测所述功率谱得到频域参数；

根据所述频域参数设计频域滤波器，并通过所述频域滤波器对所述频域数据进行频域滤波；

将频域滤波后的所述频域数据转换为时域数据；

处理所述时域数据得到时域参数。

采用本实施例提供的信号处理方法，能够快速给出信号的时域参数和频域参数，而且频域参数的检测是通过功率谱得到，提高了频域信噪比，更容易获得带宽、中心频率和频带个数等频域参数。另外，在频域数据与时域数据在转换之前，先进行频域滤波，滤除了带外噪声和干扰，可以提高信噪比，从而在较低信噪比的情况下获得较好的检测效果。因此，本实施例提供的信号处理方法更容易适应更低的信噪比，能够更容易获得更准确的时域参数。

在一种可能的实施方式中，所述计算得到所述信号数据的频域数据和功率谱步骤包括：

对所述信号数据进行快速傅里叶变换得到所述频域数据；

计算所述频域数据的绝对值；

对取绝对值后的所述频域数据进行非相参累加得到所述功率谱。

在一种可能的实施方式中，所述检测所述功率谱得到频域参数步骤包括：对所述功率谱进行恒虚警检测获得多个目标信号；

所述根据所述频域参数设计频域滤波器，并通过所述频域滤波器对所述频域数据进行频域滤波步骤包括：

在所述功率谱中选取所需的目标信号；

根据所述目标信号的带宽形成频域滤波器，所述频域滤波器为将所述功率谱中所述目标信号框住的矩形框；

将所述频域数据与所述频域滤波器点乘。

在一种可能的实施方式中，所述将频域滤波后的所述频域数据转换为时域数据通过逆快速傅里叶转换实现。

在一种可能的实施方式中，所述处理所述时域数据得到时域参数步骤包括：

对所述时域数据的取模得到信号包络；

对所述信号包络进行恒虚警检测得到时域参数。

在一种可能的实施方式中，所述对所述时域数据的取模得到信号包络之后还包括：

对所述信号包络进行时域抽取；

对抽取后的所述信号包络进行低通滤波。

在一种可能的实施方式中，所述低通滤波通过IIR滤波器实现。

在一种可能的实施方式中，所述频域参数包括带宽、中心频率和信号个数；所述时域参数包括检测到的脉冲个数、脉宽、到达时间和重频。

在一种可能的实施方式中， 所述信号处理方法还包括：

在所述功率谱选取目标信号；

根据所述目标信号的中心频率，将所述目标信号的功率谱搬移到0频；

进行时域抽取后输出；

和/或：

将所述功率谱输出并进行可视化PSD显示。

第二方面，本申请实施例提供了一种信号处理装置，包括：

获取模块，被配置为获取信号数据；

计算模块，被配置为计算得到所述信号数据的频域数据和功率谱；

检测模块，被配置为检测所述功率谱得到频域参数；

滤波模块，被配置为根据所述频域参数设计频域滤波器，并通过所述频域滤波器对所述频域数据进行频域滤波；

转换模块，被配置为将频域滤波后的所述频域数据转换为时域数据；

处理模块，被配置为处理所述时域数据得到时域参数。

本实施例的装置可以用于执行第一方面实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种信号处理方法的流程图；

图2为信号数据的信号包络图；

图3为计算得出的信号数据的功率谱图；

图4为对图3中功率谱进行恒虚警检测的示意图；

图5为频域滤波器的示意图；

图6为经过频域滤波后的时域波形图；

图7为时域低通滤波后的示意图；

图8为时域恒虚警检测的示意图；

图9为图2中信号包络通过现有时域直接检波法的检测结果；

图10为本申请实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种信号处理方法，如图1所示，该信号处理方法包括如下步骤：

步骤S10：获取信号数据；

图2为信号数据的信号包络图，信号数据为数据采集设备采集的原始信号数据，表示为s(n)，在信号处理过程中读入即可。

步骤S20：计算得到所述信号数据的频域数据和功率谱；

对信号数据s(n)进行傅里叶变换等相关操作即可得到频域数据，通过对频域数据的累加能够得到功率谱密度（power spectral density, 简称PSD），简称功率谱，或PSD谱。

