正交采样的理论和技术实现

第一章 绪论1、 试举例说明信号与信息这两个概念的区别与联系。

信息反映了一个物理系统的状态或特性，是自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的物质和事物的属性。

信号是传载信息的物理量是信息的表现形式，如文字、语言、图像等。

如人们常用qq 聊天，即是用文字形式的信号将所要表达的信息传递给别人。

2、 什么是信号的正交分解？如何理解正交分解在机械故障诊断中的重要价值？P9正交函数的定义信号的正交分解如傅里叶变换、小波分解等，即将信号分解成多个独立的相互正交的信号的叠加。

从而将信号独立的分解到不同空间中去，通常指滤波器频域内正交以便于故障分析和故障特征的提取。

傅里叶变换将信号分解成各个正交的傅里叶级数，将信号从时域转换到频域从而得到信号中的各个信号的频率。

正交小波变换能够将任意信号（平稳或非平稳）分解到各自独立的频带中；正交性保证了这些独立频带中状态信息无冗余、无疏漏，排除了干扰，浓缩了了动态分析与监测诊断的信息。

3、 为什么要从内积变换的角度来认识常见的几种信号处理方法？如何选择合适的信号处理方法？在信号处理各种运算中内积变换发挥了重要作用。

内积变换可视为信号与基函数关系紧密程度或相似性的一种度量。

对于平稳信号，是利用傅里叶变换将信号从时域变为频域函数实现的方式是信号函数x （t ）与基函数i t e ω 通过内积运算。

匹配出信号x （t ）中圆频率为w 的正弦波.而非平稳信号一般会用快速傅里叶变换、离散小波变换、连续小波变换等这些小波变换的内积变换内积运算旨在探求信号x （t ）中包含与小波基函数最相关或最相似的分量。

“特征波形基函数信号分解”旨在灵活运用小波基函数 去更好地处理信号、提取故障特征。

用特定的基函数分解信号是为了获得具有不同物理意义的分类信息。

不同类型的机械故障会在动态信号中反应出不同的特征波形，如旋转机械失衡振动的波形与正弦波形有关，内燃机爆燃振动波形是具有钟形包络的高频波；齿轮轴承等机械零部件出现剥落。

基于FPGA的数字正交混频变换算法的实现，数字正交，实时处理，多相滤波，FPGA0引言传统的正交下变频是通过对模拟I、Q输出直接采样数字化来实现的，由于I、Q两路模拟乘法器、低通模拟器本身的不一致性、不稳定性，使I、Q通道很难达到一致，并且零漂比较大，长期稳定性不好，不能满足高性能电子战设备的要求。

为此，人们提出了对中频信号直接采样，经过混频来实现正交数字下变频的方案，这种下变频的方法可以实现很高精度的正交混频，能满足高镜频抑制的要求。

采用可编程器件FPGA对该算法流程进行实现，能满足0 引言传统的正交下变频是通过对模拟I、Q输出直接采样数字化来实现的，由于I、Q两路模拟乘法器、低通模拟器本身的不一致性、不稳定性，使I、Q通道很难达到一致，并且零漂比较大，长期稳定性不好，不能满足高性能电子战设备的要求。

为此，人们提出了对中频信号直接采样，经过混频来实现正交数字下变频的方案，这种下变频的方法可以实现很高精度的正交混频，能满足高镜频抑制的要求。

采用可编程器件FPGA对该算法流程进行实现，能满足在高采样率下的信号时实处理要求，在电子战领域中有着重要的意义。

1 数字正交混频变换原理所谓数字正交混频变换实际上就是先对模拟信号x(t)通过A／D采样数宁化后形成数字化序列x(n)，然后与2个正交本振序列cos(ω0n)和sin(ω0n)相乘，再通过数字低通滤波来实现，如图1所示。

为了能够详细地阐述该算法的FPGA实现流程，本文将用一个具体的设计实例，给出2种不同的实现方法(不同的FPGA内部模块结构)，比较其优劣，最后给出结论。

该设计是对输入信号为中频70 MHz，带宽20 MHz的线性调频信号做数字正交混频变换，本振频率为70 MHz(即图1中的2个本振序列分别为cos(2π70Mn)和sin(2π70Mn))，将其中频搬移到0 MHz，分成实部(real)和虚部(imag)2路信号。

