專利名稱：數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波電路，特別涉及一種具有頻率自補(bǔ)償功能的數(shù)字濾 波電路。
背景技術(shù)：
目前超聲波主要用于對一些橋梁、人體、礦產(chǎn)、石油等進(jìn)行探測，以用
于人體病理分析或其它被測物體隱藏的缺陷的判斷。如圖1和圖2所示，是 目前行業(yè)內(nèi)普通數(shù)字濾波設(shè)備的原理框圖。該數(shù)字濾波設(shè)備電路包括信號采 集電路、數(shù)字濾波器以及數(shù)字信號處理電路，所述信號采集電路、數(shù)字濾波 器以及數(shù)字信號處理電路順次連接。用 一超聲波發(fā)射電路對被測物體發(fā)送超 聲波，超聲波經(jīng)被測物體吸收、衰減部分超聲波信號后反射回來，經(jīng)信號采 集電路采樣后，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn)行量化，再由數(shù)字濾波器濾 波后，由數(shù)字信號處理電路做進(jìn)一步處理。其處理結(jié)果用于被測物體病理或 缺陷的判斷。
超聲波在被測物體傳輸過程中會發(fā)生衰減，甚至?xí)恢車脑肼暤纫恍?干擾源淹沒，而普通的數(shù)字濾波設(shè)備無法進(jìn)行相應(yīng)的頻率補(bǔ)償，導(dǎo)致接收到 反射回來的信號不能傳達(dá)實際的信息，甚至分辨不出來。
雖然目前有采用時間增益技術(shù)(Time-Gain Compensation, TGC)對超聲 波在4罙測中因距離衰減作出補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，但該技術(shù)對不同頻率衰減卻無能為 力，導(dǎo)致回波信號中高頻有效成分很少，造成分辨率下降(超聲分辨率與其 頻率成正比)，用圖像顯示出來的時候圖像邊緣模糊，不能準(zhǔn)確的反應(yīng)出被 探測事物的具體情況，從而經(jīng)常造成病理的誤判，橋梁、鐵路平整的誤判。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路，可 以使信號衰耗部分能得到補(bǔ)償，使得整個系統(tǒng)在空間域內(nèi)保持不變的頻率特性，反射回來的信號能正常的傳達(dá)實際的信息。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 一種數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路，包括信號采集電 路、數(shù)字濾波器以及數(shù)字信號處理電路，所述信號采集電路、數(shù)字濾波器以 及數(shù)字信號處理電路順次連接，其中，所述數(shù)字濾波器為頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾 波器，該頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器包括時域分析模塊、動態(tài)濾波模塊及頻率補(bǔ) 償模塊，所述信號采集電路、時域分析模塊、動態(tài)濾波模塊、頻率補(bǔ)償模塊 及數(shù)字信號處理電路順次連接，其中，所述時域分析模塊用于對輸入的數(shù) 字信號在時域上進(jìn)行分析看是否信號發(fā)生了衰減；動態(tài)濾波模塊用于對不 同深度、物體選擇不同的通帶范圍，對信號進(jìn)行動態(tài)濾波；頻率補(bǔ)償模塊 用于對不同的頻率損耗給以不同的補(bǔ)償。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點采用頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器，內(nèi)設(shè)有時域分析模 塊、動態(tài)濾波模塊、頻率補(bǔ)償模塊，通過這些模塊實現(xiàn)頻率自補(bǔ)償功能，使 超聲波在被測的物體傳輸過程中發(fā)生衰減的頻率得到補(bǔ)償，使整個系統(tǒng)在空 間域內(nèi)保持不變的頻率特性，反射回來的信號能準(zhǔn)確的傳達(dá)實際的信息，避 免信號在傳輸過程中發(fā)生衰減導(dǎo)致信息的誤傳，病理的誤判，這樣大大提高 了系統(tǒng)的可靠性。


下面參照附圖結(jié)合實例對本發(fā)明作進(jìn)一 步的說明。 圖l是現(xiàn)有的普通數(shù)字濾波設(shè)備電路的連接框圖。 圖2是現(xiàn)有的普通數(shù)字濾波設(shè)備的原理框圖。 圖3是本發(fā)明數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路的連接框圖。 圖4是本發(fā)明數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路的原理框圖。 圖5是本發(fā)明中時域分析模塊運算單元示意圖。
具體實施方式
