本發(fā)明涉及一種用于基于采樣值的接收序列來確定接收信號(hào)的相位的相位檢測(cè)方法和處理器。

背景技術(shù)：

當(dāng)在入口處被已知頻率的輸入信號(hào)激勵(lì)時(shí)，準(zhǔn)確地確定傳輸介質(zhì)出口處的輸出信號(hào)的相位對(duì)于許多應(yīng)用是非常重要的。例如，通信工程中的編碼方法中的相位信息可被用來經(jīng)由通信信道以電、磁或電磁信號(hào)的形式發(fā)送通信。在材料科學(xué)領(lǐng)域，測(cè)量聲波的相位提供關(guān)于傳輸介質(zhì)的材料組成的信息。在化學(xué)和物理分析系統(tǒng)中，相位檢測(cè)器用于確定化學(xué)反應(yīng)中的溫度、密度、相位改變，化學(xué)和物理介質(zhì)中的物體尺寸和液體濃度。在醫(yī)學(xué)診斷方法中，通過測(cè)量被耦合至組織的聲學(xué)和超聲波信號(hào)的相位來識(shí)別組織特征。用于這些目的的應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)身體中的血液循環(huán)以識(shí)別異常狀況，特別是在腦部和在乳腺超聲檢查中。

圖1示出用于測(cè)量脈管102中的聲波的相位關(guān)系的系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括待測(cè)量的具有脈管長(zhǎng)度l的脈管102(例如，體細(xì)胞、血管或動(dòng)脈)以及超聲波的發(fā)送器101和接收器103。發(fā)送器101在脈管102的入口105處將包括相位的已知頻率f0的超聲波104耦合到脈管102中，其中所述超聲波104傳播并在出口107處被接收器103接收。如從圖1中可以看出，超聲波104包括整數(shù)個(gè)振蕩周期p以及可以表示為相位差的部分周期。在聲波104的運(yùn)行時(shí)間tp和相位差之間，以下條件適用：

對(duì)于脈管102中的相速度v，一方面以下條件適用：

v＝λ·f0,(2)

其中f0表示已知發(fā)送頻率，且λ表示脈管102中的波長(zhǎng)。另一方面，以下條件對(duì)于脈管102中的相速度v適用：

其中k表示脈管的彈性，且ρ表示其密度。因此，可以從相速度v確定脈管102的特性?？梢詮闹芷趐的量和相位差來確定波長(zhǎng)λ，可以借助于已知發(fā)送頻率f0來識(shí)別相速度v，能夠借助于相位速度v來表征脈管102的材料特性。

通常，接收器與發(fā)送器同步，以便確定相位差并且使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行采樣。接收的信號(hào)的采樣值可以與同步的時(shí)間點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，從中可以確定相位差。

然而，測(cè)量精度取決于多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，例如采樣精度、發(fā)送信號(hào)的設(shè)定頻率的精度、聲學(xué)信號(hào)的耦合和解耦精度、歸因于在脈管端部和脈管壁處的反射的對(duì)發(fā)送信號(hào)的干擾、多普勒效應(yīng)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是創(chuàng)建用于在被已知信號(hào)特性的發(fā)送信號(hào)激勵(lì)時(shí)簡(jiǎn)單且精確地確定在傳輸介質(zhì)出口處的相位的概念。

通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)該目的。其它有利的實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主旨。

以下描述的方法、設(shè)備和系統(tǒng)可以是不同的類型。所描述的各個(gè)元件可以經(jīng)由使用不同技術(shù)制造的且可以包括半導(dǎo)體芯片、asic、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、集成電路、電光電路和/或無源組件的硬件或軟件組件(例如電子組件)來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種相位檢測(cè)方法，包括以下步驟：對(duì)接收信號(hào)的值的接收序列進(jìn)行接收，所述值是以已知采樣頻率fs進(jìn)行采樣的，且所述接收信號(hào)表示對(duì)具有已知發(fā)送頻率fw的發(fā)送信號(hào)的反應(yīng)；針對(duì)接收序列的每個(gè)索引，提供正弦序列和余弦序列，該正弦序列包括取決于發(fā)送頻率fw和采樣頻率fs的已知角頻率的連續(xù)倍數(shù)的正弦值，并且該余弦序列包括所述已知角頻率的連續(xù)倍數(shù)的余弦值；以及基于接收序列與余弦序列的標(biāo)量乘積確定接收信號(hào)的相位實(shí)部，并基于接收序列與正弦序列的標(biāo)量乘積確定接收信號(hào)的相位虛部。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)被激勵(lì)時(shí)，能夠使用已知信號(hào)特性的發(fā)送信號(hào)容易且精確地確定在傳輸介質(zhì)出口處的相位。當(dāng)發(fā)送頻率和采樣頻率已知時(shí)，兩個(gè)標(biāo)量乘積可被輕而易舉地確定并為接收信號(hào)的相位提供精確值。

