本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字噪聲源，同時(shí)還涉及一種采用該噪聲源進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，ADC的采樣位數(shù)越來越寬，導(dǎo)致后續(xù)的計(jì)算也越來越復(fù)雜，計(jì)算過程中產(chǎn)生的位寬也越來愈大。目前FPGA、DSP等數(shù)字器件進(jìn)行濾波、抽取、FFT、數(shù)字下降頻等計(jì)算的時(shí)候，由于位數(shù)有限或者采用定點(diǎn)計(jì)算，而計(jì)算的中間過程將會(huì)造成比采集數(shù)據(jù)更大位寬的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致計(jì)算的時(shí)候的數(shù)據(jù)低位會(huì)丟失，造成很大的誤差。

以近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)(近地表頻率域電磁法觀測(cè)系統(tǒng))為例，通常采用FPGA、DSP、ARM等數(shù)字處理器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的濾波、數(shù)據(jù)的抽取、求取頻點(diǎn)的幅相特性，整個(gè)計(jì)算使用加減乘除等，這個(gè)計(jì)算過程的中間會(huì)產(chǎn)生大位寬的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)高于FPGA、DSP、ARM的位寬要求，造成一定的低位損失，由諧波產(chǎn)生的失真及噪聲就體現(xiàn)在最后的結(jié)果中。從而給近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理造成了一定的數(shù)據(jù)失真。

對(duì)于數(shù)據(jù)失真的處理，常用的有兩種方法：其一是針對(duì)在數(shù)字處理器中低位丟失帶來的影響問題，大多數(shù)情況下直接丟失，忽略諧波失真對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的影響；其二是利用模擬的噪聲源輸入到ADC采樣端，但是由于該噪聲信號(hào)的帶寬、幅度控制等問題處理不妥當(dāng)會(huì)引入新的誤差即噪聲，成本高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，模擬信號(hào)耦合到ADC前端容易引入噪聲、成本高、設(shè)計(jì)復(fù)雜，還需要在數(shù)字端進(jìn)行復(fù)雜的去除該噪聲處理。

再以近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)(近地表頻率域電磁法觀測(cè)系統(tǒng))為例，目前近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)沒有對(duì)低位丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理，導(dǎo)致諧波失真過大，也沒有針對(duì)近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算位寬數(shù)據(jù)丟失問題進(jìn)行任何分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，由于采樣數(shù)據(jù)位寬及數(shù)據(jù)運(yùn)算導(dǎo)致的數(shù)據(jù)位丟失、數(shù)據(jù)失真的問題，提供一種用于數(shù)據(jù)處理用的數(shù)字噪聲源，同時(shí)還提供一種降低誤差的數(shù)據(jù)處理方法。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：一種數(shù)字噪聲源，基于數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)，數(shù)字處理器包括時(shí)鐘觸發(fā)單元、用于在噪聲數(shù)據(jù)生成過程中存儲(chǔ)噪聲數(shù)據(jù)的寄存器A、用于數(shù)據(jù)緩存的1位寄存器B和用于存儲(chǔ)生成后噪聲數(shù)據(jù)的寄存器C；噪聲數(shù)據(jù)的級(jí)數(shù)為N，數(shù)據(jù)格式為A＝(A₁,A₂,…A_n)；時(shí)鐘觸發(fā)單元獲取時(shí)鐘信號(hào)后，更新并生成數(shù)字噪聲，步驟包括：

S1：初始令A(yù)_n＝1，A₁，A₂，……A_n-1均為0；

S2：寄存器B緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁；

S3：時(shí)鐘觸發(fā)單元獲取時(shí)鐘信號(hào)后，數(shù)字處理器按下式計(jì)算噪聲數(shù)據(jù)，A_n＝A_n-1，A_n-1＝A_n-2，……，A₃＝A₂，A₂＝B；

S4：將步驟S3中更新完的數(shù)據(jù)傳遞至寄存器D，并輸出，隨后重復(fù)步驟S2至S4。

優(yōu)選的是：根據(jù)待處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分辨率D1、數(shù)據(jù)有效位D2，獲得數(shù)據(jù)失效精度N，其中N＝D1-D2，N為4～7間的整數(shù)。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采用上述數(shù)字噪聲源，包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字處理器，數(shù)字處理器包括噪聲源生成單元，用以生成數(shù)字噪聲，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出傳遞至數(shù)字處理器，與噪聲源生成單元生成的數(shù)字噪聲合成后，輸出。

數(shù)據(jù)處理方法，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理器，其中數(shù)據(jù)有效位為D2，數(shù)據(jù)分辨率為D1，數(shù)據(jù)失效精度為N，其中N＝D1-D2；具體包括以下步驟：

S1：判斷數(shù)據(jù)丟失位M是否大于數(shù)據(jù)失效精度N，若是則數(shù)據(jù)噪聲級(jí)數(shù)G＝M，若否則G＝N，數(shù)字處理器內(nèi)設(shè)定初始噪聲信號(hào)，A_G＝1，A₁，A₂，……A_G-1均為0，寄存器B內(nèi)緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁；

