基于Zynq的多通道频谱监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Zynq的多通道频谱监测方法,所述的方法包括以下步骤：步骤一、命令控制及数据收集，步骤二、数字下变频。本发明专利技术通过高带宽监测通道，用户可大致(频率步进为Fs1/L)观察监视大的频带范围内的信号，若发现该频带内有疑似异常信号，可大致确定信号所在的信道；通过配置高精度监测通道参数可对疑似异常信道内的信号进行精度跟高(Fs2/L)的监测，从而与预期信号作对比，最终判断信号是否异常。高精度监测通道可提供比高带宽监测通道高Fs1/Fs2倍的监测精度；三个高精度监测通道效果类似，故而可提供三个高精度监测通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及频谱监测和分析
，具体涉及一种基于Zynq的多通道频谱高带宽及高精度监测方法。
技术介绍
频谱监测和分析是宽带数字接收机所必需具备的也是最重要的功能之一，频谱捕获时间(频谱扫描速度)和频谱分辨率是评价数字接收机的频谱分析识别的能力的两个最重要的指标；目前对于频谱监测领域，实现信号频谱监测的方法是接收中频信号并对其进行下变频处理将信号搬移到基带，将基带信号通过滤波器滤波获得I/Q信号，再对基带信号进行FFT运算(FFT长度为L)，最后提取FFT的幅频响应并显示；由于在监测过程中，要尽量监测较宽的频带，故而下变频处理时要维持较高采样率(Fs)，在对基带滤波时也要采用宽带滤波器。且传统方法在实现上采用“信号处理板+计算机”的方式，利用信号处理板上的FPGA对接收信号进行处理获得I/Q信号，再将I/Q信号送到计算机端完成后续处理。现有技术由于受限于要进行点数较长的FFT运算时的算法复杂度以及资源占用度；在具体实现时不可能将FFT点数设置太大，从而导致频率步进(Fs/L)过大，即频谱监测的精度过小，对于需要精细监测的信道来说便无法满足应用需求；同时，现有技术在计算机中需要完成大量的运算处理，使得计算机资源消耗较大，处理速度较慢。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种基于Zynq的多通道频谱高带宽及高精度监测方法。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于Zynq的多通道频谱监测方法,所述的方法包括以下步骤：步骤一、命令控制及数据收集通过AXI总线与FPGA逻辑进行连接，通过AXI总线下发数字DDC混频所需的中心频率ω的参数、滤波器带宽参数、FFT运算参数；同时通过AXI总线收集经过FPGA处理的频谱数据，并将频谱送到显示器进行显示；步骤二、数字下变频根据中心频率值ω产生一对相互正交的混频信号，与接收到的信号进行混频，将信号搬移到基带，通过低通滤波器对混频信号滤波，再对其进行抽取从而降低信号的采样率。更进一步的技术方案是还包括频谱计算步骤，所述频谱计算包括FFT运算和幅频计算；先对经过DDC处理的数据进行FFT运算，然后再通过幅频计算提取FFT数据的幅度信息。更进一步的技术方案是步骤一中所述将频谱送到显示器进行显示是：通过显示程序将ARM收集的数据通过HDMI发送到显示器进行显示。本专利技术同时保持一路高采样率(Fs1)三路较低采样率(Fs2，Fs3，Fs4)可同时满足高宽带监测和高精度监测的应用需求。且采用Zynq架构实现；由于Zynq同时集成了FPGA和ARM资源相当于传统的“信号处理板+计算机”，具备高速并行处理能力以及高效的进程调度能力。现将所有的数字信号处理部分都放到FPGA中完成而非ARM完成，因FPGA的并行处理能力，最大程度上提升了对数据流的处理能力，降低了ARM处理器的资源消耗，使得其可以完成后续的显示任务。采用Zynq架构可对多路信号进行实时并行处理，并将处理数据在终端进行显示，从而可同时实现一路高宽带信号粗略监测和多个窄带信号的高精度监测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一路高带宽监测通道和三路高精度监测通道；通过高带宽监测通道，用户可大致(频率步进为Fs1/L)观察监视大的频带范围内的信号，若发现该频带内有疑似异常信号，可大致确定信号所在的信道；通过配置高精度监测通道参数可对疑似异常信道内的信号进行精度跟高(Fs2/L)的监测，从而与预期信号作对比，最终判断信号是否异常。