根據(jù)相位檢測(cè)方法的實(shí)施例，兩個(gè)標(biāo)量乘積的歸一化因子取決于接收序列的長(zhǎng)度。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：在接收到每個(gè)接收序列之后，能夠容易地分別為相位的實(shí)部和虛部確定歸一化標(biāo)量乘積?？梢允褂脷w一化因子，為相位確定精確值。

根據(jù)相位檢測(cè)方法的實(shí)施例，對(duì)接收信號(hào)(y)進(jìn)行采樣的采樣頻率fs小于奈奎斯特-香農(nóng)采樣頻率。

根據(jù)奈奎斯特和香農(nóng)的采樣定理聲稱，必須以至少2·fmax的頻率對(duì)帶限制為fmax的信號(hào)進(jìn)行采樣，以便能夠從離散時(shí)間信號(hào)精確地重構(gòu)該信號(hào)。根據(jù)相位檢測(cè)方法的該實(shí)施例，這不再是必需的。這具有如此優(yōu)點(diǎn)：能夠獨(dú)立于傳輸介質(zhì)的特征來選擇采樣頻率fs。

根據(jù)相位檢測(cè)方法的實(shí)施例，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣的采樣頻率fs獨(dú)立于奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理。

根據(jù)相位檢測(cè)方法的實(shí)施例，與已知發(fā)送頻率fw和已知采樣頻率fs的商相乘的接收序列的長(zhǎng)度是整數(shù)且是余弦序列及正弦序列的周期。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：余弦序列及正弦序列能夠容易地與接收序列相乘。

根據(jù)相位檢測(cè)方法的實(shí)施例，接收序列的長(zhǎng)度和采樣頻率fs與采樣頻率fs和發(fā)送頻率fw的最小公分母的商或所述商的倍數(shù)相對(duì)應(yīng)。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：在確定標(biāo)量乘積時(shí)項(xiàng)變得簡(jiǎn)化；有些變?yōu)榱悖渌優(yōu)槌?shù)。因此，可以輕而易舉地進(jìn)行相位的計(jì)算。

根據(jù)實(shí)施例，相位檢測(cè)方法包括基于接收序列的平均值確定接收信號(hào)的偏差。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：能夠通過確定接收序列的平均值容易地分別確定接收信號(hào)的偏差或偏移。

根據(jù)實(shí)施例，已知角頻率ω滿足以下條件：ω＝2π(fw/fs)，其中fw表示已知發(fā)送頻率，且fs表示已知采樣頻率。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于確定接收信號(hào)的相位的處理器，包括：n元輸入寄存器，用于存儲(chǔ)接收信號(hào)的值的接收序列，所述值是以已知采樣頻率fs進(jìn)行采樣的，并且所述接收信號(hào)表示對(duì)具有已知發(fā)送頻率fw的發(fā)送信號(hào)的反應(yīng)；n元第一參數(shù)寄存器和n元第二參數(shù)寄存器，分別用于存儲(chǔ)正弦序列和余弦序列，該正弦序列包括取決于發(fā)送頻率fw和采樣頻率fs的已知角頻率(circularfrequency)的連續(xù)倍數(shù)的正弦值，并且該余弦序列包括所述已知角頻率的連續(xù)倍數(shù)的余弦值；第一輸出寄存器和第二輸出寄存器，用于提供接收信號(hào)的相位實(shí)部和相位虛部；以及計(jì)算單元，用于基于接收序列與正弦序列的標(biāo)量乘積來確定接收信號(hào)的相位實(shí)部，并基于接收序列與余弦序列的標(biāo)量乘積確定接收信號(hào)的相位虛部。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)被已知信號(hào)特性的發(fā)送信號(hào)激勵(lì)時(shí)，此處理器能夠容易且精確地確定在傳輸介質(zhì)出口處的相位。在發(fā)送頻率和采樣頻率已知時(shí)，處理器可以輕而易舉地確定兩個(gè)標(biāo)量乘積，并且可以為接收信號(hào)的相位提供精確值。

根據(jù)處理器的實(shí)施例，兩個(gè)歸一化標(biāo)量乘積的歸一化因子是2/n，其中n表示接收序列的長(zhǎng)度。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：處理器能夠在接收到每個(gè)接收序列之后容易地分別為相位的實(shí)部和虛部確定歸一化標(biāo)量乘積。處理器可以使用歸一化因子來為相位確定精確值。

根據(jù)實(shí)施例，處理器包括第三輸出寄存器，其用于提供接收信號(hào)的偏差，所述計(jì)算單元用于基于接收序列的平均值確定接收信號(hào)的偏差。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：處理器能夠通過計(jì)算接收序列的平均值容易地分別確定接收信號(hào)的偏差或偏移。

