數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用

靳文亮

（商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)和通信工程等領(lǐng)域其憑借著可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，在電子信息工程的發(fā)展領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在數(shù)字及數(shù)字信息處理技術(shù)的幫助下，電子信息技術(shù)得到了改革和創(chuàng)新，在技術(shù)方面得到了進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也為科學(xué)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)概述

1.1 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的內(nèi)涵

從技術(shù)定義的角度來看，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是指對(duì)目標(biāo)信號(hào)使用數(shù)字的表現(xiàn)形式并用特殊的數(shù)字處理技術(shù)進(jìn)行處理，從而使得目標(biāo)信號(hào)能夠被應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為一種新形式的信號(hào)處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)最大的不同是更加適用于現(xiàn)代科技領(lǐng)域的信號(hào)微處理。現(xiàn)代科技領(lǐng)域要求信息處理技術(shù)更加快速和精確，而數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)剛好能夠滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的要求，因此能夠被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展[1]。就當(dāng)下涉及到情況來看，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已經(jīng)在航空、科學(xué)、醫(yī)療以及雷達(dá)等領(lǐng)域中得到很好地應(yīng)用，并占據(jù)了重要地位。

1.2 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的特點(diǎn)

從數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的核心內(nèi)容來看，主要作用是分析和提取數(shù)字信號(hào)，在提取的同時(shí)將所提取到的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而在此過程中識(shí)別和篩選無效信號(hào)，從而提高識(shí)別效率。以往的信息處理技術(shù)的信號(hào)處理方式難以修改信號(hào)參數(shù)，也難以篩選無效信號(hào)，需要工作人員進(jìn)行二次處理。此外，傳統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)無法準(zhǔn)確感知外部環(huán)境，無法分析外部環(huán)境的變化。二進(jìn)制邏輯技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)采用的一種技術(shù)，能夠快速捕捉外界環(huán)境中出現(xiàn)的各種感官水平所發(fā)生的變化并及時(shí)作出反應(yīng)，具有很強(qiáng)的靈敏性，比傳統(tǒng)的信息處理技術(shù)更加穩(wěn)定，能夠保證數(shù)字信號(hào)更加穩(wěn)定地輸入和輸出。隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字信號(hào)的處理技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用范圍也更加廣泛，適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，人們可以通過相關(guān)的軟件系統(tǒng)修改數(shù)字信號(hào)的參數(shù)，從而提高數(shù)字信號(hào)處理器在各種科技環(huán)境下的運(yùn)行效率。

1.3 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的信息處理技術(shù)為模擬信號(hào)信息處理技術(shù)。相較于傳統(tǒng)模式而言，數(shù)字信號(hào)針對(duì)設(shè)備和軟件所采用的處理方式更加多樣化，且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，比傳統(tǒng)模式更加靈活，所適用的人群也更加廣泛[2]。以計(jì)算機(jī)行業(yè)為例，計(jì)算機(jī)行業(yè)的工作人員處理信號(hào)時(shí)，用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)代替原始的調(diào)制解調(diào)器，工作效率更高，針對(duì)性更強(qiáng)，能夠充分發(fā)揮數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理技術(shù)中具有專屬的傳輸通道，可以針對(duì)性地進(jìn)行傳輸和計(jì)算，在實(shí)現(xiàn)指令的同時(shí)能夠及時(shí)處理信號(hào)數(shù)據(jù)，提高了信息處理效率。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)采用的是超大規(guī)模的集成電路，比其他信號(hào)處理器體積更小，集成度更高，在用途和功能方面的性能比其他處理器要高很多。

1.4 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在科技領(lǐng)域的不足

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在我國的起步較晚，目前尚處于發(fā)展階段。雖然數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在模擬信號(hào)方面占據(jù)重要地位，但是自然界的信號(hào)大多數(shù)為模擬信號(hào)。目前，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在處理自然界信號(hào)時(shí)仍然存在一定的缺陷，且在面對(duì)復(fù)雜性較高的高頻信號(hào)時(shí)，實(shí)際的應(yīng)用過程存在困難[3]。

2 電子信息工程的現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，電子信息技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于生活的方方面面。為了維持電子信息工程的可持續(xù)發(fā)展，電子信息工程的相關(guān)工作人員需要以此為目標(biāo)，合理利用數(shù)字信息技術(shù)處理不同的信息，并且使其廣泛應(yīng)用于社會(huì)與生活中。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相關(guān)工作人員必須結(jié)合電子信息工程在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，使用不同的手段推動(dòng)電子信息工程的普遍化進(jìn)程，不斷提高電子信息工程的技術(shù)水平，促進(jìn)電子信息工程的可持續(xù)發(fā)展。由于電子信息工程在我國起步較晚，在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在一些問題，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，由于我國屬于發(fā)展中國家，相對(duì)于發(fā)達(dá)國家，在技術(shù)領(lǐng)域還存在一定的差距。很多科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品引進(jìn)于發(fā)達(dá)國家，且引進(jìn)的技術(shù)并非是所引進(jìn)國家最先進(jìn)的技術(shù)[4]。另一方面，我國電子信息工程的發(fā)展需要相應(yīng)的人才，而目前電子信息技術(shù)專業(yè)人才欠缺，導(dǎo)致我國電子信息工程發(fā)展受限。

3 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在電子信息工程中的應(yīng)用

3.1 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在軟線無線電系統(tǒng)中的應(yīng)用

