一种基于逐点贯序分步处理流程的FFT方法技术

本发明专利技术提供一种基于逐点贯序分步处理流程的FFT方法，利用FFT的线性性质实现逐点贯序分步处理，将一个N点FFT拆分为N个简单序列的FFT相加，利用查表法减少简单序列FFT变换时间，最终提高整个序列的变换效率。该方法可以在待变换序列不完备的条件下，提前对先入数据进行预处理，待序列完整后，即可输出FFT变换结果。该方法将FFT的整体处理时间碎片化，充分利用数据的准备过程时间完成变换工作，特别适用于流水处理结构的雷达信号处理系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所涉及的是FFT (Fast Fourier Transformat1n，快速傅里叶变换)方法研究领域，特别涉及一种基于逐点贯序分步处理流程的FFT方法，可以应用于雷达信号处理系统中。
技术介绍
FFT是离散傅立叶变换的快速算法，可实现信号序列在时域与频域间快速转换。FFT算法根据离散傅立叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对其变换算法进行改进而获得。它对离散傅立叶变换的理论没有新的发现，但是在计算机系统或者数字信号处理系统等采用二进制处理器的系统中，该算法可以快速获得所需结果。FFT算法在雷达信号处理中有着广泛的应用，例如:回波时频域转换、脉冲压缩处理、相参积累处理、目标多普勒计算等。常规FFT运算需对输入离散序列整体进行处理，输出与该序列相同点数的新离散序列。而输入离散序列的准备过程是一个时间等待过程，若在等待过程中对先入数据进行预处理，把序列的整体处理时间分散到序列数据的准备时间中去，则可以大大缩短FFT运算时间，提高系统实时处理能力。其中，论文《基于逐点扫描FFT法的跳频信号参数估计》提出了一种新的跳频信号参数估计方法(《遥测遥控》2013年第34卷第5期)，采用逐点步进的方法进行多次FFT计算，通过分析其频谱特性判断跳频信号的跳变时刻，将跳频信号序列按跳频频率分割为多个单频率信号分量，再综合提取跳频信号的时频参数。该方法中提到的逐点扫描FFT法是一种滑窗步进式的FFT处理方法，每次滑窗后均需进行一次FFT运算，且在滑窗序列填满之前，无法进行FFT处理，整个处理流程仍然是基于传统的FFT方法，在FFT的处理流程和处理速度上并没有改进和提升。申请号为CN200910146777的专利《一种流水式FFT/IFFT的处理系统》公开了一种流水式FFT/IFFT的处理系统。该系统通过计算结合缓存的方式实现流水式处理，FFT/IFFT处理前仍需整体序列完整，没有实现FFT处理时间的碎片化。申请号为CN200910080477的专利《一种可变点数流水线FFT处理器》公开了一种可变点数流水线FFT处理器，通过两级点数可变的FFT处理模块以及中间数据存储子模块实现FFT的流水线处理。其流水处理方式是基于两个并行处理模块实现，在序列未完整之前，仍无法实现FFT处理。申请号为CN200910054018的专利《基于FPGA实现并行结构FFT处理器的方法》公开了一种基于FPGA实现并行结构FFT处理器的方法。该方法的核心思想是将N点的FFT运算的表达式转化为Μ段(每段Ν/Μ个点)FFT运算，以提高FFT的处理速度。该方法并没有改变传统FFT算法序列数据整体处理的方式。申请号为CN201010278997的专利《基于FPGA实现高速FFT处理的方法》公开了一种基于FPGA实现高速FFT处理的方法。该方法是通过对输入数据进行逐级奇偶分组，降低FFT处理运算量，达到FFT快速运算的目的。该方法对输入序列有完整性要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过一种基于逐点贯序分步处理流程的FFT方法，解决FFT运算要求对输入序列完整性的问题。该方法应用于雷达信号处理系统中，可充分利用数据准备时间进行FFT处理，节省了运算时间，提高了系统实时性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种基于逐点贯序分步处理流程的FFT方法，其中:—个完整序列x(n)中的多个元素，按照设定的时间间隔逐点贯序进入；S1、对于进入序列中的第m个元素x(m)，进行逐点贯序分步处理；S2、根据x(m)在序列中的位置，形成相应的归一化简单序列的时域表征ajn)，并保存相应的归一化系数S3、通过查表方法获得ajn)进行FFT变换后的归一化简单序列频域表征bjn);S4、利用A?