步骤S30：检测所述功率谱得到频域参数；

对功率谱进行恒虚警检测，超过检测门限的部分表示有信号存在，此时可以输出信号的带宽、中心频率和信号个数等频域参数。信号的带宽定义为信号过检测门限的起始点频率和终点频率之间的差值；中心频率定义为起始点频率和终点频率之间的中点；另外，从信号的功率谱开始过检测门限到信号不过检测门限之间的谱定义为一个信号，通过区分不同的信号即可得到信号个数。

步骤S40：根据所述频域参数设计频域滤波器，并通过所述频域滤波器对所述频域数据进行频域滤波；

根据频域参数可以设计频域滤波器，采用频域滤波器对频域数据进行频域滤波，以将频域数据中噪声和干扰的去除，从而提高信噪比，使得本实施例中的信号处理方法能更适应更低的信噪比。

步骤S50：将频域滤波后的所述频域数据转换为时域数据；

滤波后的信号频谱通过逆傅里叶变换等类似操作可以转换为时域数据。

步骤S60：处理所述时域数据得到时域参数。

时域数据取模即可得到信号包络，对信号包络进行恒虚警检测可以得到脉冲个数、脉宽、脉冲到达时间和重频参数等时域参数；其中，脉宽的定义为从脉冲信号开始过检测门限的时刻到脉冲信号刚好低于检测门限的时刻之间的时间差；到达时间定义为信号刚好开始过检测门限的时刻；重频定义为前后相邻两个脉冲信号到达时间的差。

采用本实施例提供的信号处理方法，能够快速给出信号的时域参数和频域参数，而且频域参数的检测是通过功率谱得到，提高了频域信噪比，更容易获得带宽、中心频率和频带个数等频域参数。另外，在频域数据与时域数据在转换之前，先进行频域滤波，滤除了带外噪声和干扰，可以提高信噪比，从而在较低信噪比的情况下获得较好的检测效果。因此，本实施例提供的信号处理方法更容易适应更低的信噪比，能够更容易获得更准确的时域参数和频域参数。

在一些可能的实施方式中，步骤S20包括：

对所述信号数据进行快速傅里叶变换得到所述频域数据；

计算所述频域数据的绝对值；

对取绝对值后的所述频域数据进行非相参累加得到所述功率谱。

快速傅里叶变换 (Fast Fourier Transform，简称FFT)，即利用计算机计算离散傅里叶变换（DFT)的高效、快速计算方法的统称，特别是被变换的抽样点数N越多，FFT算法计算量的节省就越显著。本实施例中即在频域上采用大点数FFT进行较长时间测频，同时进行积累，如此设计能够提高频域的信噪比。

具体地，对信号数据s(n)按照FFT点数N进行分组，即每N点数据一组，每组进行一次N点FFT。FFT的结果即频域数据，频域数据取绝对值后进行非相参积累，形成PSD谱。非相参积累所需的FFT次数为M，即需要N*M个样本点完成一次PSD谱的计算，N和M均为2的正整数次方，例如本实施例中N=8192，M=256。

可选的，非相参积累的结果即PSD谱结果可以输出进行可视化PSD显示，图3为计算得出的信号数据的功率谱图，可视化的PSD谱能够方便使用者对其进行观察。

接着，对PSD谱进行恒虚警检测能够得到频域参数，频域参数包括带宽、中心频率和信号个数等。图4为对图3中功率谱进行恒虚警检测的示意图，如图4所示，图中虚线即检测门限，超过虚线部分表示有信号存在，此时输出信号的带宽、中心频率和信号个数。信号带宽定义为信号过检测门限的起始点频率和终点频率之间的差值，中心频率定义为起始点频率和终点频率之间的中点，从信号的PSD谱开始过检测门限到信号不过检测门限之间的谱为一个信号，通过识别不同的信号即可得到信号个数。

从图4中可以看出，在图4的实施例中，目标信号有3个，带宽从左到右分别为0.226MHz、9.48MHz和0.07MHz，中心频率分别为7.63MHz、26.53MHz和50.02MHz。

