一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法

摘要

本发明公开了一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法，首先，在信号采集系统进行数据采集中，根据同步脉冲信号、需采集的信号，计算时钟间隔偏差△T；其次，根据时钟间隔偏差△T，设定信号采集系统采集的数据长度为M×N，M为任意大于1的整数，N为一个同步脉冲的时间间隔内的采样点数；对时钟不同步的信号进行预处理。通过本发明上述方法，能够解决系统时钟不同源时，使得采集到的数据通过一定的预处理实现与时钟同步时采集到的数据相同或相近的品质，能够按时钟同步采集到数据的相同方式进行后续处理，为后续的数据分析提供基础。

说明书

技术领域

本发明涉及信号数据采集与处理领域，具体涉及一种用于系统时钟不同 步信号的采集及处理方法。

背景技术

在雷达与通信领域，需要对产生或者接收到的模拟信号进行数据采集与 分析。但是在某些具体场合下，被采集系统无法提供系统时钟，或者被采集 系统提供的系统时钟不符合信号采集系统的要求，根据以往的经验，若采用 信号采集系统内部时钟，虽然能够采集到数据，但是采集到的数据是无法使 用和分析，主要原因在于信号采集系统和被采集系统的系统时钟是来自不同 的信号源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方 法，首先，在信号采集系统进行数据采集中，根据同步脉冲信号、需采集的 信号，计算时钟间隔偏差ΔT；其次，根据时钟间隔偏差ΔT，设定信号采集 系统采集的数据长度为M×N，M为任意大于1的整数，N为一个同步脉冲 的时间间隔内的采样点数；对时钟不同步的信号进行预处理。通过本发明上 述方法，能够解决系统时钟不同源时，使得采集到的数据通过一定的预处理 实现与时钟同步时采集到的数据相同或相近的品质，能够按时钟同步采集到 数据的相同方式进行后续处理，为后续的数据分析提供基础。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法，其特点是，用于信号 采集系统与被采集系统的系统时钟不同源的情况，该采集及处理方法包含：

S1，在所述信号采集系统进行数据采集中，根据同步脉冲信号、需采集 的信号，计算时钟间隔偏差ΔT；

S2，根据所述时钟间隔偏差ΔT，设定所述信号采集系统采集的数据长度 为M×N，M为任意大于1的整数，N为一个同步脉冲的时间间隔内的采样 点数；对时钟不同步的信号进行预处理。

优选地，所述步骤S1包含：

S1.1，设定信号采集系统的采样频率为f_s，则所述信号采集系统的采样 周期为T₁＝1/f_s；由于被采集系统的系统时钟周期与该信号采集系统的采样周 期相同，则所述被采集系统的同步脉冲的时间间隔为T_p＝NT₁；

S1.2，在实际采集数据中，所述信号采集系统寻找上升沿或下降沿所在 的位置进行数据采集；

S1.3，所述信号采集系统计算相邻上升沿或下降沿位置的数值差；

S1.4，所述信号采集系统对所述步骤S1.3获取的数值差进行统计，计算 出所述时钟间隔偏差ΔT。

优选地，当所述信号采集系统寻找采样周期T₁的上升沿所在位置进行数 据采集时，所述步骤S1.2包含：

S1.2.1A，当采样位置的采样数值小于所有采样数据中最大值的0.2-0.5， 并且下一个采样位置的采样数值大于所有采样数据中最大值的0.5-0.8时，当 前采样位置为上升沿采样位置的起始位置；

S1.2.2A，获取所有采样数据中的上升沿采样位置。

优选地，所述步骤S1.3包含：

S1.3.1A，所述信号采样系统计算相邻上升沿采样位置之间的时间差；

S1.3.2A，由于所述信号采样系统在寻找上升沿采样位置时会出现遗漏情 况，该信号采样系统对计算得到的相邻上升沿采样位置之间的时间差相对于 N求取余数后，得到新的数值差；

S1.3.3A，由于所述信号采集系统受所述时钟间隔偏差ΔT的影响，在经 过若干个同步脉冲T_p的时间间隔后，相邻上升沿采样位置的采样点数量变为 N+1或N-1，之后相邻上升沿采样位置的采样点数量变回为N，形成周期变 化，则经所述步骤S1.3.2A获取的数值差中，所述信号采集系统仅考虑数值 差为0，1或0，N-1，其余数值剔除。

