本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種傅里葉變換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理(digitalsignalprocessing，dsp)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，形成一門獨(dú)立的學(xué)科系。簡(jiǎn)單地說，數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、綜合、估值與識(shí)別等加工處理，借以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用的目的。
在工程領(lǐng)域，工程信號(hào)是由多種頻率信號(hào)疊加成的復(fù)雜成分。時(shí)域信號(hào)的分析都含有同等的信息量，而頻域分析某些關(guān)心的量會(huì)更加直觀，并且便于運(yùn)算和處理。傅里葉變換是把時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)最根本的工具。不管是數(shù)字信號(hào)處理還是模擬信號(hào)處理，都需要通過傅里葉變換把信號(hào)變換到頻域進(jìn)行處理。在自然界中存在的大多數(shù)信號(hào)都是模擬信號(hào)，而在數(shù)字信號(hào)處理過程中，處理對(duì)象是數(shù)字信號(hào)。因此，必然需要進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。通過傳統(tǒng)的數(shù)字處理技術(shù)(dsp)進(jìn)行傅里葉變換，其工作帶寬較窄，不能對(duì)超高速，超寬帶信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于此，有必要提供一種工作帶寬較寬的傅里葉變換系統(tǒng)。
一種傅里葉變換系統(tǒng)，包括：第一信號(hào)處理器，用于接收輸入信號(hào)，并將所述輸入信號(hào)的各頻率分量按頻率關(guān)系在時(shí)域上展開后輸出；以及模擬信號(hào)處理單元，與所述第一信號(hào)處理器的輸出端連接，以接收所述第一信號(hào)處理器輸出的展開信號(hào)并對(duì)所述展開信號(hào)進(jìn)行檢波和濾波處理以獲得第一傅里葉變換結(jié)果。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括數(shù)字信號(hào)處理單元；所述數(shù)字信號(hào)處理單元與所述第一信號(hào)處理器的輸出端連接，用于接收所述第一信號(hào)處理器輸出的展 開信號(hào)并將所述展開信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換至頻域信號(hào)以完成傅里葉變換，并輸出第二傅里葉變換結(jié)果。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括示波器；所述示波器分別與所述模擬信號(hào)處理單元、所述數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端連接，以接收所述第一傅里葉變換結(jié)果和所述第二傅里葉變換結(jié)果并顯示。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括調(diào)制器；所述調(diào)制器的輸出端與所述第一信號(hào)處理器的輸入端連接；所述調(diào)制器用于利用中心頻率為目標(biāo)中心頻率的混頻信號(hào)對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以使得所述輸入信號(hào)被變頻到中心頻率為目標(biāo)中心頻率的帶通范圍。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述目標(biāo)中心頻率與所述第一信號(hào)處理器的中心頻率相同，均為微波頻段。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一信號(hào)處理器為色散群時(shí)延器件且所述色散群時(shí)延器件的群時(shí)延與頻率之間關(guān)系為線性關(guān)系。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述色散群時(shí)延器件為全通結(jié)構(gòu)。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述模擬信號(hào)處理單元包括相互串聯(lián)的二極管和低通濾波器；所述二極管用于對(duì)展開信號(hào)進(jìn)行檢波以獲取展開信號(hào)的包絡(luò)信息；所述低通濾波器用于對(duì)展開信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
