[發明專利]調幅信號整周期或半周期同步測頻修正數字解調檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 201510917195.0
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN105628205B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 王智宏;季緒飛;劉杰;王婧茹
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01J3/433
• 分類號: G01J3/433;G01J3/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王立文

技術領域

本發明涉及一種用于幅度調制信號檢測系統的數字解調的頻率誤差補償修正技術，尤其是光柵掃描型光譜儀的信號檢測系統的數字解調方法。

背景技術

對于幅度調制檢測信號的解調，檢測系統通常采用鎖相放大電路實現：將檢測信號和參考信號(與被測信號同頻同相的方波信號)進行相敏檢波、低通濾波、放大后得到與調制信號同頻分量的幅值信號，從而有效地抑制噪聲和諧波。其電路包括檢測信號的帶通濾波和放大、參考信號的移相、相敏檢波、低通濾波等環節，而且每個環節的信號處理結果均依賴前一級環節輸出信號，輸出信號受各級電路影響，造成系統調試難度逐級加大，系統的穩定性、儀器的一致性很難保證。

現有的數字鎖相放大器，在電路中省去了移相、相敏檢波、低通濾波等環節，但依然存在一些問題。如：

CN102403969A公開了“一種數字鎖相放大器和數字鎖相控制方法”，采用設置采樣頻率為被測信號頻率的4整周期倍的方法，用加減法運算替代了正交解調中的乘法運算。此種方法需要乘方開方運算，要求被測信號頻率穩定且已知，同時要求采樣頻率為被測信號頻率的特定倍數。

CN102916665A公開了一種“雙相數字式鎖相放大器及其數字域同步鎖相算法”，實現自動跟蹤濾波、同步鎖相功能，可適應頻率變化的輸入信號，但要求作為參考信號的兩路相位差為90°的方波信號與檢測信號同頻，而且需要采集三路信號，并送入PC機，由PC機實現鎖相算法，不能滿足光譜掃描對實時采樣的要求。

吉林大學，劉志偉“便攜式近紅外光譜儀器數字解調采集系統研制”的論文中，提出利用CPLD分頻產生4N倍信號頻率的采樣控制信號進行采樣，并進行正交運算實現雙相數字鎖相放大。但需要檢測信號頻率已知且穩定，并與CPLD分頻產生的控制信號頻率成4N倍的關系，否則檢測誤差大。

103604500A公開了“光柵掃描型光譜儀的檢測系統及檢測方法”，檢測系統以DSP微控制器的數字化積分和平均濾波算法實現數字鎖相放大。它以鎖相環穩速電路保證采樣控制信號與檢測信號的倍頻關系，實現同步采樣，因此存在穩速誤差產生的信號和采樣頻率的波動，進而導致檢測信號測量數字量的噪聲較大。

北京航空大學劉立軍等人“A digital switching demodulator for electrical capacitance tomography”、“A digital demodulation method for electrical tomography based on sine wave rectification”和“A complex programmable logic device-based high-precision electrical capacitance tomography system”，

天津大學尹武良等人“The design of a digital magnetic induction tomography(MIT)system for metallic object imaging based on half cycle demodulation”和“電磁層析成像中基于半周期采樣的數字解調方法”中，均提出了基于數字開關解調和數字整形解調的周期信號解調方法，進一步簡化了數字解調算法。算法不需要參考信號，只進行加減法計算，需要采集一個周期或半個周期的信號即可完成幅值的解調，且在測量信號的任意時刻任意相位狀態均可開始，無需信號的相位判斷，檢測電路和算法簡單。但上述方法對于頻率不穩定的被測信號，由于沒有鎖相，無法保證其檢測時信號采集周期或半周期的完整，會產生較大的隨機性誤差。

201510621991.X公開了一種“簡化數字鎖相放大器的光柵掃描型光譜儀及檢測方法”，以整周期內信號采集數據的絕對值平均計算的方法對數字鎖相放大器進行了簡化，光譜儀檢測系統由微控制器單元和高速模數轉換器單元構成，微控制器單元控制高速模數轉換單元，電路和算法簡單，檢測速度快、精度高。但由于檢測信號本身存在頻率波動以及ADC采樣頻率的限制，會引起每個信號周期最后采樣點的取舍誤差，雖然取多個周期平均，但檢測信號的測量結果仍然存在隨機性誤差，并表現為檢測結果的噪聲。

由此可見，現有的數字鎖相放大器對于頻率不穩定的檢測信號，均存在檢測噪聲問題。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有數字鎖相放大器的不足，提供一種減小調幅信號解調檢測的噪聲的調幅信號整周期或半周期同步測頻修正數字解調檢測系統；