一種基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于脈沖波形ADC采樣后的波形前沿檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于直 線擬合的脈沖波形前沿檢測的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 波形前沿檢測主要是用來計(jì)算波形前沿時(shí)刻。通過改進(jìn)現(xiàn)有的波形前沿檢測技 術(shù)，可W提高回波測距的精度。
[0003] 現(xiàn)有的脈沖波形ADC(Analog-t〇-digital conve;rte;r的簡稱，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)采 樣后波形前沿檢測，通常為基于固定口限的處理方法。脈沖波形經(jīng)過放大整形處理后，與固 定口限值比較，從而確定波形前沿位置。此種方法有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是僅適用于脈沖幅度變化 較緩慢的應(yīng)用場景而不適用于脈沖幅度變化大而且很快的應(yīng)用場景;二是在放大整形處理 過程中引入其他干擾，波形前沿檢測的精度較低。W上兩方面因素，導(dǎo)致基于固定口限的波 形前沿檢測方法無法適用于脈沖幅度快速變化且對檢測精度要求高的應(yīng)用。
[0004] FPGA(Field -Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程口陣列，它是在PAL、 GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中 的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件口電路 數(shù)有限的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高精度、計(jì)算量小、計(jì)算速 度快、便于實(shí)施的基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測方法和系統(tǒng)。
[0006] 為達(dá)到W上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于直線擬合的脈沖波形前沿 檢測的方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟一，一個(gè)模擬脈沖信號(hào)經(jīng)過采樣量化后變?yōu)橐唤M數(shù)字信號(hào)序列；
[000引步驟二，假設(shè)脈沖波形包括η個(gè)采樣點(diǎn)，則Wm為窗口大小對數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行逐 點(diǎn)滑動(dòng)窗口運(yùn)算處理，在每點(diǎn)上對窗口內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合運(yùn)算，求出擬合直線的斜率，3 < m<n；
[0009] 步驟Ξ，逐點(diǎn)比較各采樣點(diǎn)所得到的斜率，斜率最大的那一組標(biāo)記為波形的前沿 的數(shù)據(jù)，并使用波形最高點(diǎn)的一半作為口限，擬合的直線與口限的交點(diǎn)所對應(yīng)的位置為波 形的前沿時(shí)刻。
[0010] 進(jìn)一步，所述的步驟二包括W下步驟：
[0011] 1)對窗口內(nèi)m個(gè)波形采樣點(diǎn)進(jìn)行求平均運(yùn)算，對η個(gè)采樣點(diǎn)取最大值；
[0012] 2)對得到的窗口內(nèi)波形采樣點(diǎn)最大值進(jìn)行算數(shù)右移一位運(yùn)算，相當(dāng)于除W2,然后 延遲，等待平均值^計(jì)算結(jié)果；
[0013] 3)對波形采樣點(diǎn)進(jìn)行延遲處理，等待平均值；計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行LXY計(jì)算。
[0014] 進(jìn)一步，所述的步驟Ξ包括W下步驟：
[001引 4)連續(xù)捜索LxY的最大值Lxy_max;
[0016] 5)計(jì)算y,。。、。-j，然后延遲計(jì)算結(jié)果，等待LxY最大值結(jié)果；
[0017] 6)將步驟5)的結(jié)果乘WLxx;
