[发明专利]一种自适应正交解调方法

说明书

本发明公开了一种自适应正交解调方法，于包括：搭建C/V转换电路，采集响应信号形成离散序列；估算离散序列中被测信号的单周期序列长度，得到一组同相因子和正交因子；根据同相因子和正交因子获取一组被测信号的幅值信息和相位信息；对同相因子和正交因子进行补偿、得到补偿同相因子和补偿正交因子；根据补偿同相因子和正交因子可再次获取一组被测信号的幅值信息和相位信息；根据幅值信息和相位信息再次计算同相因子和正交因子的补偿余项，并得到补偿同相因子和补偿正交因子，进而再次得到一组幅值信息和相位信息，重复上述迭代过程，当相邻两次得到的幅值信息和相位信息相差小于设定阈值、则停止迭代并记录最后结果。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种自适应正交解调方法。

背景技术

基于交流式电容测量电路在测量仪器中有着广泛的应用，很多实验室高精度仪表就是基于交流式电容测量电路的，其等效电路图如图2所示，测量时，需要用合适频率的正弦信号作为激励信号V_I，则相应信号为当电路反馈为阻性反馈时，该环节的响应快速性更好，阻性反馈意味着jωR₁₂C₃₆＜＜1，因此该环节的传递函数为进而可求得响应信号的幅值特性和相位特性为因此只要求得响应信号的幅值即可测出被测电容值，理想情况下，响应信号是与激励信号同频率的正弦信号。

可以通过使用解调算法从被测信号中计算得到幅值信息和相位信息。在实际应用上，解调运算可以分为模拟解调和数字解调(正交解调)。其中，模拟解调一般用一个模拟乘法器来实现，适用于被测信号具有恒定的相对相位，若相对相位发生变化，会导致解调结果精度下降，这是因为模拟解调输出的幅值信息中含有相位元素。因此在测量相对相位经常变化的信号时，正交解调具有更好的效果。在解调原理上，正交解调能够独立输出准确的幅值信息和相位信息，二者不会相互干扰。被测信号频率已知且恒定是正交解调能够正常使用的条件之一。但在测量实践中，被测信号的频率并非是恒定的，会在噪声信号的影响下产生一定的频率波动。

近期有研究提出使用滤波器或是快速傅里叶变换来解决被测信号频率波动的问题。而当频率小范围波动时，比如5％的波动幅度，这就意味着快速傅里叶变换以及滤波器等解决方法没有明显效果。但这样的频率波动足以对解调结果产生较为明显的影响，导致解调精度下降。解决解调精度下降问题的方法通常是采用高采样频率，这是一种根据经验的方法，高采样频率意味着使用高速AD芯片，虽然能够在一定程度上提高解调精度，但在大幅度增加成本的前提下精度提升依然有限，没有真正解决问题。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种自适应正交解调方法，具体包括如下步骤：

对于正弦信号的幅值和相位的测量，采集该信号获取离散序列；

估算离散序列中被测信号的单周期序列长度，并对比周期设定值求出频率波动系数，基于频率波动系数生成同相解调序列和正交解调序列，舍去离散序列多余部分并只保留一个周期长度。

将离散序列分别与同相解调序列和正交解调序列各项相乘并累加得到一组同相因子和正交因子；

根据同相因子和正交因子获取一组被测信号的幅值信息和相位信息；

根据幅值信息和相位信息计算同相因子和正交因子的补偿余项，对同相因子和正交因子进行补偿、得到补偿同相因子和补偿正交因子；

根据补偿同相因子和正交因子可再次获取一组被测信号的幅值信息和相位信息；通过补偿同相因子和补偿正交因子得到的幅值信息和相位信息，相比于通过同相因子和正交因子得到的幅值信息和相位信息误差较小；

根据幅值信息和相位信息再次计算同相因子和正交因子的补偿余项，并得到补偿同相因子和补偿正交因子，进而再次得到一组幅值信息和相位信息；相比于上一次得到的幅值信息和相位信息，误差进一步缩小；重复上述迭代过程，当相邻两次得到的幅值信息和相位信息相差小于设定阈值(此数值可根据实际情况需要调整设定，如0.01％)，则停止迭代并记录最后结果。