优选地，当所述信号采集系统寻找采样周期T₁的下降沿所在位置进行数 据采集时，所述步骤S1.2包含：

S1.2.1B，当采样位置的采样数值大于所有采样数据中最大值的0.5-0.8， 并且下一个采样位置的采样数值小于所有采样数据中最大值的0.2-0.5时，当 前采样位置为下降沿采样位置的起始位置；

S1.2.2B，获取所有采样数据中的下降沿采样位置。

优选地，所述步骤S1.3包含：

S1.3.1B，所述信号采样系统计算相邻下降沿采样位置之间的时间差；

S1.3.2B，由于所述信号采样系统在寻找下降沿采样位置时会出现遗漏情 况，该信号采样系统对计算得到的相邻下降沿采样位置之间的时间差相对于 N求取余数后，得到新的数值差；

S1.3.3B，由于所述信号采集系统受所述时钟间隔偏差ΔT的影响，在经 过若干个同步脉冲T_p的时间间隔后，相邻下降沿采样位置的采样点数量变为 N+1或N-1，之后相邻下降沿采样位置的采样点数量变回为N，形成周期变 化，则经所述步骤S1.3.2B获取的数值差中，所述信号采集系统仅考虑数值 差为0，1或0，N-1，其余数值剔除。

优选地，所述步骤S1.4包含：

所述信号采集系统统计上述0，1或0，N-1的个数；设定0的个数为d₁， 设定1或N-1的个数为d₂；则：

K＝(d₁+d₂)/d₂；

ΔT＝T₁/K。

优选地，所述步骤S2中，采用批预处理方法实现对时钟不同步的信号 进行预处理；则所述步骤S2包含：

S2.1A，相邻上升沿或下降沿的采集点数首次从N点变化到N+1或从N 点变化到N-1时，所述信号采集系统计算经历的上升沿或下降沿的个数L， 则L≤K；

S2.2A，所述信号采集系统对数据长度为M×N的数据进行批预处理；

所述信号采集系统要求采集到的前L列数据保持不变，当相邻上升沿或 下降沿的采集点数变化为N+1时，跳转至步骤S2.3A；当相邻上升沿或下降 沿的采集点数变化为N-1时，跳转至步骤S2.4A；

S2.3A，所述信号采集系统将第L+1+nK列至第L+(n+1)K列数据整体向 上移动(n+1)行，第1～(n+1)行数据移动至第N-n～N行；

其中，n＝0,1…N-1，N，…；

当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作；结束；

S2.4A，所述信号采集系统将第L+1+nK列至第L+(n+1)K列数据整体向 下移动(n+1)行，第N-n～N行数据移动至第1～(n+1)行；

其中，n＝0,1…N-1，N，…；

当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作。

优选地，所述步骤S2中，采用插值预处理方法实现对时钟不同步的信 号进行预处理；则所述步骤S2包含：

S2.1B，所述信号采集系统对数据长度为M×N的数据的前K列数据保 持不变，当相邻上升沿或下降沿的采样点书变化为N+1时，跳转至步骤 S2.2B；当当相邻上升沿或下降沿的采样点书变化为N-1时，跳转至步骤 S2.3B；

S2.2B，所述信号采集系统将nK+1列至(n+1)K列数据整体向上移动n 行，第1～n行数据移动至第N-(n-1)行～第N行；

其中，n＝1…N-1，N，…；

当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作；跳转至步骤 S2.4B；

S2.3B，所述信号采集系统将nK+1列至(n+1)K列数据整体向下移动n 行，第N-(n-1)行～第N行数据移动至第1～n行；

其中，n＝1…N-1，N，…；

当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作；跳转至步骤 S2.4B；

S2.4B，所述信号采样系统以K列数据为一组，分别进行插值操作。

优选地，所述步骤S2.4B包含：

当相邻上升沿或下降沿的采样点数变化为N+1时，所述信号采样系统将 第1列数据保持不变，第k列的N个数据从实际序列[1,2,…,N]插值至 [1+(k-1)/K,2+(k-1)/K,…,N+(k-1)/K]；