对b>)进行加权处理形成序列yjn)，将yni(n)与前序m_l个元素的求和结果y (η)累加，形成新的y (n):y (η) = y (η) +ym(η)；通过步骤S1-S4完成一次逐点贯序分步处理过程，并等待第m+1个元素进入序列；对进入的第m+1个元素重复执行步骤S1-S4的逐点贯序分步处理；当所有元素完成进入，且最后一个元素的逐点贯序分步处理结束，y(n)更新完毕后作为完整序列X (η)的FFT变换结果输出。优选地，所述第m个元素x(m)进入序列之后，将其转换成简单序列Χπι(η)，再以该序列中的最大值为基准进行归一化处理，获得归一化简单序列的时域表征ajn)。优选地，在RAM中，预先存有对应于各个位置的元素的归一化简单序列的时域表征的、经过FFT变换得到的归一化简单序列的频域表征；在相应位置的元素进入序列时，在RAM中利用查表方式直接读取相应位置的归一化简单序列频域表征的数值。优选地，利用AJt b m(n)进行加权处理的公式为ym(n) = AmXbm (η)。本专利技术针对常规FFT算法对序列的完整性要求提出的。本专利技术中利用FFT的线性性质实现逐点贯序分步处理，将一个N点FFT拆分为N个简单序列的FFT相加，利用查表法减少简单序列FFT变换时间，最终提高整个序列的变换效率。与
技术介绍
相比，本专利技术中的逐点贯序分步处理方式有较大区别:常规的FFT算法将输入序列视为一个整体进行处理，要求输入序列是一个完整序列。相对于常规的FFT算法，本专利技术涉及的FFT算法具有逐点贯序分步处理能力。可以在待变换序列不完备的条件下，提前对先入数据进行预处理，待序列完整后，即可输出FFT变换结果。该方法将FFT的整体处理时间碎片化，充分利用数据的准备时间完成变换工作，特别适用于流水处理结构的雷达信号处理系统。在雷达信号处理系统中存在大量FFT运算环节，诸如时频变换、脉冲压缩、相参积累、多普勒计算等。采用本专利技术的技术，对FFT进行逐点贯序分步处理，能够充分利用数据准备时间完成数据预处理，碎片化整体处理时间，快速获取变换结果，提高雷达系统实时性。将本专利技术应用于雷达系统中，可以满足实验室内场测试与外场验证要求，具有工程可实现性。【附图说明】【附图说明】:图1为FFT算法线性性质描述的原理图。图2为序列元素贯序输入形成完整序列的示意图。图3为归一化简单序列时域与频域关系对应图；其中，图3a是归一化简单序列时域图形，图3b是对应的归一化简单序列频域图形。图4为归一化简单序列FFT存储与查表的示意图。图5为逐点贯序分步处理流程的示意图。【具体实施方式】基于逐点贯序分步处理流程的FFT方法利用FFT的线性性质实现变换处理。FFT的线性性质描述如下:若有N 点序列 X (η) = ，x2 (η) = ，χ3(η) = ，...，xN(n) = ，则满足以下公式:FFT (χ (η)，N) = FFT (Xl (η)，N) +FFT (x2 (η)，N) +...+FFT (xN (η)，N)式中，FFT (χ (η)，N)是指对x (n)序列作N点FFT运算。可以看出，对序列x(n)进行整体FFT变换，可以等效为对N个简单序列Xl (η)?xN(n)的FFT变换后的总和，即FFT具有线性特性。基于以上特性可实现逐点贯序分步FFT处理:当χ (1)进入序列χ (η)，即进行FFT (Χι (η)，Ν)运算当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于逐点贯序分步处理流程的FFT方法，其特征在于，一个完整序列x(n)中的多个元素，按照设定的时间间隔逐点贯序进入；S1、对于进入序列中的第m个元素x(m)，进行逐点贯序分步处理；S2、根据x(m)在序列中的位置，形成相应的归一化简单序列的时域表征am(n)，并保存相应的归一化系数Am；S3、通过查表方法获得am(n)进行FFT变换后的归一化简单序列频域表征bm(n)；S4、利用Am对bm(n)进行加权处理形成序列ym(n)，将ym(n)与前序m‑1个元素的求和结果y(n)累加，形成新的y(n)：y(n)＝y(n)+ym(n)；通过步骤S1‑S4完成一次逐点贯序分步处理过程，并等待第m+1个元素进入序列；对进入的第m+1个元素重复执行步骤S1‑S4的逐点贯序分步处理；当所有元素完成进入，且最后一个元素的逐点贯序分步处理结束，y(n)更新完毕后作为完整序列x(n)的FFT变换结果输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王志诚，余渝生，康阿龙，蔡信，张天键，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31