然后对该2路信号做低通滤波，最后分别做1／8抽取输出。

采样定理详解：3个主要条件只需满⾜其中任意2个采样定理采样定理解决的问题是确定合理的采样间隔△t以及合理的采样长度T，保障采样所得的数字信号能真实地代表原来的连续信号x(t)。

衡量采样速度⾼低的指标称为采样频率fs。

⼀般来说，采样频率fs越⾼，采样点越密，所获得的数字信号越逼近原信号。

为了兼顾计算机存储量和计算⼯作量，⼀般保证信号不丢失或歪曲原信号信息就可以满⾜实际需要了。

这个基本要求就是所谓的采样定理，是由Shannon提出的，也称为Shannon采样定理。

Shannon采样定理规定了带限信号不丢失信息的最低采样频率为式中fm为原信号中最⾼频率成分的频率。

采集的数据量⼤⼩N为因此，当采样长度⼀定时，采样频率越⾼，采集的数据量就越⼤。

使⽤采样频率时有两个问题需要注意。

正确估计原信号中最⾼频率成分的频率，对于采⽤电涡流传感器测振的系统来说，⼀般确定为最⾼分析频率为12.5X，采样模式为同步整周期采集，若选择频谱分辨率为400线，需采集1024点数据，若每周期采集32点，采样长度为32周期。

同样的数据量可以通过改变每周期采样点数提⾼基频分辨率，这对于识别次同步振动信号是必要的，但降低了最⾼分析频率，如何确定视具体情况⽽定。

采样定理解析采样定理实际上涉及了3个主要条件，当确定其中2个条件后，第3个条件⾃动形成。

这3个条件是进⾏正确数据采集的基础，必须理解深刻。

条件1：采样频率控制最⾼分析频率采样频率(采样速率)越⾼，获得的信号频率响应越⾼，换⾔之，当需要⾼频信号时，就需要提⾼采样频率，采样频率应符合采样定理基本要求。

这个条件看起来似乎很简单，但对于⼀个未知信号，其中所含最⾼频率信号的频率究竟有多⾼，实际上我们是⽆法知道的。

解决这个问题需要2个步骤，⼀是指定最⾼测量频率，⼆是采⽤低通滤波器把⾼于设定最⾼测量频率的成分全部去掉(这个低通滤波器就是抗混滤波器)。

现实的抗混滤波器与理论上的滤波器存在差异，因此信号中仍会存在⼀定混叠成分，⼀般在计算频谱后将⾼频成分去掉，⼀般频谱线数取时域数据点的1/2.56，或取频域幅值数据点的1/1.28，即128线频谱取100线，256线频谱取200线，512线频谱取400线等等。

正交解调的基本原理正交解调（Orthogonal Demodulation）是一种数字信号处理技术，用于多个频带信道的分离，以便于识别各个信号。

其基本原理是将输入信号（多载波信号）与频率相同，但相位差为90度的正交参考信号进行乘积运算，然后对乘积运算的结果进行滤波，从而得到原始信号中目标频率分量的幅值和相位信息。