S2：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)并傳遞至數(shù)據(jù)處理器，傳遞數(shù)據(jù)的同時(shí)，時(shí)鐘觸發(fā)單元被觸發(fā)，數(shù)字處理器開始計(jì)算噪聲信號(hào)，A_G＝A_G-1，A_G-1＝A_G-2，……，A₃＝A₂，A₂＝B；

S3：步驟S2中計(jì)算生成的噪聲信號(hào)傳遞至寄存器D，并輸出，與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)疊加；若疊加后的數(shù)據(jù)與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的位寬相同，則采用的疊加后生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理；所疊加后數(shù)據(jù)位寬大于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的位寬，則去掉疊加后數(shù)據(jù)的低位數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的位寬等于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的初始輸出數(shù)據(jù)位寬，并采用該數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理；

S4：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器是否繼續(xù)向數(shù)據(jù)處理器傳遞數(shù)據(jù)，若是，若否則反饋步驟S2，若否，則數(shù)據(jù)處理結(jié)束。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提出了一種用于數(shù)據(jù)處理(例如：近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng))的可變參數(shù)數(shù)字Dither噪聲源，補(bǔ)償?shù)浇乇鞦DEM觀測(cè)系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)中，在一定程度上彌補(bǔ)該失真，在最后計(jì)算的過程中丟失相應(yīng)的低位也能減少諧波失真及量化誤差帶來的影響。

(2)本方法在減少計(jì)算數(shù)據(jù)低位丟失影響的同時(shí)，還能節(jié)約成本，節(jié)省FPGA、DSP或ARM中的設(shè)計(jì)資源，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便。

(3)現(xiàn)有技術(shù)中，要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)耦合到ADC的前端，還需要在數(shù)字段進(jìn)行復(fù)雜的去處噪聲的處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將數(shù)字噪聲源配置在數(shù)字處理器內(nèi)部，與將數(shù)字噪聲源添加在ADC采樣端相比，由于降低了ADC量化誤差帶來的噪聲，可減少諧波失真帶來的影響，從而進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理的精度。

附圖說明

圖1為數(shù)字處理流程示意圖。

圖2為引入數(shù)字噪聲源的數(shù)字處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行清楚完整地描述。顯然，具體實(shí)施方式所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明具體實(shí)施方式首先提供了一種數(shù)字噪聲源，基于數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)，其中數(shù)字處理器可以采用FPGA、ARM、DSP等。

數(shù)字處理器包括時(shí)鐘觸發(fā)單元、用于在噪聲數(shù)據(jù)生成過程中存儲(chǔ)噪聲數(shù)據(jù)的寄存器A、用于數(shù)據(jù)緩存的1位寄存器B和用于存儲(chǔ)生成后噪聲數(shù)據(jù)的寄存器C；噪聲數(shù)據(jù)的級(jí)數(shù)為N，噪聲數(shù)據(jù)格式為A＝(A₁,A₂,…A_n)，即為n×1階序列；時(shí)鐘觸發(fā)單元獲取時(shí)鐘信號(hào)后，更新并生成數(shù)字噪聲，也就是說，時(shí)鐘觸發(fā)單元每獲得一次觸發(fā)信號(hào)，則更新輸出一組噪聲數(shù)據(jù)。

數(shù)字噪聲的具體生成步驟包括：

S1：初始令A(yù)_n＝1，A₁，A₂，……A_n-1均為0；即初始噪聲數(shù)據(jù)為(0,0,0，…0,1)；

S2：寄存器B緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁；即B＝0；

S3：時(shí)鐘觸發(fā)單元獲取時(shí)鐘信號(hào)后，數(shù)字處理器按下式計(jì)算噪聲數(shù)據(jù)，A_n＝A_n-1，A_n-1＝A_n-2，……，A₃＝A₂，A₂＝B；即計(jì)算后，A_n＝0，A_n-1＝0，……，A₃＝0，A₂＝0，此時(shí)，獲取的噪聲數(shù)據(jù)為(1,0,0，…0,0)；

S4：將步驟S3中更新完的數(shù)據(jù)傳遞至寄存器D，并輸出，隨后重復(fù)步驟S2至S4。

舉例來說，第一組數(shù)字噪聲生成后，寄存器B緩存數(shù)據(jù)B＝1，當(dāng)時(shí)鐘觸發(fā)單元第二次獲取時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)后，此時(shí)，計(jì)算數(shù)字噪聲為，A_n＝0，A_n-1＝0，……，A₃＝0，A₂＝1，此時(shí)，獲取的噪聲數(shù)據(jù)為(0,1,0，…0,0)。隨后，寄存器B緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁；即B＝0；且當(dāng)時(shí)鐘觸發(fā)單元第三次獲取時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)后，繼續(xù)計(jì)算數(shù)字噪聲。

根據(jù)待處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分辨率D1、數(shù)據(jù)有效位D2，獲得數(shù)據(jù)失效精度N，其中N＝D1-D2，N為4～7間的整數(shù)。

