專利名稱：基于僅幅度檢測的相位檢波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號與圖像處理、微波測量、微波或THZ成像等技術(shù) 領(lǐng)域，尤其涉及一種僅由測量信號的幅度來檢測接收信號相位的相位 檢波方法，以大大降低接收機系統(tǒng)的復(fù)雜性，減少接收機的硬件成本, 提高相位測量精度。
背景技術(shù)：
信號的相位測量幾乎是隨著軍事無線電電子學(xué)和通訊廣播事業(yè)的 發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，尤其是相控陣雷達技術(shù)的發(fā)展，要求對天線 陣元的電控移相器等部件進行大量的測量。目前信號的相位測量應(yīng)用 非常廣泛，如天線的近場測量，微波成像，THZ成像，微波器件的生 產(chǎn)和研制等。
目前已經(jīng)發(fā)展了許多相位測量的方法，如相位比較法、相位檢波 法、過零時間法和變頻測相法等。這些方法在頻率較低時能較為有效 地測量信號的相位，但是在微波頻段，尤其是當(dāng)頻率大于10GHz后， 由于測量過程中探頭定位偏差、接收機相位解調(diào)電路引起的固有噪聲 及溫漂等因素的影響，相位測量很不準確甚至無法直接測量。這種現(xiàn) 象在毫米波/亞毫米波及太赫茲頻段尤為突出，并且相位測量會大大增 加硬件成本。
因此，目前無論是在軍用還是民用設(shè)備中降低接收機系統(tǒng)的成本 都是設(shè)計者追求的重要目標。 .
在目前的相位檢波中用的最為普遍的是正交解調(diào)，其原理框圖如 圖1所示。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中用于檢測信號相位的正交解調(diào)器的原理 結(jié)構(gòu)示意圖，其中需要用到0'及90'功分器、混頻器、低通濾波器， 這些器件不但會引起信號的損耗及非線性失真，且價格很高。
在微波頻段的正交解調(diào)器主要受如下參數(shù)限制(1) 中心頻率決定系統(tǒng)的工作頻率；
(2) 帶寬通常的正交解調(diào)器帶寬很難達到中心頻率的10%;
(3) 最大輸入功率決定最大輸入信號的功率；
(4) 本振功率決定本振信號最大功率；
(5) 變頻損耗，插入損耗會造成接收信號的衰減；
(6) ldB壓縮點，三階交調(diào)會造成接收信號的非線性失真；
(7) 1/Q通道的信號失衡。 如果能僅從測量信號的幅度檢測出接收信號的相位將大大降低接
收機系統(tǒng)的復(fù)雜性，并能減少硬件成本，提高產(chǎn)品的競爭力。
目前在X射線結(jié)晶學(xué)、光學(xué)以及天文圖像處理等領(lǐng)域中已發(fā)展了 一些相位復(fù)原方法，這些方法是從所得到的信號傅立葉變換的幅度重 建信號的幅度和相位。它的實施需要利用所復(fù)原信號的支持域及其傅 立葉(或逆傅立葉)變換域的先驗信息。但是在通常的微波測量中只 能得到信號的幅度，沒有其傅立葉(或逆傅立葉)變換域的先驗信息， 因此限制了這些相位復(fù)原方法在微波測量領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，為了解決X射線結(jié)晶學(xué)、光學(xué)以及天文圖像處理等領(lǐng) 域中的相位復(fù)原方法需要先驗信息的難題，本發(fā)明提供了一種基于僅 幅度檢測的相位檢波方法，以實現(xiàn)僅幅度檢測的相位檢波。
(二) 技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于僅幅度檢測的相位檢波
方法，該方法包括
利用包絡(luò)檢波器測量兩路信號的強度，分別表示為^G)和《(f); 計算參考信號的實部VW和虛部^W以及幅度I"。WI;利用公式
l
3(《la。 (0|
々(0-。02(0
2
州-。o2(,) 2
實現(xiàn)待復(fù)原f
號的重建。
上述方案中，所述參考信號的幅度至少大于待重建信號的3倍。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果
1、 本發(fā)明提供的這種基于僅幅度檢測的相位檢波方法，通過測量 信號(即待重建信號與某己知參考信號之和)的幅度來復(fù)原信號的幅
度和相位，實現(xiàn)了僅幅度檢測的相位檢波，解決了x射線結(jié)晶學(xué)、光
學(xué)以及天文圖像處理等領(lǐng)域中的相位復(fù)原方法需要先驗信息的難題，
2、 本發(fā)明提供的這種基于僅幅度檢測的相位檢波方法，僅通過測
量信號的幅度實現(xiàn)復(fù)原接收信號的幅度和相位，簡化了接收機系統(tǒng)的 復(fù)雜性，降低了硬件成本。
3、 本發(fā)明提供的這種基于僅幅度檢測的相位檢波方法，所需參考 信號為任意參考信號，可以采用頻率非常低的參考信號，有利于信號 源的設(shè)計。
4、 本發(fā)明提供的這種基于僅幅度檢測的相位檢波方法，處理速度 非?？?，在降低系統(tǒng)復(fù)雜性的同時不會導(dǎo)致相位測量精度的降低。
5、 本發(fā)明提供的這種基于僅幅度檢測的相位檢波方法，對任意頻 率接收信號均有效，可用于不同的接收機系統(tǒng)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中用于檢測信號相位的正交解調(diào)器的原理結(jié)構(gòu)示 意圖2為本發(fā)明提供的基于僅幅度檢測的相位檢波的方法流程圖； 圖3為本發(fā)明提供的基于最優(yōu)化技術(shù)的僅幅度檢測的相位檢波示 意圖；圖4為采用本發(fā)明方法由測:
和相位。
信號的幅度復(fù)原出的接收信號幅度
