一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法技术

本发明专利技术公开了一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法，涉及雷达信号处理领域。首先，通过选取合适的旋转因子量化位数和复乘截位位数，保证在小信号输入条件下，全频域精度损失不超过一个固定数值；之后，根据需要运算的FFT点数对应的级数，判断是否保留复加运算增加的位宽；最终，根据上述的运算位宽截取规则，当完成既定的全部FFT运算后，将利用定点数表示的FFT运算结果转换为利用浮点数表示的FFT运算结果。本发明专利技术可以有效地保留小信号输入时的频谱信息，避免因FFT处理过程中的截位而导致信号大幅度失真，大幅度提升动态范围，为后续精细化处理提供良好的数据支撑。为后续精细化处理提供良好的数据支撑。为后续精细化处理提供良好的数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理领域。

技术介绍

[0002]在当前雷达信号处理实际应用中，FFT的应用非常广泛，在波束形成、频谱呈现、快速运算等多个场景均有较多使用。在雷达前端一般利用定点FFT进行波束形成实现，此种方法由于存在逐级乘加的截位运算，对于大信号而言，会导致信号部分失真；对于小信号而言，可能会导致信号被完全截去，产生错误。
[0003]针对上述问题，可以采用浮点FFT的运算方式提升系统的动态范围，但是该方法由于占用资源较多和运算形式复杂，一般较少使用。针对浮点FFT运算方式存在的问题，有文献提出了使用块浮点FFT的运算方式，该方法虽然可以在一定程度上提升动态范围，但是由于受尾数位长度的限制，只能保留信号的部分精度。在工程上，通常采用定点FFT运算形成多个数字波束。在运算过程中，多级蝶形定点运算会致使处理位宽逐级成倍增长，增加处理资源的消耗与末级IO传输带宽需求，一般通过逐级截位的方式避免该问题，因此造成处理动态与系统灵敏度的损失。对于采用低增益宽波束发射工作方式的雷达而言，其目标回波功率较为微弱，由运算处理导致的波束形成增益的损失会降低目标信息的完整性，限制后续精细化信息处理的能力。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法，通过以下技术方案实现：
[0005]步骤1：根据指标规定的全频域精度损失值，选取恰当的旋转因子量化位数N1；/>[0006]步骤2：根据指标规定的全频域精度损失值，选取恰当的复乘截位位数N2；
[0007]步骤3：在截掉复加运算进位的情况下，得到位宽为M的定点FFT运算结果；
[0008]步骤4：根据后级规定的I/O端口传输位宽N3，若M>N3,则截掉复加运算增加的位宽，反之，则保留复加运算增加的位宽；
[0009]步骤5：根据上述的运算位宽截取规则，选取出恰当的运算截位位数进行运算，当完成既定的全部FFT运算后，得到位宽为N4的FFT运算结果；
[0010]步骤6：此时，根据规定的I/O传输位宽N3，利用浮点数值表示方式，将位宽为N4的利用定点数表示的FFT运算结果转换为位宽为N3的利用浮点数表示的FFT运算结果。
[0011]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0012]1、根据计算精度需求，选择恰当的运算截取位数，可动态有效地提升FFT运算结果的动态范围。
[0013]2、通过将定点FFT运算结果转换为浮点数表示，可以在提升动态范围的同时，保留小信号的频谱精度，且降低传输位宽。
[0014]下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述。
附图说明
[0015]图1是本专利技术数据处理流程示意图。
具体实施方式
[0016]本专利技术提出的一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法，通过对定点FFT蝶形运算过程进行详细研究分析，制定了一套定点截位方案，可根据实际需求，选择出最优的截位位数，且满足大动态的要求。同时，在完成定点FFT运算后，采用数制变换，将定点数转换为浮点数表示方式，在降低数值表示位宽，降低后级传输带宽的同时，可以完全保留小信号的频谱信息，且较好的保留大信号的频谱信息，可以较好地满足多种工程应用需求。下面结合附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围不受实施条例的限制。
