本发明专利技术涉及一种应用FPGA芯片实现的快速高精度频率测量方法，属于数字信号处理领域。本方法在FPGA芯片里添加了FFT模块、Rife模块、ROM模块；将输入信号分为三路，对其中的两路输入信号做频移，另外一路不做频移，在Rife的基础上，比较FFT运算结果的实部绝对值和虚部绝对值来确定频谱最大值，分别得到三个频率测量结果，最后选择最大值作为最终频率测量值。本方法有效提高了对固定长度接收信号的频率测量精度，加快了处理速度，提高了系统的实时性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用FPGA芯片实现的快速高精度频率测量的方法，属于数字信号处理领域。
技术介绍
频率测量是电子侦察、雷达、通信等工程领域中一个重要问题。在不同的信噪比条件下，不同方法所得到的频率测量精度各不相同，但是，无论采用哪种频率测量方法，其频率测量的均方根误差(RMSE)都不会小于一个下限克拉美-罗界 (CLRB)。文献给出的最大似然频率测量方法(ML)能够达到此界限，因此被称为最优测量。但是，ML法要进行一维搜索，运算量很大，实时处理性能差，不便于工程实现。文献给出的频率测量方法，虽然速度很快，但是在信噪比比较低时(小于6dB)性能很差，无法达到工程应用要求。 文献给出的频率测量方法是对ML方法的一种近似解，性能接近CLRB，但在较低信噪比时会出现解的发散现象，计算量也较大，不易硬件实现。文献给出的频率测量方法，在对输入信号进行一次FFT运算后，利用最大谱线及其左边或右边的一根次大谱线进行插值来确定真实频率位置，即Rife方法。该方法只需要一次FFT运算，因此，运算量小，容易硬件实现。Rife方法在量化频率中心区域的频率测量误差很小，接近CLRB，但是在FFT量化频率附近的误差却较大。这里给出的MRife方法通过对输入信号进行频谱搬移，使得信号的频率始终位于量化频率的中心区域，提高了频率测量精度。MRife方法频率测量精度大大提高，当SNR > OdB时方法频率测量的均方根误差接近CLRB，且在整个频带内性能平稳。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种应用FPGA 芯片实现的快速高精度频率测量的方法。本专利技术通过对输入信号进行频谱搬移，使得信号的频率始终位于量化频率的中心区域，提高了频率测量精度。本方法测量频率的精度大大提高，当SNR > OdB时方法频率测量的均方根误差接近CLRB，且在整个频带内性能平稳。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案—种应用FPGA芯片实现的快速高精度频率测量的方法，包括如下步骤步骤1，将输入信号分成并行的三路，第一路输入信号平移-1/3FFT量化频率，第二路输入信号平移1/3FFT量化频率，第三路输入信号不做频移；步骤2，对每一路输入信号做FFT运算，确定最大谱线值IxGO I、次大谱线值 IX (h+r) I、最大谱线值对应的信号频率1 以及平移系数r的取值，具体包括如下步骤步骤2-1，定义输入信号χ (η)，对χ (η)做FFT运算；其中，；φ ) =浙"20'+%)+V(W) η = 0,1, L , N-I(1)a为振幅、f。为初始频率、为初相，At为采样间隔、N为样本数，V(X)=浙^27^+ 的实部和虚部相互独立且都服从Ν(0，σ2)分布，。2是常数表示噪声方差；步骤2-2-1，比较频谱上所有信号频率对应的谱线值；当信号频率处在量化频率中心区域时，取实部绝对值的最大值作为量化频率中心区域最大谱线值；当信号频率处在非量化频率中心区域时，取虚部绝对值的最大值作为非量化频率中心区域最大谱线值；步骤2-2-2，比较量化频率中心区域的最大谱线值和非量化频率中心区域的最大谱线值，取大者作为整个频谱的最大谱线值；步骤2-2-3，取最大谱线值对应的信号频率作为1 ；步骤2-2-4，重复步骤2-2-1至步骤2_2_2确定次大谱线值；步骤2-3，确定平移系数r的值，当IXG^+r)! < X(k0-r)时，r = -l，否则，r = 1 ；步骤3，按照以下方法分别计算每一路输入信号的频率插值δ i，根据δ工的取值范围确定最终频率测量值，具体包括如下步骤步骤3-1，采用以下公式计算频率插值S1 权利要求1.一种应用FPGA芯片实现的快速高精度频率测量的方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1，将输入信号分成并行的三路，第一路输入信号平移-1/3FFT量化频率，第二路输入信号平移1/3FFT量化频率，第三路输入信号不做频移；步骤2，对每一路输入信号做FFT运算，确定最大谱线值IXGO |、次大谱线值 IX (h+r) |、最大谱线值对应的信号频率1 以及平移系数r的取值，具体包括如下步骤 步骤2-1，定义输入信号χ (η)，对χ (η)做FFT运算；其中， JC( )=浙 jx2Oi^11)+ν( ) η = 0,1, L , N-I(1)a为振幅、f。