在一种可能的实施方式中，步骤S40包括：

在所述功率谱中选取所需的目标信号；

根据所述目标信号的带宽形成频域滤波器，所述频域滤波器为将所述功率谱中所述目标信号框住的矩形框；

将所述频域数据与所述频域滤波器点乘。

在上述步骤S20中得到频域数据后一路存入存储器中，在此步骤中边读取存储器中的频域数据边进行频域滤波。

具体地，针对PSD谱恒虚警检测检测结果中的多个目标信号，选取所需目标信号。根据以上步骤得到的选取目标信号的带宽，用矩形框将选取目标信号的PSD谱框住，即形成了频域滤波器，频域滤波器的点数为N，等于FFT的点数。该滤波器的所有点只有0,1两个值。存在信号的地方值为1（或者其他常数），无信号的地方值为0。

示例性地，图5为频域滤波器的示意图，如图5所示，在本实施例中，只选择图5的中间的目标信号；需要说明的是，若只选择中间信号作为目标信号，可以令前后两个目标信号的对应滤波器值为0即可。

在本步骤中，所需目标信号的选取可以通过设置设定带宽阈值实现，将小于设定带宽阈值的小带宽目标信号自动滤除，例如当设定带宽阈值为0.5MHz时，仅选取带宽大于0.5MHz的目标信号。

在另一种可能的实施方式中，对每个目标信号分别进行滤波。也就是说，依次选取目标信号重复上述滤波步骤，直至所有目标信号滤波完毕。

频域滤波器设计完成后对存储器中的频域数据进行频域滤波，在滤波过程中，每次从存储器中读出N点频域数据，然后和频域滤波器进行点乘，即完成了N点频域滤波。频域滤波是持续进行的，每N点进行一次滤波，直到全部读出共要进行M次滤波，也就是说，需要完成对N*M个样本点的频域滤波。

频域滤波完成的频域数据通过逆快速傅里叶变换（IFFT）即可转换为时域数据。与FFT相对应的，本实施例中IFFT点数为N，共进行M次运算，转换结果如图6所示，对比图6和图2，可以发现原先淹没在噪声中的4个脉冲信号现在可以清晰的分辨。

得到时域数据后，对时域数据的取模得到信号的信号包络数据；为了降低后续计算负担，对信号包络数据进行时域抽取，抽取倍数定为D，即每D点保留一个点。抽取完成后进行低通滤波，目的是滤除信号包络的高频成分。本实施例中低通滤波采用IIR滤波器。

图7为时域低通滤波后的示意图，比较图7和图6可以明显看出，经过低通滤波后信号包络已经非常明显，此时很容易进行检测。

接着，对低通滤波后信号包络进行恒虚警检测，检测结果如图8所示。在图8所示实施例中，检测到的脉冲个数为4，脉宽分别为9.87ms、9.86ms、9.85ms和9.86ms，脉冲到达时间和重频参数也极易从检测结果得出；脉宽的定义为从脉冲信号开始过检测门限的时刻到脉冲信号刚好低于检测门限的时刻的时间差；到达时间定义为信号刚好开始过检测门限的时刻。重频定义为前后相邻两个脉冲到达时间的差。

图9为图2中信号包络通过现有时域直接检波法的检测结果，对比图8和图9可以看出，现有时域直接检波法的检测信噪比较低，导致漏检情况发生（图9中第3个脉冲漏检），同时脉冲宽度测量精度不高（图9中第二个脉冲脉宽测量不准）。

可选的，该信号处理方法还包括：

在所述功率谱选取目标信号；

根据所述目标信号的中心频率，将所述目标信号的功率谱搬移到0频；

进行时域抽取后输出；降低数据量，最后送给其他算法模块，从而方便对信号处理结果的应用。

需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机，嵌入式处理器或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

另外，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

图10为本申请实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图，如图10所示，本实施例的装置可以包括：

获取模块100，被配置为获取信号数据；

计算模块200，被配置为计算得到所述信号数据的频域数据和功率谱；

检测模块300，被配置为检测所述功率谱得到频域参数；

滤波模块400，被配置为根据所述频域参数设计频域滤波器，并通过所述频域滤波器对所述频域数据进行频域滤波；

转换模块500，被配置为将频域滤波后的所述频域数据转换为时域数据；

处理模块600，被配置为处理所述时域数据得到时域参数。

本实施例的装置可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。