根據(jù)實(shí)施例，角頻率ω滿足以下條件：ω＝2π(fw/fs)，其中fw表示已知發(fā)送頻率，且fs表示已知采樣頻率。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種用于確定接收信號(hào)的相位的處理器，包括：輸入寄存器，用于存儲(chǔ)以已知采樣頻率fs采樣的接收信號(hào)的接收值，所述接收信號(hào)表示對(duì)具有已知發(fā)送頻率fw的發(fā)送信號(hào)的反應(yīng)；第一系數(shù)寄存器和第二系數(shù)寄存器，用于存儲(chǔ)第一傅里葉系數(shù)和第二傅立葉系數(shù)，其中第一傅里葉系數(shù)表示接收信號(hào)與接收信號(hào)的相位實(shí)部之間的線性關(guān)系，第二傅里葉系數(shù)表示接收信號(hào)與接收信號(hào)的相位虛部之間的線性關(guān)系；第一輸出寄存器和第二輸出寄存器，用于提供接收信號(hào)的相位實(shí)部和相位虛部；以及計(jì)算單元，用于基于所述接收值與第一系數(shù)寄存器的內(nèi)容的平均乘積來確定該接收信號(hào)的相位實(shí)部，以及基于所述接收值與第二系數(shù)寄存器的內(nèi)容的平均乘積來確定該接收信號(hào)的相位虛部。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)被已知信號(hào)特性的發(fā)送信號(hào)激勵(lì)時(shí)，此處理器能夠容易且精確地確定在傳輸介質(zhì)出口處的相位。在發(fā)送頻率和采樣頻率已知時(shí)，處理器可以輕而易舉地確定兩個(gè)標(biāo)量乘積，并且可以為接收信號(hào)的相位提供精確值。

根據(jù)實(shí)施例，處理器包括指令單元，指令單元用于響應(yīng)于重置信號(hào)，將第二系數(shù)寄存器重置為1，并清空其余寄存器；用于響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)，存儲(chǔ)采樣后的接收信號(hào)的新接收值，并用于向第一系數(shù)寄存器和第二系數(shù)寄存器提供新系數(shù)。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：處理器能夠依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)讀取接收信號(hào)，并能夠在每個(gè)時(shí)鐘中執(zhí)行新的處理步驟?？梢砸罁?jù)時(shí)鐘非?？焖偾逸p而易舉地執(zhí)行處理。

根據(jù)處理器的實(shí)施例，計(jì)算單元用于基于所述接收值和第一系數(shù)寄存器的內(nèi)容或所述接收值和第二系數(shù)寄存器的內(nèi)容的乘積中的每個(gè)的時(shí)間平均來分別確定平均乘積，所述乘積依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)而出現(xiàn)。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：處理器能夠進(jìn)一步處理在每個(gè)時(shí)鐘中出現(xiàn)的乘積中的每個(gè)。因此，可以通過使用(即所出現(xiàn)的乘積中的每個(gè)的)部分結(jié)果來計(jì)算最終得到的結(jié)果。

根據(jù)處理器的實(shí)施例，指令單元用于：響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)，使用系數(shù)dc·c-ds·s來更新第二系數(shù)寄存器，并用于使用系數(shù)dc·s+ds·c來更新第一系數(shù)寄存器，其中c表示第二系數(shù)寄存器的內(nèi)容，s表示第一系數(shù)寄存器的內(nèi)容，并且dc＝cos(ω)且ds＝sin(ω)也適用，其中ω＝2π*(fw/fs)。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：能夠逐步確定各個(gè)序列的協(xié)方差，從而可以將計(jì)算工作分在各個(gè)時(shí)鐘中。因此，可以精確而有效地確定接收信號(hào)的相位。

根據(jù)實(shí)施例，處理器包括第一內(nèi)部寄存器和第二內(nèi)部寄存器；并且指令單元用于：響應(yīng)于該時(shí)鐘信號(hào)，使第一內(nèi)部寄存器以輸入寄存器的內(nèi)容與第一系數(shù)寄存器的內(nèi)容的乘積步增，使第二內(nèi)部寄存器以輸入寄存器的內(nèi)容與第二系數(shù)寄存器的內(nèi)容的乘積步增，并用于分別在第一輸出寄存器和第二輸出寄存器中提供以歸一化因子歸一化的各自的乘積。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：能夠逐步確定接收信號(hào)的相位，并因此將計(jì)算分在時(shí)鐘信號(hào)的各個(gè)時(shí)鐘中。

根據(jù)實(shí)施例，處理器包括第三輸出寄存器，用于提供接收信號(hào)的偏差；并且計(jì)算單元用于基于輸入寄存器的內(nèi)容的時(shí)間平均來確定接收信號(hào)的偏差。