下面我们将详细阐述正交解调的基本原理。

1. 正交参考信号的生成在正交解调中，需要生成2个相位差90度的参考信号，用于接收信号的解调。

一种实现方法是：通过幅值相同，相位差为90度的正弦和余弦信号，作为参考信号。

具体地，可以使用本振电路产生一个与信号频率相同，但相位差为90度的正弦和余弦信号源。

正弦和余弦信号分别作为两个参考信号，在接收信号上分别乘以正弦和余弦信号，产生两个乘积分量用于解调。

2. 乘积运算在正交解调中，接收信号（多载波信号）与正交参考信号进行乘积运算，得到两个乘积分量。

具体地，使用I路（正弦信号）和Q路（余弦信号）分别与接收信号进行乘积运算，得到两个乘积分量。

两个乘积分量可以用向量的方式表示，即I路和Q路在坐标系中的两个正交向量。

3. 滤波处理在得到I、Q路的两个乘积分量后，需要进行滤波处理，以去除干扰信号和杂散信号。

滤波器的选择需要考虑信号的带宽、损失、群延迟等因素。

另外，需要注意选择合适的采样率和量化精度。

4. 原始信号恢复经过滤波处理后，可以得到原始信号中目标频率分量的幅值和相位信息。

具体地，由于I和Q两路分别表示正弦和余弦信号，因此可以通过反正切函数求出相位信息，通过I和Q的平方和求出幅值信息。

使用得到的幅值和相位信息可以恢复原始信号，进一步进行数据解码或其他处理。

综上所述，正交解调是一种基于数字信号处理的信号分离技术。

该技术可以有效地分离多载波信号，恢复原始信号中的目标频率分量信息。

通过一系列的处理步骤，正交解调技术可以实现对信号的高精度分析和处理，因此在通信、雷达、噪声分析等领域有广泛的应用。

正交解调matlab程序【正交解调matlab程序】引言：正交解调是一种常用的数字通信技术，它能够将接收到的正交调制信号转化为原始信息。

在现代通信系统中，正交解调被广泛应用于无线通信、移动通信、卫星通信等领域。

本文将介绍正交解调的原理，并通过使用Matlab编写一个简单的正交解调程序来深入了解其实现过程。

一、正交解调原理1.正交调制信号的特点正交调制信号是在一定频带范围内使用两个正交的正弦余弦函数对原始信息信号进行调制后得到的。

这两个正交函数称为正交载波。

正交调制信号具有两个重要特点：频带利用率高和抗干扰能力强。

2.正交解调的原理正交解调是将接收到的正交调制信号通过相关器进行解调，即通过将接收到的信号与原始正交载波进行相关运算，从而得到原始信息信号。

正交解调的流程包括解调载波频率恢复和相关运算两个主要步骤。

二、编写正交解调程序在Matlab中，可以使用fft函数和相关器来实现正交解调。

以下是一个简单的正交解调程序示例：1.定义采样频率和采样点数fs = 1000; 采样频率N = 10000; 采样点数2.生成正交调制信号t = (0:N-1)/fs; 时间序列fc = 100; 载波频率f1 = 3; 原始信号频率1f2 = 5; 原始信号频率2x1 = cos(2*pi*f1*t); 正交载波1x2 = sin(2*pi*f2*t); 正交载波2x = x1.*cos(2*pi*fc*t) + x2.*sin(2*pi*fc*t); 正交调制信号3.进行频域解调X = fft(x); 对正交调制信号进行傅里叶变换f = fs*(0:(N/2))/N; 频率序列fidx = round(2*fc*N/fs); 载波频率序列中的索引x1_hat = 2*abs(X(fidx+1))/N; 解调后的原始信号1x2_hat = 2*abs(X(fidx+round(2*f2*N/fs)+1))/N; 解调后的原始信号24.结果显示disp(['原始信号1的幅值为：',num2str(x1_hat)]);disp(['原始信号2的幅值为：',num2str(x2_hat)]);三、程序分析与结果上述程序首先定义了采样频率和采样点数，并生成了一个包含两个正交的正弦余弦函数的正交载波。

QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种常用的调制技术，主要用于无线通信和数字通信系统中。

它通过在两个正交的载波信号上调制幅度和相位来传输数字数据，以实现高效的数据传输。

QAM的原理基于两个正交的基带信号，分别称为正弦信号和余弦信号。

QAM通过对这两个信号同时进行幅度和相位调制，并将它们叠加在一起，形成调制后的信号。

这样，数字信息就被映射到平面上的特定信号点，每个信号点代表一个特定的符号或比特序列。

以下是QAM的详细原理描述：1. 数字源：QAM的输入是数字信息，可以是比特流或符号流。

比特流是由0和1组成的二进制序列，而符号流是由多个比特组成的离散符号序列。

2. 幅度调制：QAM首先对每个数据流进行幅度调制。

幅度调制是根据输入的数字信息，为每个数据流分配特定的幅度系数。

例如，对于二进制调制，可使用±A 表示两个不同的幅度值。

3. 相位调制：QAM接下来对每个数据流进行相位调制。

相位调制是根据输入的数字信息，为每个数据流分配特定的相位角度。

通常采用等间隔的相位角度，例如二进制调制可以使用0°和90°。

4. 叠加：通过将幅度调制和相位调制后的信号叠加在一起，得到最终的调制信号。

这是通过将正弦信号和余弦信号进行线性叠加来实现的。

5. 带通滤波：经过叠加后的信号通常包含多个频率成分，需要进行带通滤波以去除不需要的频率成分，得到最终的调制信号。

带通滤波器的作用是滤除高频和低频噪声，保留频率范围内的有用信号。

QAM的调制阶数表示在平面上能够表示的信号点的数量。

常见的调制阶数有16-QAM和64-QAM。

例如，对于16-QAM，共有16个信号点，可以表示4个比特；对于64-QAM，共有64个信号点，可以表示6个比特。

在接收端，QAM解调器执行与调制相反的操作，将接收到的QAM信号转换回原始的数字信息。

解调的过程主要包括以下步骤：1. 信号接收：接收器接收到经过噪声和信道影响的QAM信号。

正交频分复用技术及其应用正交频分复用技术及其应用摘要：简述了正交频分复用技术的发展及特点，论述了其原理及实现方法，构建了OFDM系统的实现框图，并进行了计算机仿真。

最后介绍了几种典型应用。

随着通信需求的不断增长，宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向之一，而网络的迅速增长使人们对无线通信提出了更高的要求。

为有效解决无线信道中多径衰落和加性噪声等问题，同时降低系统成本，人们采用了正交频分复用（OFDM）技术。

OFDM是一种多载波并行传输系统，通过延长传输符号的周期，增强其抵抗回波的能力。

与传统的均衡器比较，它最大的特点在于结构简单，可大大降低成本，且在实际应用中非常灵活，对高速数字通信量一种非常有潜力的技术。

OFDM的概念于20世纪50～60年代提出，1970年OFDM的专利被发表[1]，其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠，但相互间又不影响的频分复用（FDM）方法来并行传送数据。

OFDM早期的应用有AN/GSC_10（KATHRYN）高频可变速率数传调制解调器等[1]。

在早期的OFDM系统中，发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的，系统复杂且昂贵。

1971年Weinstein和Ebert提出了使用离散傅立叶变换实现OFDM系统中的全部调制和解调功能[3]的建议，简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间严格同步的问题，为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备。

80年代以后，OFDM的调制技术再一次成为研究热点。

例如在有线信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM调制技术，试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbit/s的电话线MODEM[4]。

1984年，Cimini提出了一种适于无线信道传送数据的OFDM方案[5]。

其特点是调制波的码型是方波，并在码元间插入了保护间隙，该方案可以避免多径传播引起的码间串扰。

进入90年代以后，OFDM的应用又涉及到了利用移动调频（FM）和单边带（SSB）信道进行高速数据通信、陆地移动通信、高速数字用户环路（HDSL）、非对称数字用户环路（ADSL）、超高速数字用户环路（VHDSL）、数字声广播（DAB）及高清晰度数字电视（HDTV）和陆地广播等各种通信系统。

foc单电阻电流采样算法
FOC（Field Oriented Control）是一种电机控制技术，它可以
有效地控制交流电机的转速和转矩。

FOC单电阻电流采样算法是FOC
技术中的一种重要算法，它通过对电机电流进行精确采样和控制，
实现了电机的高效、精确控制。

FOC单电阻电流采样算法的核心思想是通过对电机的电流进行
实时采样和分析，以实现对电机的精准控制。

在FOC技术中，电机
的三相电流可以分解为两个正交的分量，磁场定向分量和磁场垂直
分量。

通过对这两个分量进行独立控制，可以实现对电机的精确控制。

FOC单电阻电流采样算法的实现主要包括以下几个步骤，首先，通过电路中的电阻将电机的电流进行采样；然后，利用采样到的电
流数据，通过数学模型和控制算法，计算出电机的磁场定向分量和
磁场垂直分量；最后，根据计算得到的控制量，对电机进行精确控制，实现所需的转速和转矩输出。

FOC单电阻电流采样算法具有以下优点，首先，通过对电机电
流进行精确采样和控制，可以实现对电机的高效、精确控制，提高
了电机的运行效率和性能；其次，该算法能够减小电机的电流谐波，减少了电机的振动和噪音，提高了电机的运行平稳性和可靠性；最后，FOC单电阻电流采样算法还可以实现对电机的动态响应和过载
能力的提升，使电机在各种工况下都能够稳定运行。

