本发明专利技术公开了一种基于Cordic算法的瞬时测频方法，通过每一路信号与相邻信号的关系，对应差分信号的关系，构造差分等式，再借助FPGA中Cordic算法内核，快速求解差分算法的结果，然后利用信号的自相关性，对信号进行计算和补偿，最后利用采样特性，求解出信号频率。本发明专利技术巧妙利用数学变化和信号本身的特性，通过数学变化和内置核计算，大大减小了对大量数据源的依赖性。同时，本发明专利技术利用的是相邻信号的特性推导，减少了对周期性或标准性的依赖，可以支持单路和多路结构的瞬时频率测量。以支持单路和多路结构的瞬时频率测量。以支持单路和多路结构的瞬时频率测量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于Cordic算法的瞬时测频方法
[0001]本专利技术属于电子测量
，更为具体地讲，涉及一种基于Cordic算法的瞬时测频方法，用于基于零中频架构的I/Q信号的瞬时频率测量。
技术介绍
[0002]随着通信领域的高速发展和不断应用，瞬时测频已经变成了通信系统中尤为重要的一项技术指标。不论是在雷达定位、信号捕捉、遥感测量、精密仪器等各方面，瞬时测频都起着关键性的作用。目前，应用最广泛的瞬时测频方法大多是采用了理论成熟的快速傅里叶变换(FFT)的原理，通过信号本身的相位差特性来进行计算。但其中大部分算法都是依赖于软件计算的准确性，并未考虑到高性能FPGA芯片的计算精度和时间复杂度等问题。
[0003]FPGA由于本身的特性，对于小数的弱化和正负数的复杂化，决定了FPGA本身对于复杂算法的局限性。同时，由于FPGA大多数是基于时序逻辑的设计，这又增大了算法对信号的处理。CORDIC算法利用坐标旋转算法，通过简便计算实现部分复杂的数学计算，以此来解决FPGA中一些复杂的数学计算问题。
[0004]传统的瞬时测频方法的劣势，主要包括以下几个方面：
[0005]1、对数据的需求量过大，需要大量完整的数据进行迭代。如果提供的数据量不足，则会大幅度影响结果。
[0006]2、公式或计算太过于复杂，FPGA要求很高的时序性，而且FPGA是由大量的门计算组成，如果有太多太复杂的公式或者计算，很容易导致FPGA的计算逻辑混乱。
[0007]3、依赖整周期数据，或者需要明确周期点，有些算法是采用了信号的周期变换特性计算，需要依赖周期的信息，但在实时采样系统中很难实现。
[0008]4.对I/Q两路信号的标准性太过于依赖。零中频构架中，经由晶振将信号转换为幅度相同，相位正交的I/Q两路信号。在这个过程中，必然会产生误差，产生的两路信号，必然伴有幅度和相位的误差，有些算法是基于I/Q两路信号完全正交，或幅度完全相等的特性计算，这些算法在实际硬件系统中会很容易出现信号偏移。
[0009]5、多路信号制约性，当前主流算法，都是对一路信号进行分析，但在新的零中频构架中，由于造价、结构等转变，设计新型分路系统(分4路，分8路等)，已经越来越多，而对于测量单路信号的算法，特别是对频率测量计算，在多路系统中的使用，是很受到局限的。
[0010]可以看出，当前大多数传统瞬时测频方法，对数据量、数据完整性、特有性，都有较高的要求，特别是在新型结构的适用性，算法的效率性上，都显得复杂，效率低下。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于Cordic算法的瞬时测频方法，以减小对大量数据源的依赖性，同时减少对周期性或标准性的依赖。
[0012]为实现上述专利技术目的，本专利技术基于Cordic算法的瞬时测频方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013](1)、对于单路信号，将接收的I/Q信号I(n)、Q(n)视为复信号Z(n)，复信号Z(n)满足：Z(n)＝I(n)+jQ(n)，将复信号Z(n)按奇偶性切分成两路信号，一路记为信号Signal1，另一路记为信号Signal2；保持信号Signal1不变，信号Signal2做一个时钟的延迟以得到信号Signal3；
[0014]对于多路信号，直接将相邻的两路信号一路作为信号Signal1、另一路作为信号Signal3；
[0015](2)、将信号Signal3进行共轭变换，得到信号Signal4，即Signal4＝Signal3*，*为共轭变换；
[0016](3)、将共轭变换得到的信号Signal4与保持不变的信号Signal1做点乘，得到新复信号R(n)＝Signal1*Signal4＝I