這具有如此優(yōu)點(diǎn)：處理器能夠經(jīng)由輸入寄存器的內(nèi)容的時(shí)間平均來容易地分別確定接收信號(hào)的偏差或偏移。

根據(jù)上述方面和實(shí)施例確定相位和偏差對(duì)于許多用途是重要的。以這種方式確定的相位或以這種方式確定的偏差分別可以在用于經(jīng)由通信信道以電、磁或電磁信號(hào)的形式傳送消息的通信技術(shù)中的編碼方法中使用。在材料科學(xué)領(lǐng)域，關(guān)于聲波，以這種方式確定的相位或以這種方式確定的偏差分別可以賦予對(duì)傳輸介質(zhì)的材料特性的洞察。在化學(xué)或物理分析系統(tǒng)中，以這種方式確定的相位或以這種方式確定的偏差分別可用于確定化學(xué)反應(yīng)的溫度、密度、相位改變，化學(xué)和物理介質(zhì)中的物體尺寸和液體濃度。

在醫(yī)學(xué)診斷方法中，根據(jù)上述方面和實(shí)施例分別確定的相位或偏差可以用于在聲學(xué)和超聲信號(hào)被耦合至組織時(shí)對(duì)組織的特性進(jìn)行識(shí)別。例如，在監(jiān)測(cè)身體中的血液循環(huán)以識(shí)別異常情況(特別是在腦部和在乳腺超聲檢查中)時(shí)，使用本發(fā)明的實(shí)施例。相位信息可以賦予對(duì)組織的健康狀態(tài)以及患病狀態(tài)的洞察。分別可以例如借助于根據(jù)所描述的方法和所描述的處理器測(cè)量相位，從健康的患者收集關(guān)于組織的健康狀態(tài)的信息，所述信息用作一類參考值。在對(duì)患者的測(cè)量期間發(fā)現(xiàn)偏離所識(shí)別的參考值的相位信息可以指示患者的患病狀態(tài)。

附圖說明

通過參考附圖描述其他實(shí)施例。在附圖中，

圖1示出用于測(cè)量脈管102中的聲波的相位關(guān)系的系統(tǒng)100的示意圖；

圖2示出根據(jù)實(shí)施例的相位檢測(cè)方法200的示意圖；

圖3示出根據(jù)第一實(shí)施例的用于確定接收信號(hào)的相位的處理器300的示意圖；

圖4示出根據(jù)第二實(shí)施例的用于確定接收信號(hào)的相位的處理器400的示意圖；以及

圖5示出根據(jù)第三實(shí)施例的用于確定接收信號(hào)的相位的處理器500的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下的詳細(xì)描述參考所附附圖，出于說明目的，所述附圖形成其部分并示出實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的概念的情況下，也可以使用其它實(shí)施例，并且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。因此，以下的詳細(xì)描述被理解為不具限制性意義。此外，應(yīng)當(dāng)理解，除非另有具體指出，否則本文所述的不同示例性實(shí)施例的特征可以彼此組合。

參考附圖描述了各方面和實(shí)施例，其中相同的附圖標(biāo)記通常指示相同的元件。在下面的描述中，出于解釋本發(fā)明的目的，描述許多具體細(xì)節(jié)，以便能夠透徹理解本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員可能是顯而易見的是，通過較小程度的具體細(xì)節(jié)可以實(shí)施一個(gè)或多個(gè)方面或?qū)嵤├Ｔ谄渌闆r下，已知的結(jié)構(gòu)和元件以示意形式示出，以便于描述一個(gè)或多個(gè)方面或?qū)嵤├?yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的概念的情況下，可以使用其他實(shí)施例，并可以實(shí)施結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。

盡管可能已經(jīng)公開了關(guān)于幾個(gè)實(shí)施中的僅一個(gè)的實(shí)施例的某個(gè)特征或某些方面，正如對(duì)于任何給定或特定使用可能是期望的或有利的，這樣的特征或這樣的方面還可以進(jìn)一步與其他實(shí)施的一個(gè)或多個(gè)其他特征或方面組合。此外，在說明書或權(quán)利要求書中使用的表述(如“包含”、“具有”、“有”)或其其他變形應(yīng)以包容的意義來理解，如“包括”的含義。表述“耦合”和“連接”可以已與其衍生共同使用。應(yīng)當(dāng)理解，這些表述用于指示兩個(gè)元件彼此協(xié)作或交互，獨(dú)立于它們是否彼此直接物理或電接觸或它們是否彼此未直接接觸。此外，表述“如”和“例如”將僅被理解為指示示例性實(shí)施例，而不是最佳或理想實(shí)施例的描述。因此，以下描述被理解為不具限制意義。

