一种高精度数字瞬时测频方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高精度数字瞬时测频方法及装置。其中，该方法包括：采用射频接收前端进行射频信号变频、滤波处理，将X波段信号变换为中频信号；将中频信号进行AD变换，通过数字信号处理器件将变换后的中频信号进行下变频处理，得到中频数字信号；将中频数字信号变换为基带数字信号；采用基于FFT和信号平方的双信号估算法，通过FPGA对基带数字信号进行计算处理，得到测频结果。解决了相关技术中X波段脉冲信号的测频精度不高的问题，本发明专利技术采用基于FFT和信号平方的双信号频率估计算法，结合FFT测频算法相对快速和一维平方信号谱峰搜索后插值估计频率间隔的精确性，利用FPGA硬件实现相关算法，保证了测频的快速性和准确性。

High precision digital instantaneous frequency measuring method and device

The invention discloses a high-precision digital instantaneous frequency measuring method and device. Among them, the method includes: using RF front-end RF signal conversion, filtering, X band signal to intermediate frequency signal; the intermediate frequency signal through AD transform, digital signal processor will transform the intermediate frequency signal after frequency conversion processing, obtains the frequency digital signal; digital signal will be transformed into digital baseband the estimation method of double signal; signal FFT and signal square based on the baseband digital signal processing FPGA calculation, get the frequency measurement results. To solve the problem of high precision frequency measurement of X band pulse signal technology, the invention adopts a frequency estimation algorithm based on double signal FFT and signal square, combined with FFT frequency measurement algorithm is relatively fast and one-dimensional square signal spectrum peak search after the interpolation accuracy of estimating the frequency interval, implemented using the FPGA hardware, guarantee the speed and accuracy of frequency measurement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及G01R2300频率测量测试领域，特别是涉及一种高精度数字瞬时测频方法及装置。
技术介绍
在20世纪五六十年代，瞬时测频技术产生，主要分为模拟瞬时测频和数字瞬时测频两种。其中，模拟瞬时测频设备简单易于实现，但测频精度不高，且稳定性差。数字瞬时测频具有稳定、精确度高、实时性好等特点。数字瞬时测频即用数字信号处理的方法对信号的载频进行测量，要求数字测频必须可以对大带宽的信号进行高速、高精度的测量。数字测频算法种类繁多，根据算法所利用的信号不同信息分量，数字测频算法可分为：利用幅度信息的测频算法、利用相位信息的测频算法、利用频率信息的测频算法、利用功率谱信息的测频算法4类。利用频率信息进行测频，包括在时域测频和频域测频两类算法。在时域上对频率进行推算的典型算法为频率推算法，而在频域上对频率进行推算的典型算法为傅里叶变换法。傅里叶变换法是将一段信号进行傅里叶变换，将时域信息转化为频域信息，在频域上的峰值点及对应该信号的频率，其测频精度依赖于采样点数的多少。对于X波段的载频快速测量而言，由于X波段脉冲信号是高频信号，其调制后的信号最小脉宽为0.2us，在信号工作比小于0.000004时，要求在0.4us时间内完成相对精确的频率测量，基于上述各个因素，最终的测频精度很难满足≤±200KHz的要求，即测频精度不高。针对相关技术中X波段脉冲信号的测频精度不高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中X波段脉冲信号的测频精度不高的问题，本专利技术提供了一种高精度数字瞬时测频方法及装置，用以解决上述技术问题。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种高精度数字瞬时测频方法，其中，该方法包括：采用射频接收前端进行射频信号变频、滤波处理，将X波段信号变换为中频信号；将所述中频信号进行模数AD变换，通过数字信号处理器件将变换后的中频信号进行下变频处理，得到中频数字信号；将所述中频数字信号变换为基带数字信号；采用基于快速傅氏变换（FastFourierTransformation，简称为FFT）和信号平方的双信号估算法，通过现场可编程门阵列（Field－ProgrammableGateArray，简称为FPGA）对所述基带数字信号进行计算处理，得到测频结果。优选地，通过所述FPGA对所述基带数字信号进行计算处理，包括以下步骤：所述FPGA根据同步触发对所述基带数字信号进行采集，并采用快进慢出的方式读取所述信号的数据；对读取的所述数据进行有限长单位冲激响应滤波器（FiniteImpulseResponse，简称为FIR）带通滤波处理，并进行缓存；将滤波后的数据进行快速傅里叶变换，得到相应的频谱信息，去除所述频谱信息中的镜频部分，保留正频率部分，提取最大值为频谱值，以及其位置；根据采样率，频谱值，以及其位置进行映射运算得到相应的频率值，确定频率的位置；采用基于快速傅氏变换FFT和信号平方的双信号估算法，得到频率结果。优选地，采用基于快速傅氏变换FFT和信号平方的双信号估算法，得到频率结果，包括以下步骤：根据信号中两频率分量的幅度比，通过一维平方信号谱峰搜索，得到所述信号的和频与差频分量的估计值；并利用插值技术得到频率结果。优选地，在得到所述频率结果后，所述方法还包括：按照约定的通讯协议进行频率转换，将转换后的频率结果输出。优选地，所述方法还包括：在测频过程中进行状态管理和故障上报。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种高精度数字瞬时测频装置，其中，该装置包括：中频变换模块，用于采用射频接收前端进行射频信号变频、滤波处理，将X波段信号变换为中频信号；模数变换模块，用于将所述中频信号进行模数AD变换，通过数字信号处理器件将变换后的中频信号进行下变频处理，得到中频数字信号；测频模块，用于将所述中频数字信号变换为基带数字信号；采用基于快速傅氏变换FFT和信号平方的双信号估算法，通过现场可编程门阵列FPGA对所述基带数字信号进行计算处理，得到测频结果。优选地，所述测频模块包括：数据采集单元，用于根据同步触发对所述基带数字信号进行采集，并采用快进慢出的方式读取所述信号的数据；滤波缓存单元，用于对读取的所述数据进行FIR带通滤波处理，并进行缓存；时频变换单元，用于将滤波后的数据进行快速傅里叶变换，得到相应的频谱信息，去除所述频谱信息中的镜频部分，保留正频率部分，提取最大值为频谱值，以及其位置；频率计算单元，用于根据采样率，频谱值，以及其位置进行映射运算得到相应的频率值，确定频率的位置；双信号估算单元，用于采用基于快速傅氏变换FFT和信号平方的双信号估算法，得到频率结果。优选地，所述双信号估算单元包括：双信号估算子单元，用于根据信号中两频率分量的幅度比，通过一维平方信号谱峰搜索，得到所述信号的和频与差频分量的估计值；并利用插值技术得到频率结果。优选地，所述装置还包括：结果输出模块，用于按照约定的通讯协议进行频率转换，将转换后的频率结果输出。优选地，所述装置还包括：管理模块，用于在测频过程中进行状态管理和故障上报。本专利技术采用射频接收前端进行射频信号的变频、滤波，将X频段信号变换到中频；利用宽带ADC完成变换后经过专用的数字信号处理器件，进行数字下变频处理降低数据流速率；再将中频数字信号变换成基带数字信号，最后送入FPGA进行计算处理，完成频率的快速测量。解决了相关技术中X波段脉冲信号的测频精度不高的问题，本专利技术采用基于FFT和信号平方的双信号频率估计算法，结合FFT测频算法相对快速和一维平方信号谱峰搜索后插值估计频率间隔的精确性，利用FPGA硬件实现相关算法，保证了测频的快速性和准确性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明图1是根据本专利技术实施例的高精度数字瞬时测频方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例的高精度数字瞬时测频装置的结构框图；图3是根据本专利技术实施例的数字测频组件功能框图；图4是根据本专利技术实施例的数字测频组件的射频接收前端原理框图；图5是根据本专利技术实施例的数字测频组件的硬件电路组成框图。具体实施方式为了解决相关技术中X波段脉冲信号的测频精度不高的问题，本专利技术提供了一种高精度数字瞬时测频方法及装置，以下结合附图以及实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。本实施例提供了一种高精度数字瞬时测频方法，图1是根据本专利技术实施例的高精度数字瞬时测频方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤（步骤S102-步骤S106）：步骤S102，采用射频接收前端进行射频信号变频、滤波处理，将X波段信号变换为中频信号。步骤S104，将中频信号进行AD变换，通过数字信号处理器件将变换后的中频信号进行下变频处理，得到中频数字信号。步骤S106，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度数字瞬时测频方法，其特征在于，所述方法包括：采用射频接收前端进行射频信号变频、滤波处理，将X波段信号变换为中频信号；将所述中频信号进行模数AD变换，通过数字信号处理器件将变换后的中频信号进行下变频处理，得到中频数字信号；将所述中频数字信号变换为基带数字信号；采用基于快速傅氏变换FFT和信号平方的双信号估算法，通过现场可编程门阵列FPGA对所述基带数字信号进行计算处理，得到测频结果。

