一种基于频域卷积的加窗方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频域卷积的加窗方法，涉及到时频变换中加窗降低旁瓣的情况。基于时域相乘相当于频域卷积的原理，将常规加窗在时域进行相乘转换到频域进行卷积。常用的余弦窗在频域表达式只需要用少数几个点表示即可，所以卷积运算采用简单的滤波器结构就能实现，对于只对部分频点感兴趣的时频变换，在频域进行特定频点的卷积加窗，可以极大程度地减少运算量。该方法用于时频变换后再降低旁瓣，具有结构灵活简单，通用性好，计算量少等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，涉及到时频变换中加窗降低旁瓣的情况。基于时域相乘相当于频域卷积的原理，将常规加窗在时域进行相乘转换到频域进行卷积。常用的余弦窗在频域表达式只需要用少数几个点表示即可，所以卷积运算采用简单的滤波器结构就能实现，对于只对部分频点感兴趣的时频变换，在频域进行特定频点的卷积加窗，可以极大程度地减少运算量。该方法用于时频变换后再降低旁瓣，具有结构灵活简单，通用性好，计算量少等优点。【专利说明】-种基于频域卷积的加窗方法
本专利技术属于信号频谱分析
，设及一种时频变换中用于降低旁瓣的加窗方 法，具体地说就是利用频域卷积运算来代替时域相乘的加窗操作，达到减少存储资源和计 算量的目的。
技术介绍
在信号频谱分析时，窗函数用于降低旁瓣。传统的窗函数在硬件上的实现方法，是 利用查找表（LUT)存储窗系数，占用大量的存储资源，乘法器的计算时间复杂度也正比于 系统字长，而且窗系数的长度不能更改。根据余弦窗需要预先计算并存储余弦值的特点，学 者提出了利用CORDIC计算窗函数的方法，该方法能直接计算窗系数，并完成窗系数与数据 相乘的操作，且方便更改窗的长度。但是CORDIC计算消耗资源多，而且需要计算出与整个 时域数据点数相当的窗系数，同样会消耗较大的硬件资源。 在大部分应用场合下，由于采用高采样率，在时频变换之后只需要其中部分感兴 趣的频点。比如在线性调频系统中的stretch处理时频变换，只对其中极少部分频点感兴 趣，即输入数据点数远大于输出数据点数。如果是进行时域加窗，无论计算的频点数多少， 都要进行与时域点数相当的乘法运算，而且需要存储相应点数的窗系数。 在常规加窗条件下，使用较多的是余弦窗函数，=个余弦窗的表达式如下所示，将 他们的值预先计算好并存储起来，分别与时域数据进行相乘，然后再进行时频变换，达到降 低旁瓣的目的。 [000引 Harming; vv'("）二0.5(1-cos口兄一))，0<"5；八'-1; (0 N Hamming： vv、("）二 0.54 - 0.46cos(2;r-)，0 < 巧 /V -1; (2) N Blackman: vv(") = 0.42-0.5cos(2;r~^) + 0.08cos(2;r兰与，0<"<'V-1。（3) N N
技术实现思路
[000引本专利技术主要解决时频变换中加窗操作需要预先计算并存储相应点数的窗系数，消 耗大量存储和计算资源，而且通用性差的问题。 本专利技术所采用的技术方案是：，其特征在于，包括W 下步骤： 步骤1;对时域数据进行时频转换，得到特定的感兴趣的频点； 步骤2 ;根据选用的窗函数确定滤波器阶数，并计算相应的滤波器系数； 步骤3 ;将滤波器系数转换为canonic si即ed digit (CSD)编码，利用移位加法运 算完成滤波器系数相乘； 步骤4 ;将特定感兴趣的频点数据进行循环拓展，并将数据送入滤波器，滤波器输 出结果即为加窗降低旁瓣的数据。 作为优选，步骤2中所述的窗函数仅限于余弦窗，包括Hanning窗、Hamming窗和 Blackman 窗。 作为优选，步骤2中所述的滤波器系数由窗函数决定。 作为优选，步骤4中所述的循环拓展，循环拓展的点数由滤波器的阶数决定，当采 用5阶滤波器时，拓展两个频点数据；当采用3阶滤波器时，拓展一个频点数据。 本专利技术基于时域相乘等效于频域卷积的原理，提供了一种在频域加窗的方法，无 需计算和存储窗系数，方便更改加窗数据点数，对特定频点进行加窗，极大程度减少了计算 量。 