圖2示出根據(jù)實(shí)施例的相位檢測(cè)方法200的示意圖。方法200包括接收(201)接收信號(hào)y的值y0，y1，...，yn-1的接收序列yj，所述值y0，y1，...，yn-1是以已知采樣頻率fs進(jìn)行采樣的，并且所述接收信號(hào)y表示對(duì)具有已知發(fā)送頻率fw的發(fā)送信號(hào)的反應(yīng)。方法200包括針對(duì)接收序列yj的每個(gè)索引j，提供(202)正弦序列sj和余弦序列cj，所述正弦序列sj包括取決于發(fā)送頻率fw和采樣頻率fs的已知角頻率的連續(xù)倍數(shù)的正弦值，并且所述余弦序列cj包括該已知角頻率的連續(xù)倍數(shù)的余弦值。方法200包括基于接收序列yj與余弦序列cj的標(biāo)量乘積確定(203)接收信號(hào)y的相位實(shí)部u，并基于接收序列yj與正弦序列sj的標(biāo)量乘積確定(203)接收信號(hào)的相位虛部v。

已知角頻率ω可以滿足條件ω＝2π(fw/fs)。

兩個(gè)標(biāo)量乘積的歸一化因子2/n可以取決于接收序列yj的長(zhǎng)度n。對(duì)接收信號(hào)y進(jìn)行采樣的采樣頻率fs可以獨(dú)立于奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理。與已知發(fā)送頻率fw和已知采樣頻率fs的商相乘的接收序列yj的長(zhǎng)度n可以是整數(shù)且可以是余弦序列cj及正弦序列sj的周期。接收序列yj的長(zhǎng)度n可以對(duì)應(yīng)于采樣頻率fs與采樣頻率fs和發(fā)送頻率fw的最小公分母的商或所述商的倍數(shù)。

以下表示描述了方法200的理論原理。

給出向量

y0,y1,…,yn-1(4)

該向量為采樣頻率fs下的函數(shù)(5)的采樣值的向量。

可以在使用下式的同時(shí)應(yīng)用最小平方法重新獲得未知參數(shù)a、β和的近似值：

其中項(xiàng)

表示序列z和t的協(xié)方差，以及序列s和c，其中s和c通過以下條件給定：

sj＝sin(2π·(fw/fs)·j),j＝0,...,n-1(8a)

cj＝cos(2π·(fw/fs)·j),j＝0,...,n-1(8b).

如可容易看出的，項(xiàng)

n·(fw/fs)∈z,(9)

是針對(duì)每個(gè)n的序列{sj}和{cj}二者的周期，其中z表示整數(shù)集。

則n也是下式的倍數(shù)：

其中g(shù)gt表示最大公約數(shù)，并且下式適用：

和

因此，將等式(6a)呈現(xiàn)為以下形式：

因此，下式適用：

并且可以經(jīng)由以下條件來確定搜索值：

可以使用等式(4)和(5)來描述方法200的接收(201)接收信號(hào)y的值y0，y1，...，yn-1的接收序列yj，所述值是以已知采樣頻率fs進(jìn)行采樣的。

可以使用等式(8a)、(8b)、(9)和(10)來描述方法200的針對(duì)接收序列yj的每個(gè)索引j，提供(202)正弦序列sj和余弦序列cj。

可以使用等式(6a)、(6b)、(7)和(11a)至(14c)來描述方法200的基于接收序列yj與余弦序列cj的標(biāo)量乘積來確定(203)接收信號(hào)y的相位實(shí)部u且基于接收序列yj與正弦序列sj的標(biāo)量乘積來確定(203)接收信號(hào)y的相位虛部v。

圖3示出根據(jù)第一實(shí)施例的用于確定接收信號(hào)的相位的處理器300的示意圖。

處理器300包括n元輸入寄存器301、n元第一參數(shù)寄存器303、n元第二參數(shù)寄存器305、第一輸出寄存器307、第二輸出寄存器309、第三輸出寄存器313、計(jì)算單元311和指令單元315。處理器還包括用于時(shí)鐘信號(hào)clk320的入口和用于重置信號(hào)rst322的入口。處理器300在其入口側(cè)與輸入數(shù)據(jù)總線317連接，并在其出口側(cè)與輸出數(shù)據(jù)總線319連接。

n元輸入寄存器301用于存儲(chǔ)接收信號(hào)y的值y0，y1，...，yn-1的接收序列yj，所述值y0，y1，...，yn-1是以已知采樣頻率fs進(jìn)行采樣的，并且所述接收信號(hào)y表示對(duì)具有已知發(fā)送頻率fw的發(fā)送信號(hào)的反應(yīng)。

n元第一參數(shù)寄存器303用于存儲(chǔ)正弦序列sj，該正弦序列sj包括取決于發(fā)送頻率fw和采樣頻率fs的已知角頻率ω的連續(xù)倍數(shù)的正弦值。n元第二參數(shù)寄存器305用于存儲(chǔ)余弦序列cj，該余弦序列cj包括所述已知角頻率ω的連續(xù)倍數(shù)的余弦值。