总之，FOC单电阻电流采样算法作为FOC技术中的重要算法，
可以实现对电机的高效、精确控制，提高了电机的性能和可靠性，
对于提升电机控制系统的整体性能具有重要意义。

随着电机控制技
术的不断发展，FOC单电阻电流采样算法将会得到更广泛的应用和
推广。

ipqam工作原理IPQAM（Inverse Quadrature Amplitude Modulation）是一种常用于数字视频广播领域的调制解调技术，它的工作原理可以简单概括为将基带信号通过正交调制后进行频域多路复用传输，并在接收端通过解调恢复原始信号。

下面将详细介绍IPQAM的工作原理。

IPQAM使用的是正交调制技术，即将两个正交的调制信号分别代表信号的实部和虚部。

这种调制方式可以有效地提高信号的传输效率和抗干扰能力。

在IPQAM中，通常使用的是正弦波和余弦波作为调制信号，它们的频率相同，相位差为90度。

在发送端，IPQAM将原始的基带信号进行采样和量化处理，得到一系列离散的数字信号点。

然后，这些数字信号点通过正交调制器分别进行正弦波和余弦波调制，形成复合的调制信号。

这些调制信号在频域上进行多路复用，通过信道传输到接收端。

在接收端，IPQAM解调器首先对接收到的信号进行正交解调，将复合的调制信号恢复为原始的正弦波和余弦波信号。

然后，这些信号经过滤波和抽样处理，得到离散的数字信号点。

最后，这些数字信号点经过解量化和重构处理，恢复为原始的基带信号。

总体来说，IPQAM的工作原理可以归纳为以下几个步骤：采样和量化、正交调制、信号多路复用、信道传输、正交解调、滤波和抽样、解量化和重构。

通过这些步骤，IPQAM可以实现高效的数字信号传输和解调，使得视频广播领域的信号传输更加稳定和可靠。

需要注意的是，IPQAM的工作原理是基于数字信号处理和调制解调技术的，它并不涉及具体的传输介质和协议。

因此，在实际应用中，IPQAM可以与各种传输方式和网络协议结合使用，例如有线电视、卫星电视、互联网等。

总结起来，IPQAM是一种常用的数字视频广播调制解调技术，它通过正交调制和频域多路复用实现高效的信号传输和解调。

通过了解IPQAM的工作原理，我们可以更好地理解数字视频广播的传输过程，并为相关领域的技术研究和应用提供参考。

ofdm 采样定理（实用版）目录1.OFDM 采样定理概述2.OFDM 采样定理的推导3.OFDM 采样定理的应用4.总结正文1.OFDM 采样定理概述OFDM（正交频分复用）是一种广泛应用于数字通信系统的多载波调制技术。

在 OFDM 系统中，数据流经过一系列的离散傅里叶变换（DFT）和逆离散傅里叶变换（IDFT）操作，将频谱展宽，从而降低子载波之间的相互干扰。

OFDM 采样定理是 OFDM 系统中一个重要的理论基础，它为采样频率和子载波间隔的确定提供了依据。

2.OFDM 采样定理的推导OFDM 采样定理的推导基于奈奎斯特定理。

奈奎斯特定理指出，为了使信号在频域上无失真地恢复，采样频率必须大于信号中最高频率的两倍。

在 OFDM 系统中，信号的最高频率取决于子载波的数量和间隔。

设子载波间隔为Δf，子载波数量为 N，则最高频率为 f_max = NΔf。

根据奈奎斯特定理，采样频率 f_s 应满足：f_s ≥ 2f_max即：f_s ≥ 2NΔf3.OFDM 采样定理的应用OFDM 采样定理在实际应用中具有重要意义。

根据该定理，我们可以合理地选择采样频率和子载波间隔，以降低子载波之间的相互干扰，提高系统性能。

此外，OFDM 采样定理还可以指导我们设计和分析 OFDM 系统的性能，为优化和改进系统提供理论依据。

4.总结OFDM 采样定理是 OFDM 系统中一个重要的理论基础，它为采样频率和子载波间隔的确定提供了依据。

根据该定理，我们可以合理地选择采样频率和子载波间隔，以降低子载波之间的相互干扰，提高系统性能。