請參閱圖3所示，本發(fā)明是的數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路l，包括信號采集 電路ll、頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器12以及數(shù)字信號處理電路13，所述信號釆集 電路ll將外部的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，包含了信號的采樣保持電路，抗 混疊濾波器、A/D轉(zhuǎn)換，信號量化等。其中，所述頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器l2包括時域分析模塊121、動態(tài)濾波模塊122及頻率補(bǔ)償模塊123，所述信號采 集電路ll、時域分析模塊121、動態(tài)濾波模塊122、頻率補(bǔ)償模塊123及數(shù)字 信號處理電路13順次連接。
圖4，這是本系統(tǒng)的原理架構(gòu)。系統(tǒng)通過一超聲波發(fā)射電路2對被測物 體發(fā)送超聲波，經(jīng)被測物體吸收、衰減部分超聲波信號后反射回來，經(jīng)信號 采集電路ll采樣后，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn)行量化，再由頻率自 補(bǔ)償數(shù)字濾波器12中的時域分析模塊121對進(jìn)來的數(shù)字信號在時域上進(jìn)行 分析判斷是否信號發(fā)生了衰減；再由動態(tài)濾波模塊122對不同深度、物體選 擇不同的通帶范圍，對信號進(jìn)行動態(tài)濾波；若有衰減，則由頻率補(bǔ)償模塊 123對不同的頻率損耗給以不同的補(bǔ)償；最后由數(shù)字信號處理電路13做進(jìn) 一步后期處理。其處理結(jié)果用于被測物體病理或缺陷的判斷。若時域分析模 塊121分析信號未發(fā)生衰減，無需由頻率補(bǔ)償沖莫塊123^t文頻率補(bǔ)償，直接由 數(shù)字信號處理電路13做進(jìn)一步處理即可。
如圖5所示，是本發(fā)明中時域分析模塊運121算單元示意圖。當(dāng)超聲波 發(fā)射單元發(fā)送一次超聲波時，超聲波發(fā)射單元同時記錄此時的功率，超聲波 接收單元在接收到反射的超聲波后，首先對信號進(jìn)行一些預(yù)處理，去除夾雜 在信號中的電路噪聲與空間干擾噪聲等。這類噪聲一般服從高斯分布，屬于 加性白噪聲，因此將信號經(jīng)過一個相關(guān)器就可以將這類噪聲較好地抑制。接 著計算信號功率。由于在頻域上直接計算功率需消耗大量的資源，因此將其 轉(zhuǎn)到時域計算出此時的功率，時域下的信號功率與信號的幅度平方成正比， 在實際系統(tǒng)中信號功率的系數(shù)通常不予考慮，可實測獲得。因此上述的一系
列運算過程可用公式綜合為y(n)=|] |>("-ml);c("-m2》(附l,附2),其中，
K為濾波階數(shù)，y(n)為濾波器在n時刻的輸出，x為輸入，q為運算核，ml、 m2為偏移量。時域分析模塊121隨后將估值后的信號功率與之前的發(fā)射功 率二者進(jìn)行相互比對，即可知道信號是否發(fā)生了衰減以及發(fā)生的衰減量。 在動態(tài)濾波器模塊122內(nèi)部有多組不同通帶的布萊克曼濾波器。由于超
征有所變化，這在信號的頻域上表現(xiàn)為在特定的頻段上信號的頻率與相位產(chǎn)生了改變，這種信號的畸變反映了被測對象的特征，相當(dāng)于反映被測對象特 征的信號調(diào)制在了此信號上面，是系統(tǒng)傳輸中真正的"有效，，信號，此信號 的分布范圍隨不同的被測對象的介質(zhì)、密度、深度以及周圍環(huán)境的不同，在 頻譜上的分布范圍非常之廣，但是按能量的觀點考查，此信號的能量則集中 在有限的某個或某幾個頻段上，因此需要在頻譜上將此頻段選出而將其余頻 段的信號慮除以適應(yīng)處理機(jī)的處理帶寬?？墒孪雀鶕?jù)數(shù)個具體已知的被測對 象確定此信號的有效功率的分布范圍，由此指標(biāo)定出對應(yīng)的通帶濾波器的系 數(shù)。將實測計算荻得的濾波器的系數(shù)與時域分析模塊中對應(yīng)獲得的衰減量進(jìn)
行配對做成一張查找表A,同時將衰減系數(shù)做成另一張表B。系統(tǒng)實際運行 時可用由運算獲得的衰減量去查表由此獲得對應(yīng)的系數(shù)，再將此系數(shù)動態(tài)加 載入濾波器，系統(tǒng)即可按照預(yù)先設(shè)定的行為進(jìn)行工作。例如超聲波在厚度為 w的混泥土中的衰減系數(shù)為CD,動態(tài)濾波模塊122根據(jù)這些信息通過搜索查 找表A后將對應(yīng)衰減系數(shù)為CD的濾波器系數(shù)載入濾波器，由此輸出的即為 通帶為xMHZ的濾波后信號。