具體的說，考慮到數(shù)字噪聲的應(yīng)用領(lǐng)域，以近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)(近地表頻率域電磁法觀測(cè)系統(tǒng))的應(yīng)用為例：根據(jù)一般近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)的ADC采集精度，采用24bit的高精度ADC，其中有效位為20bit左右，如果分辨率大于24bit，則分辨率減去有效位得到的結(jié)果要大于4，目前的ADC最高位數(shù)不高于32bit，而分辨率減去有效位的差值不大于7bit，根據(jù)目前的數(shù)字處理器的計(jì)算位數(shù)，一般后續(xù)處理時(shí)不會(huì)大于7bit的丟失精度。因此根據(jù)該要求，設(shè)計(jì)的Dither數(shù)字噪聲源采用4至7級(jí)來設(shè)計(jì)。

本實(shí)施例進(jìn)一步提供一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用上述數(shù)字噪聲源，包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字處理器，數(shù)字處理器包括噪聲源生成單元，用以生成數(shù)字噪聲，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出傳遞至數(shù)字處理器，與噪聲源生成單元生成的數(shù)字噪聲合成后，輸出。

本實(shí)施例進(jìn)一步提供一種數(shù)據(jù)處理方法，其數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示，當(dāng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，首先計(jì)算數(shù)據(jù)的失效精度。數(shù)據(jù)的失效精度是由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器在采集數(shù)據(jù)的過程中產(chǎn)生的，取決于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器本身的性質(zhì)，與采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)有效位以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率有關(guān)。計(jì)算數(shù)據(jù)的失效精度需要用到數(shù)據(jù)的有效位和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率。其中數(shù)據(jù)有效位可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中公開的算法計(jì)算，此處不做過多介紹。

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理器，其中數(shù)據(jù)有效位為D2，數(shù)據(jù)分辨率為D1，數(shù)據(jù)失效精度為N，其中N＝D1-D2；數(shù)據(jù)處理方法具體包括以下步驟：

S1：判斷數(shù)據(jù)丟失位M是否大于數(shù)據(jù)失效精度N，若是則數(shù)據(jù)噪聲級(jí)數(shù)G＝M，若否則G＝N，數(shù)字處理器內(nèi)設(shè)定初始噪聲信號(hào)，A_G＝1，A₁，A₂，……A_G-1均為0，寄存器B內(nèi)緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁。其中數(shù)據(jù)失效位是由數(shù)據(jù)處理器的自身性質(zhì)決定的。由于初始待處理數(shù)據(jù)的位寬是不同的，處理過程中，由于后續(xù)噪聲數(shù)據(jù)的引入，數(shù)據(jù)的位寬會(huì)進(jìn)一步發(fā)生變化，因此待處理數(shù)據(jù)的位寬與處理器自身性質(zhì)(32位，64位)等產(chǎn)生沖突，超過數(shù)據(jù)處理器位數(shù)的數(shù)據(jù)將會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，丟失的位數(shù)稱為數(shù)據(jù)丟失位。

S2：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)并傳遞至數(shù)據(jù)處理器，傳遞數(shù)據(jù)的同時(shí)，時(shí)鐘觸發(fā)單元被觸發(fā)，數(shù)字處理器開始計(jì)算噪聲信號(hào)，A_G＝A_G-1，A_G-1＝A_G-2，……，A₃＝A₂，A₂＝B。

S3：步驟S2中計(jì)算生成的噪聲信號(hào)傳遞至寄存器D，并輸出，與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)疊加；若疊加后的數(shù)據(jù)與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的位寬相同，則采用的疊加后生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理；所疊加后數(shù)據(jù)位寬大于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的位寬，則去掉疊加后數(shù)據(jù)的低位數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的位寬等于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的初始輸出數(shù)據(jù)位寬，并采用該數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理。其中，初始數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)位寬是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)位寬，直接根據(jù)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)即可定義；也就是說，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字轉(zhuǎn)換位數(shù)是多少，其輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)初始位就是多少。

具體的說，由于數(shù)字噪聲與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)疊加后生成數(shù)據(jù)的位寬不確定，可能與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的初始位寬相同或大于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的初始位寬，若與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的初始位寬相同，加入噪聲處理后的數(shù)據(jù)為所需數(shù)據(jù)，可直接用于后續(xù)數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算；但若大于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)的初始位寬，則需要進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理。以近地表FDEM觀測(cè)系統(tǒng)(近地表頻率域電磁法觀測(cè)系統(tǒng))的應(yīng)用為例，若引入數(shù)字噪聲疊加后的數(shù)據(jù)大于24bit，那么這數(shù)據(jù)中高24bit的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)，剩余的低位數(shù)據(jù)就是需要去掉的低位數(shù)據(jù)，也就是說，如果處理后的數(shù)據(jù)為25bit，則需要去掉第1位數(shù)據(jù)，如果為26位，則需要去掉第1位和第2位數(shù)據(jù)，以獲得24bit數(shù)據(jù)。將該數(shù)據(jù)用作后續(xù)處理。

S4：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器是否繼續(xù)向數(shù)據(jù)處理器傳遞數(shù)據(jù)，若是，若否則反饋步驟S2，若否，則數(shù)據(jù)處理結(jié)束。