[0018] 7)將步驟6)的計(jì)算結(jié)果除WLxy_mx，整個(gè)過程中只有運(yùn)一個(gè)除法運(yùn)算；
[0019] 8)將步驟7)的計(jì)算結(jié)果加上之，得到波形前沿時(shí)刻tR。
[0020] 進(jìn)一步，步驟1)中，計(jì)算窗口內(nèi)采樣點(diǎn)的平均值j的方法是采樣點(diǎn)樣
[0021] 值乘W對應(yīng)的系數(shù)，然后采用逐級(jí)并項(xiàng)相加，直到得到結(jié)果。
[0022] 進(jìn)一步，步驟3)中，計(jì)算窗口內(nèi)采樣點(diǎn)的LxY的的方法是采樣點(diǎn)樣值乘W對應(yīng)的系 數(shù)，然后采用逐級(jí)并項(xiàng)相加，直到得到結(jié)果。
[0023] 進(jìn)一步，步驟4)中，捜索LxY最大值的方法包括W下步驟：
[0024] (1)啟動(dòng)時(shí)，將第一個(gè)計(jì)算結(jié)果賦給最大值；
[0025] (2)新一個(gè)計(jì)算結(jié)果來時(shí)，與當(dāng)前最大值進(jìn)行比較，如果大于或等于則到步驟(3)， 如果小于則到步驟(4);
[0026] (3)將新一個(gè)計(jì)算結(jié)果賦給最大值，然后到步驟(2);
[0027] (4)當(dāng)前最大值與口限值比較，如果小于或等于則到步驟(2)，如果大于則到步驟 (5);
[002引（5)輸出最大值Lxy_max。
[0029] 本發(fā)明還提供了一種基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括W下 模塊
[0030] 轉(zhuǎn)換模塊，用于將一個(gè)模擬脈沖信號(hào)經(jīng)過采樣量化后變?yōu)橐唤M數(shù)字信號(hào)序列；
[0031 ]直線擬合運(yùn)算模塊，用于Wm為窗口大小對數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行逐點(diǎn)滑動(dòng)窗口運(yùn)算 處理，在每點(diǎn)上對窗口內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合運(yùn)算，求出擬合直線的斜率，η為脈沖波形采樣 點(diǎn)的數(shù)量，3 <m<n-l;
[0032] 波形的前沿時(shí)刻計(jì)算模塊，用于逐點(diǎn)比較各采樣點(diǎn)所得到的斜率，斜率最大的那 一組標(biāo)記為波形的前沿的數(shù)據(jù)，并使用波形最高點(diǎn)的一半作為口限，擬合的直線與口限的 交點(diǎn)所對應(yīng)的位置為波形的前沿時(shí)刻。
[0033] 進(jìn)一步，所述的直線擬合運(yùn)算模塊包括W下單元：
[0034] 最大值處理單元，用于對窗口內(nèi)m個(gè)波形采樣點(diǎn)進(jìn)行η個(gè)采樣點(diǎn)取最大值，得到待 檢測波形的義樣最大值為ymax;
[0035] 平均值計(jì)算單元，用于對窗口內(nèi)m個(gè)波形采樣點(diǎn)進(jìn)行求平均運(yùn)算，得到平均值;is
[0036] LxY計(jì)算單元，用于計(jì)算LxY;
[0037]
[0038] 其中，X功采樣點(diǎn)標(biāo)號(hào)，y功XI點(diǎn)的波形采樣值
[0039]
[0040]
[0041] 進(jìn)一步，所述的波形的前沿時(shí)刻計(jì)算模塊包括W下單元：
[0042] 最大值捜索單元，用于連續(xù)捜索LxY的最大值，得到Lxy_max;
[0043] 波形前沿時(shí)刻計(jì)算單元，用于計(jì)算波形前沿時(shí)刻tR;
[0047]進(jìn)一步，平均值計(jì)算單元計(jì)算窗口內(nèi)采樣點(diǎn)的平均值;^的方法是采樣點(diǎn)樣值乘W 對應(yīng)的系數(shù)，然后采用逐級(jí)并項(xiàng)相加，直到得到結(jié)果；
[004引 LxY計(jì)算單元計(jì)算窗口內(nèi)采樣點(diǎn)的LxY的的方法是采樣點(diǎn)樣值乘W對應(yīng)的系數(shù)，然 后采用逐級(jí)并項(xiàng)相加，直到得到結(jié)果。