高精度监测通道可提供比高带宽监测通道高Fs1/Fs2倍的监测精度；三个高精度监测通道效果类似，故而可提供三个高精度监测通道。附图说明图1为本专利技术一个实施例的方法流程原理图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、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。下面结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。如图1所示，根据本专利技术的一个实施例，本实施例公开一种基于Zynq的多通道频谱监测方法,该方法的实现包括四个部分：命令控制及数据收集部分；数字下变频(DDC)部分；幅频计算部分；频谱显示部分。其中，命令控制及数据收集部分：该部分位于Zynq的ARM中，通过AXI总线与FPGA逻辑进行连接，通过AXI总线下发数字DDC混频所需的中心频率ω的参数、滤波器带宽参数、FFT运算参数；同时通过AXI总线收集经过FPGA处理的频谱数据，并将频谱送到显示器进行显示。数字下变频部分：根据中心频率值ω产生一对相互正交的混频信号sin(nω)和cos(nω)，与接收到的信号进行混频，将信号搬移到基带，通过低通滤波器对混频信号滤波，再对其进行抽取从而降低信号的采样率(Fs)。频谱计算部分：该部分包含FFT运算和幅频计算；该部分先对经过DDC处理的数据进行FFT运算，然后再通过幅频计算提取FFT数据的幅度信息。频谱显示部分：该部分通过显示程序将ARM收集的数据通过HDMI发送到显示器进行显示。具体的，如图1所示，本实施例的具体控制流程如下：第一步：ARM通过AXI总线下发需要监测的频谱带命令，包括中心频率ω1和带宽B1以及FFT运算的长度L1；DDC1将通道1的混频信号调谐到sin(ω1)及cos(ω1)，并将滤波器带宽设置为B1；通过FFT及幅频计算后得到频谱数据；频谱数据通过AXI总线传送到ARM端，ARM端将收集到的数据进行显示；此时在显示器上将显示中心频率为ω1带宽为B1的频谱带，并观察该带内的信号状态。第二步：若此时用户需要对B1频谱带中发现的某一段信号进行精度更高的监测，只需要通过命令下发通道下发该段信号的中心频率ω2及相应带宽B2以及FFT运算长度，由于DDC2是通过抽取的，故而采样率(Fs2)降低，所以在相同FFT运算长度(L)的情况下能够明显降低频率步进(Fs2/L)，从而提高该频段的监测精度。若还需分析其他频段只需要重复第二步操作即可，该专利技术总共提供一路高带宽监测通道和三路高精度监测通道。举例说明：本实施例中若采用70MHz中频信号，中频信号的采样率为Fs0＝102.4MHz；设置第一路DDC的中心频率ω1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Zynq的多通道频谱监测方法,其特征在于：所述的方法包括以下步骤：步骤一、命令控制及数据收集通过AXI总线与FPGA逻辑进行连接，通过AXI总线下发数字DDC混频所需的中心频率ω的参数、滤波器带宽参数、FFT运算参数；同时通过AXI总线收集经过FPGA处理的频谱数据，并将频谱送到显示器进行显示；步骤二、数字下变频根据中心频率值ω产生一对相互正交的混频信号，与接收到的信号进行混频，将信号搬移到基带，通过低通滤波器对混频信号滤波，再对其进行抽取从而降低信号的采样率。

【技术特征摘要】
1.一种基于Zynq的多通道频谱监测方法,其特征在于：所述的方法包括以下
步骤：
步骤一、命令控制及数据收集
通过AXI总线与FPGA逻辑进行连接，通过AXI总线下发数字DDC混频所需
的中心频率ω的参数、滤波器带宽参数、FFT运算参数；同时通过AXI总
线收集经过FPGA处理的频谱数据，并将频谱送到显示器进行显示；
步骤二、数字下变频
根据中心频率值ω产生一对相互正交的混频信号，与接收到的信号进行混
频，将信号搬移到基带，通过低通滤波器对混频...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永国，莫舸舸，
申请(专利权)人：成都华日通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51