軟件無線電是一種將設(shè)備硬件作為通信載體的一種新型通信模式。它要實(shí)現(xiàn)通信，需要借助移動(dòng)終端或者是相應(yīng)的PC軟件。利用數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)，無線電通信可以通過各種軟件形式實(shí)現(xiàn)通信。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)主要通過數(shù)字信號(hào)的變頻和A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)無線通信。軟件無線通信系統(tǒng)在通信過程中需要把設(shè)備發(fā)出的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為寬帶信號(hào)，然后利用寬帶傳遞通信數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)通信。因此，在實(shí)際操作時(shí)，需要利用A/D變換器量化使用設(shè)備中的中頻信號(hào)，從而使數(shù)字信號(hào)處理器轉(zhuǎn)化的中頻信號(hào)能夠被終端設(shè)備使用。終端設(shè)備指的是無線通信軟件。對(duì)于無線電系統(tǒng)來說，A/D轉(zhuǎn)換器具有重要作用，使用者必須要先用轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化信號(hào)，然后通過數(shù)字變頻的方式變頻處理信號(hào)，才能做好相關(guān)數(shù)據(jù)的工作，其中包括濾波和變頻等相關(guān)工作內(nèi)容。濾波作為數(shù)字信號(hào)最關(guān)鍵的構(gòu)成之一，要想對(duì)其進(jìn)行操作，應(yīng)該對(duì)濾波進(jìn)行采樣。例如，假設(shè)實(shí)驗(yàn)者采樣的數(shù)字系統(tǒng)大小為25 MHz，采樣率需要大于30 MHz，則操作者應(yīng)該提供至少具有5 000 MIPS計(jì)算能力的數(shù)字變頻才可以滿足需求。操作者可以利用眾多的數(shù)字信號(hào)處理器達(dá)到組合效果，從現(xiàn)在的技術(shù)來看，只有數(shù)字信號(hào)處理器芯片能夠植入編程功能可以完成變頻任務(wù)。

3.2 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)器人越來越多，數(shù)字信號(hào)處理在機(jī)器人領(lǐng)域的影響越來越大。近年來，在構(gòu)造大多數(shù)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，核心程序基本上都是借助USB總線，利用移動(dòng)卡操控機(jī)器人，通過設(shè)置相關(guān)的環(huán)境探測(cè)設(shè)備達(dá)到監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境路程的目的。制造者可以操控機(jī)器人核心系統(tǒng)中設(shè)置的移動(dòng)目標(biāo)以獲取相關(guān)定位。在機(jī)器人移動(dòng)過程中，可以利用環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)繞開相應(yīng)的障礙物順利移動(dòng)，其中最重要的是機(jī)器人攜帶的運(yùn)動(dòng)卡，而數(shù)字信號(hào)處理器是運(yùn)動(dòng)卡的關(guān)鍵。利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)器人移動(dòng)控制卡的過程中，數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)步進(jìn)電機(jī)有著很大的影響，起到了適應(yīng)性的推動(dòng)作用。移動(dòng)機(jī)器人操作中，必須要通過步進(jìn)電機(jī)收集外部信息數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用USB總線將收集的環(huán)境信息上傳到相應(yīng)的計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行核算、分析以及判斷，從而發(fā)出相應(yīng)的移動(dòng)指令。在上位計(jì)算機(jī)運(yùn)算過程中，首先要轉(zhuǎn)換機(jī)器人收集的周邊環(huán)境信息，將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器人所能識(shí)別的脈沖。真正操控機(jī)器人移動(dòng)的是相應(yīng)的脈沖信號(hào)，主要控制機(jī)器人內(nèi)部的電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。數(shù)字信號(hào)處理器最重要的任務(wù)是利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖，借助處理器輸出的脈沖信號(hào)精準(zhǔn)操控移動(dòng)機(jī)器人。

3.3 數(shù)字信號(hào)在短波通信中的應(yīng)用

在短波通信中，數(shù)字信號(hào)處理器具有十分重要的作用，主要包括信號(hào)通道擴(kuò)頻、音頻信號(hào)處理以及信號(hào)通道掃描等，還有圖像傳輸功能。在短波通信中，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)能夠調(diào)整射頻信號(hào)，利用中頻信號(hào)的特點(diǎn)數(shù)字化處理信號(hào)模塊，完成音頻信號(hào)的傳輸工作。在目前的短波通信中，最重要的技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)[5]。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)除了輸出音頻信號(hào)這一基本功能外，還具有數(shù)字量化基帶信號(hào)和ACG輸出功能。ACG信號(hào)的主要作用是放大信號(hào)幅度和模擬前端操作，在終端設(shè)備進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，最大程度避免信號(hào)量化過程產(chǎn)生各類噪聲。

3.4 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

數(shù)字信號(hào)處理器是通信系統(tǒng)的核心構(gòu)成。科研人員要想理清復(fù)雜多變的無線電通信技術(shù)，必須借助數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。一方面，在無線電運(yùn)作過程中，相關(guān)人員可以利用A/D變換器處理重要信息，逐漸將信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)。另一方面，利用數(shù)字變頻功能，在數(shù)字轉(zhuǎn)換的同時(shí)可以進(jìn)行信息的變頻轉(zhuǎn)化。只有借助這兩種方式，才可以確保無線通信任務(wù)順利完成。

4 結(jié) 論

目前，在電子信息工程的發(fā)展過程中，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將其煩瑣的運(yùn)用過程變得更加便捷。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)，極大地彌補(bǔ)了常規(guī)信號(hào)處理技術(shù)中的不足。在當(dāng)下的電子信息工程發(fā)展中，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)承載了較多的技術(shù)應(yīng)用和研發(fā)功能，未來將被運(yùn)用到更多行業(yè)和領(lǐng)域，從而促進(jìn)我國社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展。