深空传输链路小波提取弱信号的装置及方法，涉及一种深空传输链路小波提取弱信号方法及其硬件实现。本发明专利技术是为了在深空通信中，提高深空通信链路增益，以及提高接收弱信号的信噪比。本发明专利技术设计了离散小波变换DWT模块，功能是对含噪信号进行分；设计了小波阈值处理模块：阈值模块代表相应分解级数上信号高频小波系数的阈值处理模块，用于实现系数的软阈值处理；设计了离散小波逆变换IDWT模块，该模块用于实现信号的重构；将前述内容功能模块在Xilinx Virtex-5硬件平台上利用硬件语言进行实现，实现在深空传输链路中用小波阈值法提取弱信号。本发明专利技术适用于深空传输链路小波弱信号的提取。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种深空传输链路小波提取弱信号方法及其硬件实现。
技术介绍
针对在深空通信中由于长链路以及高传输速率要求引起的信号信噪比较低的问 题，一方面可以考虑提高每比特接收信号的能量，比如提高发射功率增强接收信号的能量 或者增大天线尺寸等来提高链路增益，但由于深空通信发射功率的增加以及天线尺寸的增 大会带来巨大的代价，所以通过提高接收信号能量来提高接收信号的信噪比在目前的技术 发展水平下是不可能在短期内实现的，另一方面，通过在算法层面上对接收弱信号进行处 理，降低噪声对信号的影响，则能在短期内以较低的成本实现深空遥感遥测数据的快速传 输。 综合考虑了多种弱信号提取算法，其中小波变换能将弱信号聚集到若干稀疏的系 数上，同时由于噪声对各个系数均有影响，通过设定阈值将低于阈值的系数认为是噪声的 影响加以抑制，则能将噪声的大部分影响从弱信号中减去，非常有利于深空弱信号的提取， 因此本专利技术拟采用小波阈值法对深空弱信号进行提取。
技术实现思路
本专利技术是为了在深空通信中，提高深空通信链路增益，以及提高接收弱信号的信 噪比，从而提供一种。 深空传输链路小波提取弱信号的装置，它包括选择一号输入模块1、离散小波变换 DWT模块2、一号选择输出模块3、一号RAM4、N个阈值模块5、N个二号RAM6、二号选择输出 模块7、离散小波逆变换IDWT模块8和二号选择输入模块9 ;N为正整数； 所述一号输入模块1的第一路数据输入端用于接收含噪数据； 所述一号输入模块1的第二路数据输入端与一号RAM4的数据输出端连接； 所述一号输入模块1的数据输出端与离散小波变换DWT模块2的数据输入端连 接； 所述DWT模块2的数据输出端同时与一号选择输出模块3的数据输入端和一号 RAM4的数据输入端连接； 所述选择输出模块3的数据输出端同时与N个阈值模块5的数据输入端连接； 所述N个阈值模块5的数据输入端分别与N个二号RAM6的数据输入端连接； 所述N个二号RAM6的数据输出端同时与二号选择输出模块7的数据输入端连接； 所述二号选择输出模块7的数据输出端与离散小波逆变换IDWT模块8的数据输 入端连接； 所述二号选择输入模块9的第一数据输入端与一号RAM4的输出端连接； 所述离散小波逆变换IDWT模块8的数据输出端与二号选择输入模块9的第二数 据输入端连接； 所述离散小波逆变换IDWT模块8的数据输出端作为深空传输链路小波提取弱信 号的装置的数据输出端。 离散小波变换DWT模块2包括边界延拓B0UNDARY_DATA模块21、一号卷积运算 C0NV模块22、一号数据整理INTERCEPTION模块23和降采样DOWNSAMPLING模块24 ; 所述边界延拓B0UNDARY_DATA模块21用于将输入输出进行左右边界的延拓，并将 延拓后的数据输出至一号卷积运算C0NV模块22 ; -号卷积运算C0NV模块22用于对输入数据与小波对应的滤波器进行卷积运算， 并将运算后的数据输出至一号数据整理INTERCEPTION模块23 ; 一号数据整理INTERCEPTION模块23用于对输入数据整理为N个，并将整理后的 数据输出至降采样DOWNSAMPLING模块24 ; 降采样DOWNSAMPLING模块24用于对输入数据进行降采样，并输出。离散小波逆变换IDWT模块8包括上抽样UPSAMPLING模块81、二号卷积运算C0NV 模块82和二号数据整理INTERCEPTION模块83 ; 所述上抽样UPSAMPLING模块81用于将输入信号的低频和高频系数进行升采样， 并将升采样后的数据发送给二号卷积运算C0NV模块82 ; 二号卷积运算C0NV模块82用于对输入数据与小波对应的滤波器进行卷积运算， 并将运算后的数据输出至二号数据整理INTERCEPTION模块83 ; 二号数据整理INTERCEPTION模块83用于将输入数据整理为N个，并输出。 