′
(n)+jQ
′
(n)，即新复信号R(n)的实部和虚部依次表示为I
′
(n)和Q
′
(n)；
[0017](4)、将对新复信号R(n)的虚部Q
′
(n)和实部I
′
(n)的商，求取反正切，得到：
[0018][0019]在硬件系统上，求取反正切使用到Cordic算法，通过商值的大小和正负，构造Cordic算法的输入值；
[0020](5)、根据新复信号R(n)的实部I
′
(n)的正负性，利用瞬时自相关性，对得到的α(n)进行取π运算，得到β(n)，即：当实部I
′
(n)大于等于0时，β(n)＝α(n)，当实部I
′
(n)小于0时，β(n)＝α(n)+π；
[0021](6)、结合采样频率f
s
，计算求解信号的频率f(n)：
[0022][0023](7)、信号频率f(n)进行卡尔曼滤波，得到稳定输出的信号频率f
′
(n)。
[0024]本专利技术目的是这样实现的：
[0025]本专利技术基于Cordic算法的瞬时测频方法通过每一路信号与相邻信号的关系，对应差分信号的关系，构造差分等式，再借助FPGA中Cordic算法内核，快速求解差分算法的结果，然后利用信号的自相关性，对信号进行计算和补偿，最后利用采样特性，求解出信号频率。本专利技术巧妙利用数学变化和信号本身的特性，通过数学变化和内置核计算，大大减小了对大量数据源的依赖性。同时，本专利技术利用的是相邻信号的特性推导，减少了对周期性或标准性的依赖，可以支持单路和多路结构的瞬时频率测量。
附图说明
[0026]图1是本专利技术使用的零中频构架分I/Q两路信号示意图；
[0027]图2是本专利技术基于Cordic算法的瞬时测频方法一种具体实施方式流程图；
[0028]图3是使用的Cordic算法的向量转换示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许
会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0030]为了更好地说明本专利技术的技术方案，首先对零中频构架进行简单介绍。
[0031]无线移动通信的射频(RF)收发机，是通信系统中最为常见的系统之一，常见的射频接收机构架，主要包括有超外差构架、低中频构架、零中频构架和带通采样无线电收发构架。其中零中频接收机构架，凭借着去除中频处理单元，从而大大降低成本和构架，以及零中频采用有源低通滤波器，使其接收机更容易设计等优势，使得零中频构架在通信领域被广为关注，实用性也更广。
[0032]如图1所示，使用零中频构架的接收机中，几乎都是利用了I/Q信号。I/Q信号是电子电路中最常见的射频信号，其中I(In
‑
phase)表示同相，Q(Quadrature)表示正交，既与I信号相位差90
°
，这里得到的IQ信号，即为本专利技术中所需要提供的输入值。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于Cordic算法的瞬时测频方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、对于单路信号，将接收的I/Q信号I(n)、Q(n)视为复信号Z(n)，复信号Z(n)满足：Z(n)＝I(n)+jQ(n)，将复信号Z(n)按奇偶性切分成两路信号，一路记为信号Signal1，另一路记为信号Signal2；保持信号Signal1不变，信号Signal2做一个时钟的延迟以得到信号Signal3；对于多路信号，直接将相邻的两路信号一路作为信号Signal1、另一路作为信号Signal3；(2)、将信号Signal3进行共轭变换，得到信号Signal4，即Signal4＝Signal3*，*为共轭变换；(3)、将共轭变换得到的信号Signal4与保持不变的信号Signal1做点乘，得到新复信号R(n)＝Signal1*Signal4＝I
′
(n)+jQ
′
(n)，即新复信号R(n)的实部和虚部依次表示为I
′
(n)和Q
′
...
【专利技术属性】
技术研发人员：余骁禹，曾浩，王猛，郭连平，田雨，蒋俊，田书林，
申请(专利权)人：成都菁汇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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