CN108490255A - 一种基于两级fft的数字宽带高精度测频方法及系统 - Google Patents

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余洋
李东洋
侯智鹏
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    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
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Abstract

本发明提供了一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频方法及系统，对信号进行零中频AD采样或采样后下变频为零中频后发送给信号处理模块；信号处理模块接收到原始信号后，将信号分为两路，一路作为原始数据进行保存；对另一路数据做FFT；将FFT之后的结果求模运算并进行过门限检测，检测出过门限的信号；以过门限检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频到的零中频位置；将变频之后的信号进行抽取滤波；将抽取滤波后的基带数据发送给上位机；上位机对基带数据做更大点数的FFT，得到更高精度的频率结果。在硬件资源有限的情况下，可以在较高的采样率下依然可以保持较高的测频精度。

Description

一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频方法及系统，涉及电磁信号侦查技术领域。
背景技术
电磁信号频率检测系统是侦查接收机中的重要部分。从接收机原理上区分，测频方法主要分为模拟测频和数字测频。模拟测频主要通过对时域信号检波等方法测量频率，这种方式结构简单，但频率分辨率、测量精度及灵敏度都较差。数字测频方法主要有时频分析法（小波变换）、离散傅里叶变换（DFT）及测相位法等方法。时频分析法虽然可以分析出脉冲信号的脉内细微特征，但是算法较为复杂，不利于工程中快速实现。一般的测相位法是指在一定的延迟时间内测量一组输入信号的相位值，然后通过这些相位值计算出信号的频率信息。相对于其他算法来说，测相位法算法简单，计算速度快，容易硬件实现。但是频率分辨率与信号的脉宽有关，而且在信噪比比较低的情况下误差比较大。
目前在工程中，使用频率最多、应用最广泛的还是离散傅里叶变换。首先对输入信号做离散傅里叶变换，得到信号频域信息，从而对信号频率进行估计；相对于测相位法来说，这种方法是一种比较精准的频率测量方法。随着快速傅里叶变换的发展，这种方法也是现在最常用的测频方法。并且在信号信噪比比较低的情况下，只要进行 FFT 变换的数据长度够长，就可以得到较高的频率估计精度。利用 FFT 方法得到的频率分辨率取决于参与FFT 变换的数据长度，数据越多，频率分辨率越高。但是数据多了，运算量加大，会影响运算速度，增加运算时间。在工程中，我们常常要求更宽的瞬时带宽，更小的频率分辨率，由于硬件限制，实际FFT长度不可能无限长，因此在瞬时带宽足够宽时并不能同时保证频率分辨率也足够小。
发明内容
本发明提供一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频方法及系统，具有在有效的硬件资源下，可以在较高的采样率下保持较高的测频精度的特点。
根据跟发明提供的一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频方法，包括，
信号采集（1），对信号进行零中频AD采样或采样后下变频为零中频后发送给信号处理模块；
频率粗测（2），信号处理模块接收到原始信号后，将信号分为两路，一路作为原始数据进行保存；对另一路数据做FFT；
信号引导（3），将FFT之后的结果求模运算并进行过门限检测，检测出过门限的信号；以过门限检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频到的零中频位置；将变频之后的信号进行抽取滤波；
频率精测（4），将抽取滤波后的基带数据发送给上位机；上位机对基带数据做比频率粗测（2）中更大点数的FFT，得到更高精度的频率结果。
所述信号处理模块采用FPGA。
根据跟本发明提供的一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频系统，包括，
信号采集模块，对信号进行零中频AD采样或采样后下变频为零中频后发送给信号处理模块；
信号处理模块，接收到原始信号后，将信号分为两路，一路作为原始数据进行保存；对另一路数据做FFT；
求模运算模块，将FFT之后的结果求模运算；
过门限检测模块，将求模运算后的信号进行过门限检测，检测出过门限的信号；
信号引导模块，以过门限检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频到的零中频位置；
FIR抽取滤波模块，将变频之后的信号进行抽取滤波；
频率精测模块，将抽取滤波后的基带数据发送给上位机；上位机对基带数据做比频率粗测（2）中更大点数的FFT，得到更高精度的频率结果。
所述信号处理模块采用FPGA。
所述信号处理模块、求模运算模块、过门限检测模块、信号引导模块及FIR抽取滤波模块均采用FPGA。
与现有技术相比，在硬件资源有限的情况下，可以在较高的采样率下依然可以保持较高的测频精度；既减轻了硬件运算压力，降低了成本，同时也保证了较宽的瞬时带宽及较小的频率分辨率。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频方法，包括，
信号采集（1），对信号进行零中频AD采样或采样后下变频为零中频后发送给信号处理模块；
频率粗测（2），信号处理模块接收到原始信号后，将信号分为两路，一路作为原始数据进行保存；对另一路数据做FFT；
信号引导（3），将FFT之后的结果求模运算并进行过门限检测，检测出过门限的信号；以过门限检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频到的零中频位置；将变频之后的信号进行抽取滤波；
频率精测（4），将抽取滤波后的基带数据发送给上位机；上位机对基带数据做比频率粗测（2）中更大点数的FFT，得到更高精度的频率结果。
在硬件资源有限的情况下，在较低占用硬件资源的要求下，在频率粗测（2）中先做一个较低点数的FFT，经过信号引导，再在频率精测（4）中做一个更大点数的FFT，从而保证了在占用较低硬件资源的情况下，得到更高精度的测频结果。
作为本发明的一个实施例，所述信号处理模块采用FPGA。
如图1所示，一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频系统，包括，
信号采集模块，对信号进行零中频AD采样或采样后下变频为零中频后发送给信号处理模块；
信号处理模块，接收到原始信号后，将信号分为两路，一路作为原始数据进行保存；对另一路数据做FFT；
求模运算模块，将FFT之后的结果求模运算；
过门限检测模块，将求模运算后的信号进行过门限检测，检测出过门限的信号；
信号引导模块，以过门限检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频到的零中频位置；
FIR抽取滤波模块，将变频之后的信号进行抽取滤波；
频率精测模块，将抽取滤波后的基带数据发送给上位机；上位机对基带数据做比频率粗测（2）中更大点数的FFT，得到更高精度的频率结果。
作为本发明的一个实施例，所述信号处理模块采用FPGA。
作为本发明的一个实施例，所述信号处理模块、求模运算模块、过门限检测模块、信号引导模块及FIR抽取滤波模块均采用FPGA。
本发明采用的这种交互式的方法对频率进行检测，利用上位机软件无线电技术，减轻了硬件信号处理的压力，降低了硬件成本。同时，硬件对高速信号的预处理保证了较宽的瞬时带宽，上位机对信号的精处理保证了较高的测频精度。
为方便进一步说明，以一个实施例为例进行说明。
设AD为零中频采样，采样率为61.44MHz。FPGA接收到原始数据后，将数据分为两路，将一路原始数据进行保存。同时，对一路数据进行加窗，并做2048点的FFT，此时的频率分辨率为30KHz。对做完FFT后的数据进行求模并通过门限检测，检测出过门限的信号。 以检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频，将检测的信号变到零中频位置。变频完成后，对原始信号进行抽取滤波，设抽取率为6（具体抽取率根据需要的频率精度及实际需要达到的要求进行设定），抽取之后的数据采样率为10.24MHz，此时数据包含待检测信号，且信号位于零中频处。将抽取之后的信号发送给上位机，上位机对数据做16384点FFT，此时的频率分辨率达到了为625Hz。