時域分析模塊121在判斷信號發(fā)生衰減后，由于在頻率補(bǔ)償模123中預(yù) 先已經(jīng)存儲有超聲波在不同深度、環(huán)境和介質(zhì)下的衰減系數(shù)表，因此頻率補(bǔ) 償模塊123通過查表即可明確需要補(bǔ)償?shù)念l率相位等信息。本發(fā)明采用求逆 系統(tǒng)的方法進(jìn)行補(bǔ)償。其設(shè)計原理可這樣描述假設(shè)原始的信號為x(n),在 經(jīng)過一系列介質(zhì)路徑后信號畸變?yōu)閤，(n)，現(xiàn)以系統(tǒng)的觀點考察這一過程， 可將信號經(jīng)過的這一系列路徑等效為一個系統(tǒng)a,系統(tǒng)的輸入激勵為x(n), 而響應(yīng)則為x，(n)。假設(shè)系統(tǒng)a的傳輸函數(shù)為h(n)，顯然上述過程實際上是x 序列與h序列的巻積x，(n)=x(n)*h(n)，其中*是巻積符號。由于實際信號 是離散的參量，因此可將信號變換為z域，上述過程可描述為X，=XH,其 中X，、 X、 H分別是對應(yīng)參量的z域映射?，F(xiàn)在需要將x，經(jīng)過另一個系統(tǒng)b 恢復(fù)為原始的x，假定該系統(tǒng)已經(jīng)求出，設(shè)傳輸函數(shù)為h，(n),則有 x=x，(n)*h，(n),做z域變換:X-X，H，，因此待求系統(tǒng)的傳輸函數(shù)H，=X/X，， 而已知X^XH，故有H二X，/X，因此待求系統(tǒng)H，-l/H，其中H，為系統(tǒng)b 傳輸函數(shù)，H為系統(tǒng)a的傳輸函數(shù)。我們將b稱為a的逆系統(tǒng)。由上述描述 可知，只要知道了系統(tǒng)a的傳輸特性，就可以通過計算求出a的逆系統(tǒng)b， 從而將畸變信號x，恢復(fù)為原始信號x。我們可以通過發(fā)送測試信號(訓(xùn)練序列)的方法直接求出a的傳輸函數(shù)H: w(n) =J>(m)W"-m) =u(n)*h(n),其
m=l
中u(n)為已知的訓(xùn)練序列，w(n)為其響應(yīng)，h(n)為待求系統(tǒng)沖激響應(yīng)，這是 個解巻積過程，在時域上計算比較繁瑣，等式兩邊取z變換W(n)=|jM(")z-n
g/K") z—n -U(n)H(n)，因此，H(n) = W(n)/U(n)， 其逆系統(tǒng)
H(n)，=l/H(n)=U(n)/W(n)= |>(") z-n / |>(") z-n 再取 z 逆變換
h(n)，-Z"[H(樸Z"[f"(")Z-n/f;—)Z-n:h(j" (f"(")Z-n/f;w(")Z-V-'dz ，其 中圍線積分《可以利用留數(shù)定理進(jìn)行求解。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路，包括信號采集電路、數(shù)字濾波器以及數(shù)字信號處理電路，所述信號采集電路、數(shù)字濾波器以及數(shù)字信號處理電路順次連接，其特征在于所述數(shù)字濾波器為頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器，該頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器包括用于對輸入的數(shù)字信號在時域上進(jìn)行分析看是否信號發(fā)生了衰減的一時域分析模塊；用于對不同深度、物體選擇不同的通帶范圍，對信號進(jìn)行動態(tài)濾波的一動態(tài)濾波模塊；及用于對不同的頻率損耗給以不同的補(bǔ)償一頻率補(bǔ)償模塊，所述信號采集電路、時域分析模塊、動態(tài)濾波模塊、頻率補(bǔ)償模塊及數(shù)字信號處理電路順次連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)字濾波頻率自補(bǔ)償電路，包括信號采集電路、數(shù)字濾波器以及數(shù)字信號處理電路，所述信號采集電路、數(shù)字濾波器以及數(shù)字信號處理電路順次連接，所述數(shù)字濾波器為頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器，該頻率自補(bǔ)償數(shù)字濾波器包括時域分析模塊、動態(tài)濾波模塊及頻率補(bǔ)償模塊，所述信號采集電路、時域分析模塊、動態(tài)濾波模塊、頻率補(bǔ)償模塊及數(shù)字信號處理電路順次連接。本發(fā)明使超聲波在被測的物體傳輸過程中發(fā)生衰減的頻率得到補(bǔ)償，使整個系統(tǒng)在空間域內(nèi)保持不變的頻率特性，反射回來的信號能準(zhǔn)確的傳達(dá)實際的信息，避免信號在傳輸過程中發(fā)生衰減導(dǎo)致信息的誤傳，病理的誤判，這樣大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號H03H17/02GK101577534SQ20091011129
公開日2009年11月11日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者林小泉 申請人:福建三元達(dá)通訊股份有限公司