已知角頻率ω可以滿足條件ω＝2π(fw/fs)。

第一輸出寄存器307用于提供接收信號(hào)的相位實(shí)部u。第二輸出寄存器309用于提供接收信號(hào)的相位虛部v。

計(jì)算單元311用于基于接收序列yj與正弦序列sj的標(biāo)量乘積來確定接收信號(hào)y的相位實(shí)部u。計(jì)算單元311還用于基于接收序列yj與余弦序列cj的標(biāo)量乘積來確定接收信號(hào)y的相位虛部v。可以將兩個(gè)標(biāo)量乘積的歸一化因子選擇為2/n，其中n表示接收序列yj的長(zhǎng)度。

計(jì)算單元311(其在本文中僅被示出為使用虛線的框)可以包括用于執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算的算術(shù)邏輯單元。其可以包括加法器、乘法器和用于執(zhí)行計(jì)算操作的其他單元。

第三輸出寄存器313用于提供接收信號(hào)y的偏差，所述偏差能夠由計(jì)算單元313基于接收序列yj的平均值來確定。

處理器300可以以硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。處理器300可以形成芯片上的操作單元、或者可被實(shí)現(xiàn)為芯片。處理器300可以是數(shù)字信號(hào)處理器或微控制器。處理器300可被實(shí)現(xiàn)為fpga、集成電路、asic或這些組件的部分。處理器300可被實(shí)現(xiàn)在接收器中或?qū)崿F(xiàn)為接收器電路的部分，如圖1所示的接收器103。

處理器300的操作模式可以描述如下。

存儲(chǔ)于兩個(gè)參數(shù)寄存器303、305中的矢量s和c各自包含以下序列：

sin(2πσ·j),j＝0,...,n-1以及(15a)

cos(2πσ·j),j＝0,...,n-1,(15b)

其中σ表示信號(hào)頻率fw與采樣頻率fs的商：

分別在啟動(dòng)處理器300之后或在接收到重置信號(hào)rst322之后，將來自輸入數(shù)據(jù)總線317的數(shù)據(jù)發(fā)送至n元輸入寄存器301。

值

和(17a)

被上傳至輸出寄存器u和v中的每個(gè)，其中y以矢量形式表示接收信號(hào)y的采樣值y0，y1，...，yn-1的序列，并且s和c各自分別以矢量形式表示正弦序列sj和余弦序列cj。符號(hào)表示兩個(gè)矢量的標(biāo)量乘積或內(nèi)積。

可以根據(jù)以下條件，將偏差β確定為接收信號(hào)y的采樣值y0，y1，...，yn-1的序列的平均值：

并將其存儲(chǔ)于第三輸出寄存器313中。

圖4示出根據(jù)第二實(shí)施例的用于確定接收信號(hào)的相位的處理器400的示意圖。

處理器400包括輸入寄存器401、第一參數(shù)寄存器403、第二參數(shù)寄存器405、第三參數(shù)寄存器425、第四參數(shù)寄存器427、計(jì)數(shù)器429、第一輸出寄存器407、第二輸出寄存器409、第三輸出寄存器413、內(nèi)部寄存器421、第二內(nèi)部寄存器423、第三內(nèi)部寄存器431、計(jì)算單元411和指令單元415。處理器311還包括用于時(shí)鐘信號(hào)clk420的入口和用于重置信號(hào)rst422的入口。處理器400在其入口側(cè)與輸入數(shù)據(jù)總線417連接，并在其出口側(cè)與輸出數(shù)據(jù)總線419連接。

輸入寄存器401用于存儲(chǔ)以已知采樣頻率fs采樣的接收信號(hào)y的接收值，所述接收信號(hào)y表示對(duì)具有已知發(fā)送頻率fw的發(fā)送信號(hào)的反應(yīng)。

第一系數(shù)寄存器403用于存儲(chǔ)表示接收信號(hào)y與接收信號(hào)y的相位實(shí)部之間的線性關(guān)系的第一傅里葉系數(shù)s。

第二系數(shù)寄存器405用于存儲(chǔ)表示接收信號(hào)y與接收信號(hào)y的相位虛部之間的線性關(guān)系的第二傅里葉系數(shù)c。

第一輸出寄存器407用于提供接收信號(hào)y的相位實(shí)部u。第二輸出寄存器409用于提供接收信號(hào)y的相位虛部v。

計(jì)算單元411用于基于接收值與第一系數(shù)寄存器403的內(nèi)容s的平均乘積來確定接收信號(hào)y的相位實(shí)數(shù)u。計(jì)算單元411用于基于接收值與第二系數(shù)寄存器405的內(nèi)容c的平均乘積來確定接收信號(hào)y的相位虛部v。

計(jì)算單元411(在本文中僅被示為使用虛線的框)可以包括用于執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算的算術(shù)邏輯單元。其可以包括加法器、乘法器和用于執(zhí)行計(jì)算操作的其他單元。

指令單元415用于：響應(yīng)于重置信號(hào)422，將第二系數(shù)寄存器405設(shè)置為1，并清空其余寄存器。指令單元415用于存儲(chǔ)采樣后的接收信號(hào)y的新接收值，并用于響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)420，向第一系數(shù)寄存器403和第二系數(shù)寄存器405提供新系數(shù)s、c。