Claims (5)

1.一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频方法，包括，
信号采集（1），对信号进行零中频AD采样或采样后下变频为零中频后发送给信号处理模块；
频率粗测（2），信号处理模块接收到原始信号后，将信号分为两路，一路作为原始数据进行保存；对另一路数据做FFT；
信号引导（3），将FFT之后的结果求模运算并进行过门限检测，检测出过门限的信号；以过门限检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频到的零中频位置；将变频之后的信号进行抽取滤波；
频率精测（4），将抽取滤波后的基带数据发送给上位机；上位机对基带数据做比频率粗测（2）中更大点数的FFT，得到更高精度的频率结果。
2.根据权利要求1所述的方法，所述信号处理模块采用FPGA。
3.一种基于两级FFT的数字宽带高精度测频系统，其特征在于：包括，
信号采集模块，对信号进行零中频AD采样或采样后下变频为零中频后发送给信号处理模块；
信号处理模块，接收到原始信号后，将信号分为两路，一路作为原始数据进行保存；对另一路数据做FFT；
求模运算模块，将FFT之后的结果求模运算；
过门限检测模块，将求模运算后的信号进行过门限检测，检测出过门限的信号；
信号引导模块，以过门限检测到的信号为引导，对保存的原始信号进行数字下变频到的零中频位置；
FIR抽取滤波模块，将变频之后的信号进行抽取滤波；
频率精测模块，将抽取滤波后的基带数据发送给上位机；上位机对基带数据做比频率粗测（2）中更大点数的FFT，得到更高精度的频率结果。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述信号处理模块采用FPGA。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述信号处理模块、求模运算模块、过门限检测模块、信号引导模块及FIR抽取滤波模块均采用FPGA。
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