一種傅里葉變換系統(tǒng)，包括：第一信號(hào)處理器，用于接收輸入信號(hào)，并將所述輸入信號(hào)的各頻率分量按頻率關(guān)系在時(shí)域上展開后輸出；以及數(shù)字信號(hào)處理單元，與所述第一信號(hào)處理器的輸出端連接，用于接收所述第一信號(hào)處理器輸出的展開信號(hào)并將所述展開信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換至頻域信號(hào)以完成傅里葉變換，并輸出傅里葉變換結(jié)果。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一信號(hào)處理器為色散群時(shí)延器件且所述色散群時(shí)延器件的群時(shí)延與頻率之間關(guān)系為線性關(guān)系。
上述傅里葉變換系統(tǒng)，通過第一信號(hào)處理器將輸入信號(hào)的各頻率分量展開在時(shí)域上，從而將輸入信號(hào)變換為窄帶信號(hào)，使得模擬信號(hào)處理單元或者數(shù)字信號(hào)處理單元可以對(duì)該窄帶信號(hào)進(jìn)行處理以完成傅里葉變換。上述傅里葉變換系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理工作帶寬窄的缺點(diǎn)。
附圖說明
圖1為一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為另一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖3為又一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖4為圖3中的輸入信號(hào)的示意圖；
圖5為圖3中經(jīng)過色散群時(shí)延器件進(jìn)行處理后得到的展開信號(hào)的示意圖；
圖6為圖3中第一傅里葉變換結(jié)果和第二傅里葉變換結(jié)果的示意圖；
圖7為再一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖1為一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。該傅里葉變換系統(tǒng)包括第一信號(hào)處理器110和模擬信號(hào)處理單元120。第一信號(hào)處理器110的輸出端與模擬信號(hào)處理單元120的輸入端連接。
第一信號(hào)處理器110用于接收信號(hào)，并將輸入信號(hào)的各頻率分量按頻率關(guān)系在時(shí)域上展開，形成展開信號(hào)。輸入信號(hào)可以為任意波形信號(hào)，既可以為模擬信號(hào)也可以為數(shù)字信號(hào)。第一信號(hào)處理器110形成的展開信號(hào)為窄帶信號(hào)，從而使得傅里葉變換系統(tǒng)可以對(duì)任意輸入信號(hào)如超高速、超寬帶信號(hào)等進(jìn)行處理，而不受工作帶寬的影響。第一信號(hào)處理器110具有色散群時(shí)延特性，且其群時(shí)延與頻率呈線性關(guān)系，從而方便模擬信號(hào)處理單元120對(duì)各頻率分量進(jìn)行處理。群時(shí)延是用來描述相位變化隨著頻率變化的快慢程度的量。在本實(shí)施例中，第一信號(hào)處理器110為色散群時(shí)延器件，其群時(shí)延和頻率呈正線性關(guān)系(即群時(shí)延響應(yīng)斜率為正)。因此，輸入信號(hào)中的各不同頻率分量中，低頻分量時(shí)延小，在輸出信號(hào)中出現(xiàn)的較早，高頻分量時(shí)延大，在輸出信號(hào)中出現(xiàn)的晚，從而可以將各頻率分量在時(shí)域上展開。色散群時(shí)延器件的群時(shí)延和頻率的線性斜率越大， 各頻率分量對(duì)應(yīng)的時(shí)延越大，從而確保各頻率分量能夠在時(shí)域上徹底分開，有利于提高模擬信號(hào)處理的變換精度。在其他的實(shí)施例中，第一信號(hào)處理器110也可以采用群時(shí)延響應(yīng)斜率為負(fù)線性斜率的色散群時(shí)延器件或者僅在其工作頻段范圍內(nèi)為線性關(guān)系，只要能夠?qū)⑤斎胄盘?hào)中的各頻率分量在時(shí)域上展開形成展開信號(hào)即可。同時(shí)，通過第一信號(hào)處理器110將輸入信號(hào)在時(shí)域上展開后形成的展開信號(hào)的信號(hào)帶寬變窄，從而使得后續(xù)信號(hào)處理過程較為簡(jiǎn)單。
第一信號(hào)處理器110處理得到的展開信號(hào)送入到模擬信號(hào)處理單元120中進(jìn)行處理。模擬信號(hào)處理單元120用于對(duì)展開信號(hào)進(jìn)行檢波和濾波處理以完成傅里葉變換，得到第一傅里葉變換結(jié)果。第一傅里葉變換結(jié)果是通過模擬信號(hào)處理技術(shù)得到的，處理速度較快，從而可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傅里葉變換。
上述傅里葉變換系統(tǒng)，通過第一信號(hào)處理器110將輸入信號(hào)的各頻率分量展開在時(shí)域上，從而將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為窄帶信號(hào)，使得模擬信號(hào)處理單元120可以對(duì)該窄帶信號(hào)進(jìn)行處理以完成傅里葉變換過程。上述傅里葉變換系統(tǒng)，通過第一信號(hào)處理器110的作用，可以對(duì)任意的波形信號(hào)進(jìn)行處理，克服了傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理工作帶寬窄的缺點(diǎn)，并且利用模擬信號(hào)處理技術(shù)提高了信號(hào)處理的速度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傅里葉變換(rtft)。