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
首先，介紹本發(fā)明的實現(xiàn)原理
設(shè)接收信號為^)，其具體表示形式為小)="(0咖[#)]，設(shè)參考
信號為^(0 = ^(,)咖|>。(0]。本發(fā)明給出了僅通過檢測斗)w。(0的包絡(luò) 或者幅度(若為頻域信號，將t變?yōu)轭l率f)就可以復(fù)原接收信號s(t)。
設(shè)測量信號為^(，4)W。(0"(0cos
，則有如下關(guān)系
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，Angle表示取復(fù)信號的相位。上式表明，檢測時域信號的包 絡(luò)等同于檢測該信號對應(yīng)復(fù)信號的幅度；檢測時域信號的相位等同于 檢測該信號對應(yīng)復(fù)信號的相位。為此下面我們就在復(fù)信號域討論，從 測量信號的幅度A(t)復(fù)原接收信號s(t)幅度和相位的技術(shù)。本發(fā)明將實
現(xiàn)僅幅度檢測的信號檢波。
信
號幅度的平方可以表示為
<formula>formula see original document page 6</formula>
當(dāng)"W時
<formula>formula see original document page 6</formula>
引入兩個參考信號從而有
A2 (0-4 (0 = 2Re[a(,)a。, + (O丄
(0 —《(0 = 2 Re [。 (0 ^ (0 exP [ W (0 + X (,)]. 從而得到
< (0
42(f)-《,(')""')costanHta《(r)4(0 —《(r) ^(,)cos
特別地選擇。。2,(0 =《(,)="。2(0， <W=A(0， ^(0—?！?+f，那
么有
tan
々(0-。。2(0
卬)H
tan
+ 1
42(,)-。02(0
+ tan^(,)
或者從信號的實部和虛部重建的角度來看，可以得到如下的結(jié)果
小)=a (0 exp [ W W] = 、 (0 + A (0 (0 = a。 (0 exP[M (0] = % W +九(0 從而有
州;。"0^(卞』+恭)(0
銀,(,)=樣。1(0+恭1(0
特別地選擇《(0 = 。。22(0=《(0， <(0 = -。(0， K0=l(0+f，那
么有<formula>formula see original document page 8</formula>如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的基于僅幅度檢測的相位檢波的
方法流程圖，該方法包括
STEP1:利用包絡(luò)檢波器測量兩路信號的強度，分別表示為4(0和
STEP2:計算參考信號(唯一要求是該參考信號的幅度要大于待 重建信號的3倍)的實部^W和虛部^(0以及幅度卜。WI;
STEP3:利用下式實現(xiàn)待復(fù)原信號的重建
<formula>formula see original document page 8</formula>
圖3為本發(fā)明提供的基于最優(yōu)化技術(shù)的僅幅度檢測的相位檢波示 意圖。從圖3可以看到采用本發(fā)明中的信號處理方法，所需硬件只需 一個加法器， 一個90'功分器及包絡(luò)檢波器，大大簡化了硬件系統(tǒng)的復(fù) 雜性，減少了硬件成本。
圖4示出了采用本發(fā)明方法由測量信號的幅度復(fù)原出的接收信號 幅度和相位。從圖4可以看到采用該方法復(fù)原出的接收信號幅度和相 位(實部和虛部)與真實值吻合非常好。
盡管本發(fā)明是結(jié)合具體實施例來表述的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在以 上說明的基礎(chǔ)上顯然還能看出許多選擇，修改和變更。因此，所有這些選擇，修改和變更都應(yīng)該被納入附帶的權(quán)利要求書所要求保護的范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種基于僅幅度檢測的相位檢波方法，其特征在于，該方法包括利用包絡(luò)檢波器測量兩路信號的強度，分別表示為和計算參考信號的實部s0r(t)和虛部s0i(t)以及幅度|a0(t)|；利用公式實現(xiàn)待復(fù)原信號的重建。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于僅幅度檢測的相位檢波方法，其特 征在于，所述參考信號的幅度至少大于待重建信號的3倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于僅幅度檢測的相位檢波方法，該方法包括利用包絡(luò)檢波器測量兩路信號的強度，分別表示為A₁²(t)和A₂²(t)；計算參考信號的實部s_0r(t)和虛部s_0i(t)以及幅度|a₀(t)|；利用公式實現(xiàn)待復(fù)原信號的重建。利用本發(fā)明，實現(xiàn)了僅幅度檢測的相位檢波，解決了X射線結(jié)晶學(xué)、光學(xué)以及天文圖像處理等領(lǐng)域中的相位復(fù)原方法需要先驗信息的難題，并為無相位檢測成像理論奠定了基礎(chǔ)，從而可大大降低微波、太赫茲以及光學(xué)成像系統(tǒng)的硬件成本。
文檔編號G01R25/00GK101545930SQ200810102810
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者張文吉, 芳 李, 李廉林 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所