計(jì)算單元411還用于：分別基于接收值與第一系數(shù)寄存器403的內(nèi)容s或第二系數(shù)寄存器405的內(nèi)容c的乘積中的每個(gè)的時(shí)間平均來確定平均乘積，所述乘積依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)420而出現(xiàn)。

指令單元415用于響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)420使用系數(shù)dc·c-ds·s來更新第二系數(shù)寄存器405，并用于使用系數(shù)dc·s+ds·c來更新第一系數(shù)寄存器403。在該實(shí)例中，c表示第二系數(shù)寄存器405的內(nèi)容，且s表示第一系數(shù)寄存器403的內(nèi)容。此外，dc＝cos(ω)且ds＝sin(ω)也適用，其中ω＝2π*(fw/fs)。值dc和ds分別出現(xiàn)在第三參數(shù)寄存器425和第四參數(shù)寄存器427中。計(jì)數(shù)器寄存器429可以存儲(chǔ)用于分別對(duì)y與s和y與c的平均乘積的平均值進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。

指令單元415用于：響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)420，使第一內(nèi)部寄存器421以輸入寄存器401的內(nèi)容與第一系數(shù)寄存器403的內(nèi)容s的乘積sy步增。指令單元415用于：響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)420，使第二內(nèi)部寄存器423以輸入寄存器401的內(nèi)容與第二系數(shù)寄存器405的內(nèi)容c的乘積cy步增。指令單元415用于分別在第一輸出寄存器407和第二輸出寄存器409中提供通過歸一化因子歸一化的相應(yīng)乘積。

第三輸出寄存器413用于提供接收信號(hào)y的偏差β。計(jì)算單元411還用于基于輸入寄存器401的內(nèi)容的時(shí)間平均來確定接收信號(hào)y的偏差β。

處理器400可以以硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。處理器400可以形成芯片上的操作單元、或者可被被實(shí)現(xiàn)為芯片。處理器400可以是數(shù)字信號(hào)處理器或微控制器。處理器400可被實(shí)現(xiàn)為fpga、集成電路、asic或這些組件的部分。處理器400可被實(shí)現(xiàn)在接收器中或?qū)崿F(xiàn)為接收器電路的部分，如圖1所示的接收器103。

處理器400的操作模式可以描述如下。

在啟動(dòng)處理器400之后或在接收到重置信號(hào)rst422之后，使用給定發(fā)送頻率fw和給定采樣頻率fs來操作處理器。對(duì)應(yīng)于fw和fs的值設(shè)置計(jì)數(shù)器429。在處理器400的實(shí)施例中，滿足等式(10)的上述條件，即n等于或的倍數(shù)：

內(nèi)部寄存器421、423、431和第一參數(shù)寄存器403被清空。第二參數(shù)寄存器405接收值1。然后，輸入值被連續(xù)存儲(chǔ)于輸入寄存器401中，所述輸入值被加至第三內(nèi)部寄存器431。然后，第一內(nèi)部寄存器421以乘積y×s，即輸入寄存器401與第一系數(shù)寄存器403的內(nèi)容的乘積步增；第二內(nèi)部寄存器423以乘積y×c，即輸入寄存器401和第二系數(shù)寄存器405的內(nèi)容的乘積步增。同時(shí)，對(duì)應(yīng)于規(guī)則s←dc·s+ds·c修改第一內(nèi)部寄存器421，對(duì)應(yīng)于規(guī)則c←dc·c-ds·s修改第二內(nèi)部寄存器423。在該實(shí)例中，ds和dc表示包含以下值的常數(shù)：

ds＝sin(ω),(19a)

dc＝cos(ω),(19b)

其中ω＝2πσ。(19c)

減少計(jì)數(shù)器429，并且僅當(dāng)計(jì)數(shù)器429被清空時(shí)，將內(nèi)部寄存器421、423、431的內(nèi)容(即下列值)

作為u、v和β存儲(chǔ)在相應(yīng)的輸出寄存器407、409、413中。然后，也可以將u、v和β傳輸至輸出數(shù)據(jù)總線419。

隨后，可以通過設(shè)置重置信號(hào)422來重置處理器400。

圖5示出根據(jù)第三實(shí)施例的用于確定接收信號(hào)的相位的處理器500的示意圖。

除了具有兩個(gè)額外的內(nèi)部寄存器(第四內(nèi)部寄存器531和第五內(nèi)部寄存器533)之外，處理器500對(duì)應(yīng)于處理器400。因此，為了處理與之相關(guān)的額外任務(wù)，對(duì)計(jì)算單元511和指令單元515進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。

第四內(nèi)部寄存器531和第五內(nèi)部寄存器533可以用于存儲(chǔ)在確定乘積y×s和y×c時(shí)的中間結(jié)果。因此，第四內(nèi)部寄存器531可以確定值該值然后可被用來根據(jù)規(guī)則s←dc·s+ds·c或對(duì)第一內(nèi)部寄存器421進(jìn)行修改。