圖2為另一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。該傅里葉變換系統(tǒng)包括第一信號(hào)處理器210、模擬信號(hào)處理單元220和數(shù)字信號(hào)處理單元230。其中，第一信號(hào)處理器210的輸出端分別與模擬信號(hào)處理單元220、數(shù)字信號(hào)處理單元230的輸入端連接。在前述實(shí)施例中已經(jīng)介紹的部分此處不贅述。
數(shù)字信號(hào)處理單元230通過數(shù)字處理技術(shù)對(duì)展開信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，并得到第二傅里葉變換結(jié)果。數(shù)字信號(hào)處理單元230采用傳統(tǒng)的快速傅里葉變換方法進(jìn)行處理，以將輸入信號(hào)從時(shí)域變換到頻域。通過數(shù)字信號(hào)處理單元230處理得到的第二傅里葉變換結(jié)果相對(duì)于模擬信號(hào)處理單元220處理得到的第一傅里葉變換結(jié)果而言較慢，但是精準(zhǔn)度較高。因此，將模擬信號(hào)處理單元220處理得到的第一傅里葉變換結(jié)果與通過數(shù)字信號(hào)處理單元230處理得到第二傅里葉變換結(jié)果作為對(duì)比，能夠確保傅里葉變換結(jié)果的準(zhǔn)確性。并且，本實(shí)施例中，通過第一信號(hào)處理器210的處理，可以將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為窄帶信號(hào)，從而可以克服傳 統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理過程中帶寬較窄的缺點(diǎn)，且利用簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)處理單元230即可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換至頻域，完成傅里葉變換。
上述傅里葉變換系統(tǒng)，通過第一信號(hào)處理器210將輸入信號(hào)的各頻率分量展開在時(shí)域上，從而將輸入信號(hào)變換為窄帶信號(hào)，使得模擬信號(hào)處理單元220和數(shù)字信號(hào)處理單元230可以對(duì)該窄帶信號(hào)進(jìn)行處理以完成傅里葉變換過程。上述傅里葉變換系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理工作帶寬窄的缺點(diǎn)。并且，用模擬信號(hào)處理技術(shù)提高了信號(hào)處理的速度，并進(jìn)一步克服了數(shù)字信號(hào)處理工作帶寬窄的缺點(diǎn)，采用數(shù)字信號(hào)處理則提高了變換精度。
圖3為另一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。參見圖3，該傅里葉變換系統(tǒng)包括調(diào)制器310、色散群時(shí)延器件320、模擬信號(hào)處理單元330以及數(shù)字信號(hào)處理單元340。
調(diào)制器310的輸出端與色散群時(shí)延器件320的輸入端連接。調(diào)制器310用于對(duì)輸入信號(hào)ψin(t)進(jìn)行調(diào)制。在本實(shí)施例中，輸入信號(hào)ψin(t)以矩形波為例進(jìn)行說明，如圖4所示。調(diào)制器310利用中心頻率為目標(biāo)中心頻率ωo的混頻信號(hào)
經(jīng)過調(diào)制器310調(diào)制后的信號(hào)
得到的時(shí)域頻率展開信號(hào)ψh(t)被分成兩條路徑，其一送入至模擬信號(hào)處理單元330，另一則送入至數(shù)字信號(hào)處理單元340。在本實(shí)施例中，模擬信號(hào)處理單元330包括二極管d1和低通濾波器332。二極管d1與低通濾波器332相互串聯(lián)。 二極管d1用于對(duì)輸入的展開信號(hào)ψh(t)進(jìn)行檢波，以獲取展開信號(hào)ψh(t)的包絡(luò)信息。低通濾波器332則用于對(duì)展開信號(hào)ψh(t)進(jìn)行濾波，以去除展開信號(hào)ψh(t)中的雜波。即，展開信號(hào)ψh(t)經(jīng)過二極管d1和低通濾波器332的檢波和濾波作用后得到第一傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut1(t)。通過模擬信號(hào)處理單元330來實(shí)現(xiàn)傅里葉變化時(shí)速度較快，屬于實(shí)時(shí)的傅里葉變換(rtft)。第一傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut1(t)得到的速度較快，但是不夠準(zhǔn)確。在本實(shí)施例中，傅里葉變換系統(tǒng)還包括示波器(圖中未示)。示波器用于顯示第一傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut1(t)，即顯示獲取到的展開信號(hào)ψh(t)的包絡(luò)形狀。