本专利技术具有下列优点和积极效果： 1、在时频变换中，可W只计算感兴趣的频点，当只对感兴趣的频点进行卷积加窗 时，运算量少； 2、不用预先计算和存储窗系数，而且可W适用于任何长度的频点加窗； 3、采用滤波器实现卷积运算，结构简单灵活，采用移位相加的方式实现滤波器系 数相乘，提高运算速度减小硬件压力。 【专利附图】【附图说明】 图1 ;本专利技术实施例的滤波器结构； 图2 ;本专利技术实施例的移位累加运算实现滤波器系数相乘原理图； 图3 ;本专利技术实施例的Hamming窗效果对比图； [002引图4 ;本专利技术实施例的化nning窗效果对比图； 图5 ;本专利技术实施例的Blackman窗效果对比图。 【具体实施方式】 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不 用于限定本专利技术。 [002引本专利技术所采用的技术方案是：，其特征在于，包括W 下步骤： 步骤1 ;对时域数据进行时频转换，得到特定的感兴趣的频点； 步骤2 ;根据选用的窗函数确定滤波器阶数，并计算相应的滤波器系数；窗函数仅 限于余弦窗，包括Hanning窗、Hamming窗和Blackman窗；滤波器系数由窗函数决定。 步骤3 ;将滤波器系数转换为canonic si即ed digit (CSD)编码，利用移位加法运 算完成滤波器系数相乘； 步骤4 ;将特定感兴趣的频点数据进行循环拓展，并将数据送入滤波器，滤波器输 出结果即为加窗降低旁瓣的数据；其中循环拓展的点数由滤波器的阶数决定，当采用5阶 滤波器时，拓展两个频点数据；当采用3阶滤波器时，拓展一个频点数据。 本专利技术主要是对信号加余弦窗，将余弦窗用统一的表达式书写如下： /7 ^ II u'("）二 ％-巧 cos(2;r_) +化 cos(2 兄 ^). 0<"<'、/-! (4) N 一 N [003引其中，w(n)表示窗函数值，a。，a。a 2分别为对应的阶次的系数，窗函数不同，他 们的系数就不同，N表示窗函数长度。 将上式进行DFT变换，可得窗函数在频域的表达式W比]，k = 0, 1，... N-1， 【权利要求】1. ，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:对时域数据进行时频转换，得到特定的感兴趣的频点； 步骤2 :根据选用的窗函数确定滤波器阶数，并计算相应的滤波器系数； 步骤3:将滤波器系数转换为canonic signed digit(CSD)编码，利用移位加法运算完 成滤波器系数相乘； 步骤4 :将特定感兴趣的频点数据进行循环拓展，并将数据送入滤波器，滤波器输出结 果即为加窗降低旁瓣的数据。2. 根据权利要求1所述的基于频域卷积的加窗方法，其特征在于：步骤2中所述的窗 函数仅限于余弦窗，包括Hanning窗、Hamming窗和Blackman窗。3. 根据权利要求1所述的基于频域卷积的加窗方法，其特征在于：步骤2中所述的滤 波器系数由窗函数决定。4. 根据权利要求1、2或3所述的基于频域卷积的加窗方法，其特征在于：步骤4中所 述的循环拓展，循环拓展的点数由滤波器的阶数决定，当采用5阶滤波器时，拓展两个频点 数据；当采用3阶滤波器时，拓展一个频点数据。【文档编号】G06F17/14GK104503951SQ201510027417【公开日】2015年4月8日 申请日期:201本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频域卷积的加窗方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对时域数据进行时频转换，得到特定的感兴趣的频点；步骤2：根据选用的窗函数确定滤波器阶数，并计算相应的滤波器系数；步骤3：将滤波器系数转换为canonic signed digit(CSD) 编码，利用移位加法运算完成滤波器系数相乘；步骤4：将特定感兴趣的频点数据进行循环拓展，并将数据送入滤波器，滤波器输出结果即为加窗降低旁瓣的数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：文必洋，谭剑，田应伟，李柯，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42