第五內(nèi)部寄存器533可以確定值該值然后可被用來根據(jù)規(guī)則c←dc·c-ds·s或對(duì)第二內(nèi)部寄存器423進(jìn)行修改。

處理器500可以以硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。處理器500可以形成芯片上的操作單元、或者可被實(shí)現(xiàn)為芯片。處理器500可以是數(shù)字信號(hào)處理器或微控制器。處理器500可被實(shí)現(xiàn)為fpga、集成電路、asic或這些組件的部分。處理器500可被實(shí)現(xiàn)在接收器中或?qū)崿F(xiàn)為接收器電路的部分，如圖1所示的接收器103。

根據(jù)圖3的描述的處理器300以及根據(jù)圖4和圖5的描述的處理器400、500適于實(shí)現(xiàn)圖2中所描述的方法200。

本發(fā)明的一方面還包括可以直接上傳到數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中并包括軟件代碼段的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，通過其可以在該產(chǎn)品運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上時(shí)執(zhí)行圖2中描述的方法200。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在適于計(jì)算機(jī)的介質(zhì)上，并且可以包括以下：機(jī)器可讀編程裝置，其引導(dǎo)計(jì)算機(jī)接收(201)接收信號(hào)的值的接收序列，所述值是以已知采樣頻率fs進(jìn)行采樣的，并且所述接收信號(hào)(y)表示對(duì)具有已知發(fā)送頻率fw的發(fā)送信號(hào)的反應(yīng)；針對(duì)接收序列的每個(gè)索引，提供(202)正弦序列和余弦序列，所述正弦序列包括取決于發(fā)送頻率fw和采樣頻率fs的已知角頻率ω的連續(xù)倍數(shù)的正弦值，以及所述余弦序列包括該已知角頻率的連續(xù)倍數(shù)的余弦值；以及基于接收序列與余弦序列的的標(biāo)量乘積確定(203)接收信號(hào)的相位實(shí)部，并基于接收序列與正弦序列的標(biāo)量乘積確定(203)接收信號(hào)的相位虛部。

計(jì)算機(jī)可以是pc，例如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的pc。計(jì)算機(jī)通?？杀粚?shí)現(xiàn)為芯片、asic、微處理器、信號(hào)處理器或被實(shí)現(xiàn)為處理器，且例如可被實(shí)現(xiàn)為如圖3至5所描述的處理器。

應(yīng)當(dāng)理解，除非另有明確指出，在此描述的不同示例性實(shí)施例的特征可以彼此組合。如說明書和附圖所示，示出彼此相連接的各個(gè)元件不必須彼此直接連接；可以在連接的元件之間提供中間元件。此外應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以以各個(gè)電路、部分集成電路或完全集成電路或編程手段實(shí)現(xiàn)。術(shù)語“如”和“例如”僅指示例性實(shí)施例，而不是最佳或理想的實(shí)施例。在此示出的和描述了一些實(shí)施例，然而對(duì)于技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的概念的情況下，代替示出的和描述的實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)可選的和/或類似的實(shí)施。

附圖標(biāo)記列表

100：用于測(cè)量脈管中的聲波的相位關(guān)系的系統(tǒng)100

101：發(fā)送器

102：脈管

103：接收器

104：超聲波

105：入口

107：出口

200：相位檢測(cè)方法200

201：第一方法步驟：接收

202：第二方法步驟：提供

203：第三方法步驟：確定

300：處理器，適于確定接收信號(hào)的相位

301：n元輸入寄存器

303：n元第一參數(shù)寄存器

305：n元第二參數(shù)寄存器

307：第一輸出寄存器

309：第二輸出寄存器

311：計(jì)算單元

313：第三輸出寄存器

315：指令單元

317：輸入數(shù)據(jù)總線

319：輸出數(shù)據(jù)總線

320：時(shí)鐘信號(hào)

322：重置信號(hào)

400：處理器，適于確定接收信號(hào)的相位

401：輸入寄存器

403：第一參數(shù)寄存器

405：第二參數(shù)寄存器

407：第一輸出寄存器

409：第二輸出寄存器

411：計(jì)算單元

413：第三輸出寄存器

415：指令單元

417：輸入數(shù)據(jù)總線

419：輸出數(shù)據(jù)總線

420：時(shí)鐘信號(hào)

422：重置信號(hào)

421：第一內(nèi)部寄存器

423：第二內(nèi)部寄存器

431：第三內(nèi)部寄存器

425：第三參數(shù)寄存器

427：第四參數(shù)寄存器

429：計(jì)數(shù)器

500：處理器，適于確定接收信號(hào)的相位

511：計(jì)算單元

515：指令單元

531：第四內(nèi)部寄存器

533：第五內(nèi)部寄存器