深空传输链路小波提取弱信号的方法，它由以下步骤实现： 步骤一、将含噪数据采用一号选择输入模块1进行输入选择，获得选择后的输入 信号； 步骤二、将步骤一获得的选择后的输入信号采用离散小波变换DWT模块进行离散 小波变换，获得变换后的数据，并存储至一号RAM4,并反馈至一号选择输入模块1和第二选 择输入模块； 步骤三、将步骤二获得的变换后的数据经一号选择输出模块3进行输出选择，获 得输出信号； 步骤四、将步骤三获得的输出信号经过一个阈值模块5进行处理，并存储至一个 二号RAM6中； 步骤五、采用第二选择输出模块7对步骤四中各二号RAM中的数据进行输出选择， 获得输出信号； 步骤六、将步骤五获得的输出信号采用离散小波逆变换IDWT模块8进行离散小波 逆变换，获得变换后的数据并输出，同时将该变换后的数据反馈回第二选择输入模块； 实现深空传输链路小波弱信号的提取。 步骤二中，将步骤一获得的选择后的输入信号采用离散小波变换DWT模块进行离 散小波变换的方法包括： 用于将输入信号进行左右边界的延拓，并将延拓后的数据输出至一号卷积运算 C0NV模块22的步骤； 用于对输入数据与小波对应的滤波器进行卷积运算，并将运算后的数据输出至一 号数据整理INTERCEPTION模块23的步骤； 用于对输入数据整理为N个，并将整理后的数据输出至降采样DOWNSAMPLING模块 24的步骤； 用于对输入数据进行降采样，并输出的步骤。 将步骤五获得的输出信号采用离散小波逆变换IDWT模块8进行离散小波逆变换 的方法包括： 用于将输入信号的低频和高频系数进行升采样，并将升采样后的数据发送给二号 卷积运算C0NV模块82的步骤； 用于对输入数据与小波对应的滤波器进行卷积运算，并将运算后的数据输出至二 号数据整理INTERCEPTION模块83的步骤； 用于将输入数据整理为N个，并输出的步骤。 将步骤三获得的输出信号经过一个阈值模块5进行处理是采用软阈值函数法实 现的。 软阈值函数法选取阈值的具体方法为： 通过软阈值函数对含噪信号的小波系数进行阈值处理，提取出弱信号；其表达式 为： 式中：v为含噪信号在小波域的高频分解系数，A为设定的阈值，#为含噪小波系 数被阈值处理后的小波系数，即：理想接收信号的小波系数《的估计值； 然后采用小波分解层数选取的方式进行最优阈值选取，获得最终的阈值结果。 本专利技术将小波提取弱信号应用到深空通信中，提高了深空通信链路增益，并对小 波阈值方法进行简化以适合硬件的实现，同时不过多降低弱信号提取性能，最后在Xilinx Virtex-5平台上实现了小波阈值法对弱信号的提取，本专利技术能够有效地提高接收弱信号的 信噪比，具有一定的工程应用价值。本专利技术在实现传统深空链路通信的基础上，很好地满足 深空通信对载重和功耗的要求。【附图说明】 图1是本专利技术的小波阈值法提取弱信号的装置的结构示意图；图2是离散小波变换模块示意图；图3是离散小波变换内部模块连接示意图； 图4是离散小波变换降采样模块下抽样示意图； 图5是离散小波变换仿真结果示意图； 图6是小波阈值法提取弱信号流程示意图； 图7是最优阈值的选取流程不意图； 图8是信号小波分解流程示意图； 图9是分解层数对输出载噪比的影响仿真示意图； 图10是分解层数本文档来自技高网...
【技术保护点】
深空传输链路小波提取弱信号的装置，它包括选择一号输入模块(1)、离散小波变换DWT模块(2)、一号选择输出模块(3)、一号RAM(4)、N个阈值模块(5)、N个二号RAM(6)、二号选择输出模块(7)、离散小波逆变换IDWT模块(8)和二号选择输入模块(9)；N为正整数；所述一号输入模块(1)的第一路数据输入端用于接收含噪数据；所述一号输入模块(1)的第二路数据输入端与一号RAM(4)的数据输出端连接；所述一号输入模块(1)的数据输出端与离散小波变换DWT模块(2)的数据输入端连接；所述DWT模块(2)的数据输出端同时与一号选择输出模块(3)的数据输入端和一号RAM(4)的数据输入端连接；所述选择输出模块(3)的数据输出端同时与N个阈值模块(5)的数据输入端连接；所述N个阈值模块(5)的数据输入端分别与N个二号RAM(6)的数据输入端连接；所述N个二号RAM(6)的数据输出端同时与二号选择输出模块(7)的数据输入端连接；所述二号选择输出模块(7)的数据输出端与离散小波逆变换IDWT模块(8)的数据输入端连接；所述二号选择输入模块(9)的第一数据输入端与一号RAM(4)的输出端连接；所述离散小波逆变换IDWT模块(8)的数据输出端与二号选择输入模块(9)的第二数据输入端连接；所述离散小波逆变换IDWT模块(8)的数据输出端作为深空传输链路小波提取弱信号的装置的数据输出端。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾波，李德志，王振永，郭庆，田日才，余方园，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。