[0049] 本發(fā)明的效果在于:本發(fā)明提供了一種高精度、計(jì)算量小、計(jì)算速度快、便于實(shí)施 的基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測方法和系統(tǒng)。采用本發(fā)明所述的方法，簡化了前沿檢 測中的數(shù)據(jù)計(jì)步驟和除法運(yùn)算量，減小了計(jì)算量和計(jì)算延遲，因而減小了 FGPA實(shí)現(xiàn)過程中 的資源開銷，從而有可能減小實(shí)現(xiàn)此方法的硬件成本。
【附圖說明】
[0050] 圖1是本發(fā)明所述的一種基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測方法的流程圖；
[0051] 圖2是本發(fā)明所述的一種基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測方法的一種具體實(shí)施 方式的流程圖；
[0052] 圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中計(jì)算窗口內(nèi)采樣點(diǎn)的均值的原理圖；
[0053] 圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中計(jì)算窗口內(nèi)采樣點(diǎn)的LxY的原理圖；
[0054] 圖5本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中捜索LxY最大值的流程圖；
[0055] 圖6是本發(fā)明所述的一種基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0057] 本發(fā)明使用FPGA進(jìn)行對脈沖波形進(jìn)行前沿檢測，首先推導(dǎo)出一套適合FPGA實(shí)施的 算法，然后采用流水線結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。
[005引如圖1所示，一種基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測的方法，包括W下步驟：
[0059] 步驟S1，一個(gè)模擬脈沖信號(hào)經(jīng)過采樣量化后變?yōu)橐唤M數(shù)字信號(hào)序列；
[0060] 步驟S2，假設(shè)脈沖波形包括η個(gè)采樣點(diǎn)，則Wm為窗口大小對數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行逐 點(diǎn)滑動(dòng)窗口運(yùn)算處理，在每點(diǎn)上對窗口內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合運(yùn)算，求出擬合直線的斜率，3 < m<打；
[0061] 步驟S3,逐點(diǎn)比較各點(diǎn)所得到的斜率，斜率最大的那一組標(biāo)記為波形的前沿的數(shù) 據(jù)，并使用波形最高點(diǎn)的一半作為口限，擬合的直線與口限的交點(diǎn)所對應(yīng)的位置為波形的 前沿時(shí)刻。
[0062]本實(shí)施例中，設(shè)所擬合直線為
[0072] 其中，XI為采樣點(diǎn)標(biāo)號(hào)，為簡化計(jì)算取xi = i，因?yàn)椴煌翱陂g，XI的取值相差一個(gè) 可知的整數(shù)。yi為xi點(diǎn)的波形采樣值，LxY為一中間變量。
[0073] 于是，.X和Lxx為一個(gè)與窗口大小m有關(guān)的常數(shù)。
[0074]
8)
[0075] 因此，由3)式可知，對于確定窗口大小進(jìn)行直線擬合計(jì)算時(shí)，其斜率b的計(jì)算等同 于LxY的計(jì)算，求b的最大值等同于LxY的最大值。
[0076] 設(shè)待檢測波形的Lχγ的最大值為Lχγ^m，待檢測波形的采樣最大值為y"ax，則波形前 沿時(shí)刻tR為
[0077] ymax/2 = btR+a 9)
[0078] 將2)、3)式帶入9)式，整理得
[0079]
10)
[0080] 從上面的推導(dǎo)過程來看，主要的計(jì)算工作為計(jì)算窗口內(nèi)采樣點(diǎn)的均值?和LxY的計(jì) 算，W及在得到LxY^后，對波形前沿時(shí)刻tR的計(jì)算。
[0081] 如圖2所示，一種基于直線擬合的脈沖波形前沿檢測的方法的一種【具體實(shí)施方式】， 包括W下步驟：
[0082] 1)對窗口內(nèi)m個(gè)波形采樣點(diǎn)進(jìn)行求平均運(yùn)算，對η個(gè)采樣點(diǎn)取最大值；
[0083] 2)對得到的