其中，k＝2,3,…K；

当相邻上升沿或下降沿的采样点数变化为N-1时，所述信号采样系统将 第1列数据保持不变，第k列的N个数据从实际序列[1,2,…,N]插值至 [1-(k-1)/K,2-(k-1)/K,…,N-(k-1)/K]；其中，k＝2,3,…K。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法，首先， 在信号采集系统进行数据采集中，根据同步脉冲信号、需采集的信号，计算 时钟间隔偏差ΔT；其次，根据时钟间隔偏差ΔT，设定信号采集系统采集的 数据长度为M×N，M为任意大于1的整数，N为一个同步脉冲的时间间隔 内的采样点数；对时钟不同步的信号进行预处理。通过本发明上述方法，能 够解决系统时钟不同源时，使得采集到的数据通过一定的预处理实现与时钟 同步时采集到的数据相同或相近的品质，为后续的数据分析提供基础。

附图说明

图1为本发明一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法的整体流 程示意图。

图2为本发明一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法的实施例 示意图之一。

图3为本发明一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法的实施例 示意图之二。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一 步阐述。

时钟不同步是指信号采集系统与被采集系统所使用的系统时钟来自不同 的时钟源。两个系统时钟频率可以相同，也可以不同。本发明以两个系统时 钟频率相同为例来说明系统时钟不同步导致的采集到的数据变化。

如图2所示，为本发明时钟不同步时两个系统时钟的波形示意图，假设 信号采集系统的系统时钟为Clock1，时钟频率为f₁，时钟间隔为T₁(T₁＝1/f₁)， 被采集系统的系统时钟为Clock2，时钟频率为f₂，时钟间隔为T₂。虽然Clock1 和Clock2的时钟频率相同，但是由于来自两个不同的时钟源，因此Clock1 和Clock2的时钟间隔存在细微的偏差ΔT，ΔT＝T₁-T₂。累计偏差值是指经过P 个时钟间隔T₁后Clock1和Clock2的时钟间隔偏差累积到PΔT，在采集过程 中，若持续时间较短，累计偏差值不超过一个时钟间隔(T₁和T₂中的较小值)， 则不会影响采集数据的可用性，或者影响较小。而当累计偏差值大大超过一 个时钟间隔时，按常规处理方法已经无法使用采集的数据。

如图3所示，为本发明系统时钟与同步脉冲的关系示意图，同步脉冲是 通过对系统时钟的分频得到，因此系统时钟频率通常是同步脉冲频率的N倍， N为任意大于等于1的整数，本图中N＝4。

如图1所示，一种用于系统时钟不同步信号的采集及处理方法，用于信 号采集系统与被采集系统的系统时钟不同源的情况，该采集及处理方法包含：

S1，在信号采集系统进行数据采集中，根据同步脉冲信号、需采集的信 号，计算时钟间隔偏差ΔT。该步骤S1包含：

S1.1，设定信号采集系统的采样频率为f_s，则信号采集系统的采样周期 为T₁＝1/f_s；由于被采集系统的系统时钟周期与该信号采集系统的采样周期相 同，则被采集系统的同步脉冲的时间间隔为T_p＝NT₁；N为一个同步脉冲的时 间间隔内的采样点数。

S1.2，在实际采集数据中，信号采集系统寻找上升沿或下降沿所在的位 置进行数据采集。

S1.3，信号采集系统计算相邻上升沿或下降沿位置的数值差。

S1.4，信号采集系统对步骤S1.3获取的数值差进行统计，计算出时钟间 隔偏差ΔT。

实施例一：当信号采集系统寻找采样周期T₁的上升沿所在位置进行数据 采集时，步骤S1.2包含：

S1.2.1A，当采样位置的采样数值小于所有采样数据中最大值的0.2-0.5， 并且下一个采样位置的采样数值大于所有采样数据中最大值的0.5-0.8时，当 前采样位置为上升沿采样位置的起始位置。

本发明中，根据上升沿实际的陡峭程度来决定：当采样位置的采样数值 小于所有采样数据中最大值的具体数值，下一个采样位置的采样数值大于所 有采样数据中最大值的具体数值；从而判断上升沿采样位置的起始位置。