[0017]如图1所示，本专利技术优选的实施例包含下列步骤：
[0018]步骤1：根据指标规定的全频域精度损失值，一般设置为
‑
80dB～
‑
60dB，选取恰当的旋转因子量化位数N1，此处的N1是通过仿真得到的最优结果。在仿真时，对于信号输入而言，以随机单比特小信号为标准。
[0019]步骤2：根据指标规定的全频域精度损失值，选取恰当的复乘截位位数N2，此处的N2是通过仿真得到的最优结果。在仿真时，根据实际输入中频I/Q信号位宽与接收机前端的噪声情况，确定输入信号，截取位数的选取值从与输入信号位宽相同时开始，逐位递减，直至选取的位数满足指定的全频域精度损失值。
[0020]步骤3：在截掉复加运算进位的情况下，得到位宽为M的定点FFT运算结果，此处的位宽M是结合步骤1与步骤2选取的截取位数，经过推导得出的理论值。
[0021]步骤4：根据后级规定的I/O端口传输位宽N3，若M>N3,则截掉复加运算增加的位宽，反之，则保留复加运算增加的位宽，此处的I/O传输位宽N3表示的是浮点数值表示方式下的FFT运算结果。
[0022]步骤5：根据上述的运算位宽截取规则，选取出恰当的运算截位位数进行运算，当完成既定的全部FFT运算后，得到位宽为N4的FFT运算结果，所述的位宽N4，是根据步骤4中选择的复加运算进位处理方法，经过推导得出的理论值。
[0023]步骤6：此时，根据规定的I/O传输位宽N3，利用浮点数值表示方式，将位宽为N4的利用定点数表示的FFT运算结果转换为位宽为N3的利用浮点数表示的FFT运算结果。这里包括一种将定点数转换为浮点数的方式。若FFT运算结果数值实际位宽小于N4中的尾数位，则在转换过程中，可保留全部的实际位宽，并将浮点数中的指数位置零；若FFT运算结果数值实际位宽大于N4中的尾数位，则需按照下述步骤进行数制转换：
[0024]步骤6
‑
1：指数提取，方法是寻找该数中第一个与符号位相反的位置并进行记录。对于该位置，使用标志位symbol进行标记。如此，可以得到指数|E|；
[0025]步骤6
‑
2：定点移位，定义输入定点数的位置格式b
n
‑1,b
n
‑2,
…
,b0，其中n＝16。在此基础上，假设指数为|E|，若定义尾数位为11位，若|E|<＝11，则将定点数有效位直接放置于尾数位处；若|E|>11，则先对输入定点数取高11位，然后在取出的数值置于尾数位处，如此将会损失一部分精度。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法，其特征在于：步骤1：根据指标规定的全频域精度损失值，选取旋转因子量化位数为N1；步骤2：根据指标规定的全频域精度损失值，选取复乘截位位数为N2；步骤3：在截掉复加运算进位的情况下，得到位宽为M的定点FFT运算结果；步骤4：根据后级规定的I/O端口传输位宽N3，若M>N3，则截掉复加运算增加的位宽，反之，则保留复加运算增加的位宽；步骤5：根据上述的运算位宽截取规则，选取出恰当的运算截位位数进行运算，当完成既定的全部FFT运算后，得到位宽为N4的FFT运算结果；步骤6：根据规定的I/O传输位宽N3，利用浮点数值表示方式，将位宽为N4的利用定点数表示的FFT运算结果转换为位宽为N3的利用浮点数表示的FFT运算结果。2.根据权利要求1中所示的一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法，其特征在于：所述步骤1中全频域精度损失值，可根据指标规定设置为
‑
80dB～
‑
60dB。3.根据权利要求1中所示的一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法，其特征在于：所述步骤1中旋转因子量化位数N1为通过仿真得到的最优结果；在仿真时，对于信号输入而言，以随机单比特小信号为标准。4.根据权利要求1中所述的一种减少大动态FFT运算损失的截位与数制转换方法，其特征在于：所述步骤2中通过仿真得到复乘截位位数N2；在仿真时，根据实际输入中频I/Q信号位宽与接收机前端的噪声情况，确定输入信号，截取位数的选取值从与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博阳，冷鹏飞，吕卫祥，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：