为初始频率、为初相，At为采样间隔、N为样本数，v(>) =浙A27rA+a^ 的实部和虚部相互独立且都服从Ν(0，σ2)分布，σ 2是常数表示噪声方差； 步骤2-2-1，比较频谱上所有信号频率对应的谱线值；当信号频率处在量化频率中心区域时，取实部绝对值的最大值作为量化频率中心区域最大谱线值；当信号频率处在非量化频率中心区域时，取虚部绝对值的最大值作为非量化频率中心区域最大谱线值；步骤2-2-2，比较量化频率中心区域的最大谱线值和非量化频率中心区域的最大谱线值，取大者作为整个频谱的最大谱线值；步骤2-2-3，取最大谱线值对应的信号频率作为R0 ； 步骤2-2-4，重复步骤2-2-1至步骤2-2-2确定次大谱线值； 步骤2-3，确定平移系数r的值，当IXG^+iOl < X(k0-r)时，r = -l，否则，r= 1 ； 步骤3，按照以下方法分别计算每一路输入信号的频率插值δ ，根据δ 1的取值范围确定最终频率测量值，具体包括如下步骤 步骤3-1，采用以下公式计算频率插值δ工 I 耶0+尸)|1 1^0+^)1+1^0)1 (2) 步骤3-2，当δ i e 时，用Rife方法得到测量频率值Λ，记该测量频率值为最终频率测量值^；步骤3-3，当S1G 时，将信号平移r/3倍量化频率后用Rife方法计算频率插值δ工；然后根据重新计算得到的频率插值δ工进行以下操作步骤3-3-1，当δ i e 时，用Rife方法得到频率测量值Λ，再用频率测量值减去r/3倍量化频率作为最终频率测量值& ；步骤3-3-2，当S1 e 时，将r取反，返回步骤3-3 ；步骤4，比较步骤3计算得到的三路输入信号的最终频率测量，取最大值作为最后的测量频率。2.根据权利要求1所述的应用FPGA芯片实现的快速高精度频率测量的方法，其特征在于所述步骤3中用Rife方法得到频率测量值_/^的计算公式如下全文摘要本专利技术涉及一种应用FPGA芯片实现的快速高精度频率测量方法，属于数字信号处理领域。本方法在FPGA芯片里添加了FFT模块、Rife模块、ROM模块；将输入信号分为三路，对其中的两路输入信号做频移，另外一路不做频移，在Rife的基础上，比较FFT运算结果的实部绝对值和虚部绝对值来确定频谱最大值，分别得到三个频率测量结果，最后选择最大值作为最终频率测量值。本方法有效提高了对固定长度接收信号的频率测量精度，加快了处理速度，提高了系统的实时性。文档编号G01R23/16GK102353838SQ20111017972公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日专利技术者王旭东 申请人:南京航空航天大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种应用ＦＰＧＡ芯片实现的快速高精度频率测量的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤１，将输入信号分成并行的三路，第一路输入信号平移－１／３ＦＦＴ量化频率，第二路输入信号平移１／３ＦＦＴ量化频率，第三路输入信号不做频移；步骤２，对每一路输入信号做ＦＦＴ运算，确定最大谱线值｜Ｘ（ｋ０）｜、次大谱线值｜Ｘ（ｋ０＋ｒ）｜、最大谱线值对应的信号频率ｋ０以及平移系数ｒ的取值，具体包括如下步骤：步骤２－１，定义输入信号ｘ（ｎ），对ｘ（ｎ）做ＦＦＴ运算；其中，＊＊＊ｎ＝０，１，Ｌ，Ｎ－１（１）ａ为振幅、ｆｃ为初始频率、Ф０为初相，Δｔ为采样间隔、Ｎ为样本数，的实部和虚部相互独立且都服从Ｎ（０，σ２）分布，σ２是常数表示噪声方差；步骤２－２－１，比较频谱上所有信号频率对应的谱线值；当信号频率处在量化频率中心区域时，取实部绝对值的最大值作为量化频率中心区域最大谱线值；当信号频率处在非量化频率中心区域时，取虚部绝对值的最大值作为非量化频率中心区域最大谱线值；步骤２－２－２，比较量化频率中心区域的最大谱线值和非量化频率中心区域的最大谱线值，取大者作为整个频谱的最大谱线值；步骤２－２－３，取最大谱线值对应的信号频率作为ｋ０；步骤２－２－４，重复步骤２－２－１至步骤２－２－２确定次大谱线值；步骤２－３，确定平移系数ｒ的值，当｜Ｘ（ｋ０＋ｒ）｜＜｜Ｘ（ｋ０－ｒ）｜时，ｒ＝－１，否则，ｒ＝１；步骤３，按照以下方法分别计算每一路输入信号的频率插值δ１，根据δ１的取值范围确定最终频率测量值具体包括如下步骤：步骤３－１，采用以下公式计算频率插值δ１：＊＊＊步骤３－２，当δ１∈［１／３，１／２］时，用Ｒｉｆｅ方法得到测量频率值记该测量频率值为最终频率测量值步骤３－３，当δ１∈［０，１／３］时，将信号平移ｒ／３倍量化频率后用Ｒｉｆｅ方法计算频率插值δ１；然后根据重新计算得到的频率插值δ１进行以下操作：步骤３－３－１，当δ１∈［１／３，１／２］时，用Ｒｉｆｅ方法得到频率测量值再用频率测量值减去ｒ／３倍量化频率作为最终频率测量值步骤３－３－２，当δ１∈［０，１／３］时，将ｒ取反，返回步骤３－３；步骤４，比较步骤３计算得到的三路输入信号的最终频率测量值取最大值作为最后的测量频率。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王旭东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84
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