S1.2.2A，获取所有采样数据中的上升沿采样位置。

步骤S1.3包含：

S1.3.1A，信号采样系统计算相邻上升沿采样位置之间的时间差。

S1.3.2A，由于信号采样系统在寻找上升沿采样位置时会出现遗漏情况， 该信号采样系统对计算得到的相邻上升沿采样位置之间的时间差相对于N求 取余数后，得到新的数值差。

S1.3.3A，由于信号采集系统受时钟间隔偏差ΔT的影响，在经过若干个 同步脉冲T_p的时间间隔后，相邻上升沿采样位置的采样点数量变为N+1或 N-1，之后相邻上升沿采样位置的采样点数量变回为N，形成周期变化，则 经步骤S1.3.2A获取的数值差中，信号采集系统仅考虑数值差为0，1或0， N-1，其余数值剔除。

实施例二：当信号采集系统寻找采样周期T₁的下降沿所在位置进行数据 采集时，步骤S1.2包含：

S1.2.1B，当采样位置的采样数值大于所有采样数据中最大值的0.5-0.8， 并且下一个采样位置的采样数值小于所有采样数据中最大值的0.2-0.5时，当 前采样位置为下降沿采样位置的起始位置。

本发明中，根据上升沿实际的陡峭程度来决定：当采样位置的采样数值 小于所有采样数据中最大值的具体数值，下一个采样位置的采样数值大于所 有采样数据中最大值的具体数值；从而判断上升沿采样位置的起始位置。

S1.2.2B，获取所有采样数据中的下降沿采样位置。

步骤S1.3包含：

S1.3.1B，信号采样系统计算相邻下降沿采样位置之间的时间差。

S1.3.2B，由于信号采样系统在寻找下降沿采样位置时会出现遗漏情况， 该信号采样系统对计算得到的相邻下降沿采样位置之间的时间差相对于N求 取余数后，得到新的数值差。

S1.3.3B，由于信号采集系统受时钟间隔偏差ΔT的影响，在经过若干个 同步脉冲T_p的时间间隔后，相邻下降沿采样位置的采样点数量变为N+1或 N-1，之后相邻下降沿采样位置的采样点数量变回为N，形成周期变化，则 经步骤S1.3.2B获取的数值差中，信号采集系统仅考虑数值差为0，1或0， N-1，其余数值剔除。

根据实施例一、实施例二，步骤S1.4包含：

信号采集系统统计上述0，1或0，N-1的个数；设定0的个数为d₁，设 定1或N-1的个数为d₂；则：

K＝(d₁+d₂)/d₂；   ΔT＝T₁/K。

S2，根据时钟间隔偏差ΔT，设定信号采集系统采集的数据长度为M×N， M为任意大于1的整数，N为一个同步脉冲的时间间隔内的采样点数；对时 钟不同步的信号进行预处理。

本发明中，被采集系统的同步脉冲按N进行列重排，即将序号1至N的 同步脉冲置为第一列，将序号为N+1至2N的同步脉冲设置为第二列，…将 序号为(M-1)N+1至M·N的同步脉冲设置为第M列。若系统时钟的频率偏 差为0，则同步脉冲的高电平(高电平是指同步脉冲的上升沿到下降沿之间 的信号)在列重排之后的同一行。然而由于信号采集系统与被采集系统的系 统时钟存在一定的偏差，导致在长时间数据采集时，同步脉冲的高电平无法 对齐。

本发明中，对时钟不同步信号进行预处理的方法可以包含：(1)、批预处 理方法，(2)、插值预处理方法。上述两种方法均假设K为整数或近似整数。

实施例三--批预处理方法：

步骤S2中，采用批预处理方法实现对时钟不同步的信号进行预处理； 则步骤S2包含：

S2.1A，相邻上升沿或下降沿的采集点数首次从N点变化到N+1或从N 点变化到N-1时，信号采集系统计算经历的上升沿或下降沿的个数L，则L ≤K。

S2.2A，信号采集系统对数据长度为M×N的数据进行批预处理。

信号采集系统要求采集到的前L列数据保持不变，当相邻上升沿或下降 沿的采集点数变化为N+1时，跳转至步骤S2.3A；当相邻上升沿或下降沿的 采集点数变化为N-1时，跳转至步骤S2.4A。