送入數(shù)字信號(hào)處理單元340的展開信號(hào)ψh(t)在數(shù)字信號(hào)處理單元340中進(jìn)行傅里葉變換得到第二傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut2(f)。數(shù)字處理單元340可以通過軟件實(shí)現(xiàn)，在通用的計(jì)算機(jī)上通過matlab等軟件來實(shí)現(xiàn)。通過軟件來實(shí)現(xiàn)的傅里葉變換需要一定的時(shí)間，并非實(shí)時(shí)變換，其通過傳統(tǒng)的快速傅里葉變換(fft)技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。第二傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut2(f)是數(shù)字處理的結(jié)果，相對(duì)于第一傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut1(t)而言處理的慢一些，但是結(jié)果精確。示波器會(huì)對(duì)第二傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut2(f)與第一傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut1(t)進(jìn)行疊加顯示，從而使得得到的兩個(gè)結(jié)果可以直觀的進(jìn)行對(duì)比，以獲得較為準(zhǔn)確的傅里葉變換結(jié)果，如圖6所示。圖6中，底部橫坐標(biāo)表示時(shí)間，頂部橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示幅值。圖6中，實(shí)線表示第一傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut1(t)，虛線表示第二傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut2(f)?？梢钥闯?，第一傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut1(t)和第二傅里葉變換結(jié)果ψo(hù)ut2(f)是一致的，只是在某些點(diǎn)有微小的偏差。這是和色散群時(shí)延器件320的性能相關(guān)。色散群時(shí)延器件320的群時(shí)延響應(yīng)的線性斜率越大，就能得到較好的實(shí)時(shí)傅里葉變換效果。
上述傅里葉變換系統(tǒng)，采用模擬信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傅里葉變換，同時(shí)又采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。用模擬信號(hào)處理技術(shù)提高了信號(hào)處理的速度，同時(shí)采用第一信號(hào)處理器310將輸入信號(hào)變換為窄帶信號(hào)，克服了數(shù)字處理技術(shù)工作帶寬窄的缺點(diǎn)，從而可以對(duì)超高速，超寬帶信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，也即是ψin(t)可以是帶寬很寬的信號(hào)。上述傅里葉變換系統(tǒng)不需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，因?yàn)棣議(t)是一個(gè)窄帶信號(hào)，在實(shí)際中很容易對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理。
圖7為另一實(shí)施例中的傅里葉變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該傅里葉變換系統(tǒng)包 括第一信號(hào)處理器710和數(shù)字信號(hào)處理單元720。
第一信號(hào)處理器710用于接收輸入信號(hào)，并將輸入信號(hào)的各頻率分量按頻率關(guān)系在時(shí)域上展開后輸出。數(shù)字信號(hào)處理單元720與第一信號(hào)處理器710的輸出端連接，用于接收第一信號(hào)處理器710輸出的展開信號(hào)并將展開信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換至頻域信號(hào)以完成傅里葉變換后輸出傅里葉變換結(jié)果。第一信號(hào)處理器710和數(shù)字信號(hào)處理單元720的功能在前述實(shí)施例中已詳細(xì)說明，此處不贅述。
上述傅里葉變換系統(tǒng)，通過第一信號(hào)處理器710將輸入信號(hào)的各頻率分量展開在時(shí)域上，從而將輸入信號(hào)變換為窄帶信號(hào)，使得數(shù)字信號(hào)處理單元720可以對(duì)該窄帶信號(hào)進(jìn)行處理以完成傅里葉變換過程，從而克服了傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理工作帶寬窄的缺點(diǎn)。并且，上述傅里葉變換系統(tǒng)通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來進(jìn)行傅里葉變換，具有較高的變換精度，可以實(shí)現(xiàn)快速傅里葉變換。
以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。