【技术特征摘要】
1.一种高精度数字瞬时测频方法，其特征在于，所述方法包括：
采用射频接收前端进行射频信号变频、滤波处理，将X波段信号变换为中
频信号；
将所述中频信号进行模数AD变换，通过数字信号处理器件将变换后的中
频信号进行下变频处理，得到中频数字信号；
将所述中频数字信号变换为基带数字信号；采用基于快速傅氏变换FFT和
信号平方的双信号估算法，通过现场可编程门阵列FPGA对所述基带数字信号
进行计算处理，得到测频结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述FPGA对所述基带
数字信号进行计算处理，包括以下步骤：
所述FPGA根据同步触发对所述基带数字信号进行采集，并采用快进慢出
的方式读取所述信号的数据；
对读取的所述数据进行有限长单位冲激响应滤波器FIR带通滤波处理，并
进行缓存；
将滤波后的数据进行快速傅里叶变换，得到相应的频谱信息，去除所述频
谱信息中的镜频部分，保留正频率部分，提取最大值为频谱值，以及其位置；
根据采样率，频谱值，以及其位置进行映射运算得到相应的频率值，确定频
率的位置；
采用基于快速傅氏变换FFT和信号平方的双信号估算法，得到频率结果。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用基于快速傅氏变换FFT
和信号平方的双信号估算法，得到频率结果，包括以下步骤：
根据信号中两频率分量的幅度比，通过一维平方信号谱峰搜索，得到所述
信号的和频与差频分量的估计值；并利用插值技术得到频率结果。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在得到所述频率结果后，所
述方法还包括：
按照约定的通讯协议进行频率转换，将转换后的频率结果输出。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包
括：
在测频过程中进行状态管理和故障上报。
6.一种高精度数字瞬时测频装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩全，张化良，唐学术，卢蕴哲，杨增顺，李洁，张志，黄珊珊，陈锰杰，崔亮，
申请(专利权)人：北京航天测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11