S2.3A，信号采集系统将第L+1+nK列至第L+(n+1)K列数据整体向上移 动(n+1)行，第1～(n+1)行数据移动至第N-n～N行；其中，n＝0,1…N-1，N，…。

当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作；结束。

本实施例中，当相邻上升沿或下降沿的采集点数变化为N+1时，则L+1 至L+K列数据整体向上移动1行，第1行数据移动到第N行；L+K+1至L+2K 列数据整体向上移动2行，第1～2行数据移动到第N-1～N行；依次类推， L+nK+1至L+(n+1)K列数据整体向上移动(n+1)行，第1～(n+1)行数据移动到 第N-n～N行。

S2.4A，信号采集系统将第L+1+nK列至第L+(n+1)K列数据整体向下移 动(n+1)行，第N-n～N行数据移动至第1～(n+1)行；其中，n＝0,1…N-1，N，…。 当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作。

本实施例中，当相邻上升沿或下降沿的采集点数变化为N-1时，则L+1 至L+K列数据整体向下移动1行，第N行数据移动到第1行；L+K+1至L+2K 列数据整体向下移动2行，第N-1～N行数据移动到第1～2行；依次类推， L+nK+1至L+(n+1)K列数据整体向下移动(n+1)行，第N-n～N行数据移动至 第1～(n+1)行。

实施例四--插值预处理方法：

步骤S2中，采用插值预处理方法实现对时钟不同步的信号进行预处理； 则步骤S2包含：

S2.1B，信号采集系统对数据长度为M×N的数据的前K列数据保持不 变，当相邻上升沿或下降沿的采样点书变化为N+1时，跳转至步骤S2.2B； 当当相邻上升沿或下降沿的采样点书变化为N-1时，跳转至步骤S2.3B。

S2.2B，信号采集系统将nK+1列至(n+1)K列数据整体向上移动n行，第 1～n行数据移动至第N-(n-1)行～第N行；其中，n＝1…N-1，N，…。

当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作；跳转至步骤 S2.4B。

本实施例中，将K+1至2K列数据整体向上移动1行，第1行数据移动 至第N行；2K+1至3K列数据整体向上移动2行，第1～2行数据移动到第 N-1～N行。依次类推，nK+1至nK列数据整体向上移动n行，第1～n行数 据移动到第N-(n-1)～N行。

S2.3B，信号采集系统将nK+1列至(n+1)K列数据整体向下移动n行，第 N-(n-1)行～第N行数据移动至第1～n行；其中，n＝1…N-1，N，…。

当n≥N时，则将n相对于N去余数后的至做上述操作；跳转至步骤 S2.4B。

本实施例中，将K+1至2K列数据整体向下移动1行，第N行数据移动 至第1行；2K+1至3K列数据整体向下移动2行，第N-1～N行数据移动到 第1～2行。依次类推，nK+1至nK列数据整体向下移动n行，第N-(n-1)～N 行数据移动到第1～n行。

S2.4B，信号采样系统以K列数据为一组，分别进行插值操作。该步骤 S2.4B包含：

当相邻上升沿或下降沿的采样点数变化为N+1时，信号采样系统将第1 列数据保持不变，第k列的N个数据从实际序列[1,2,…,N]插值至 [1+(k-1)/K,2+(k-1)/K,…,N+(k-1)/K]；其中，k＝2,3,…K。

当相邻上升沿或下降沿的采样点数变化为N-1时，信号采样系统将第1 列数据保持不变，第k列的N个数据从实际序列[1,2,…,N]插值至 [1-(k-1)/K,2-(k-1)/K,…,N-(k-1)/K]；其中，k＝2,3,…K。

通过上述预处理之后，同步脉冲的上升沿或下降沿能够对齐至同一行。 处理同步脉冲的目的是得到相应的K，然后对采集到的数据按同步脉冲相同 的预处理方法处理，所得到的数据能够与时钟同步采集到的数据具有相同或 者相似的品质，能够按时钟同步采集到的数据相同的方式进行后续处理。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识 到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述 内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的 保护范围应由所附的权利要求来限定。