[发明专利]自适应数字混频正交本振信号频率控制字的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及对数字信号进行解调的本振信号频率控制字的自适应获取方法，特别适用于在应用商业数字信号处理模块对同步辐射光源储存环上束流信号进行混频解调处理时使用。

背景技术

同步辐射光源储存环上的四纽扣电极探头耦合出的信号经过射频前端的增益与滤波之后，输出的信号是中心频率约为500MHz，带宽约为20M左右的高频窄带信号。对部分填充模式信号进行欠采样之后的信号频谱如附图1。图中圆圈处为信号的中心频率f₀，旁边的峰是储存环部分填充产生的回旋频率f_r谐振峰，各谱线之间的间距为回旋频率。若为全注入模式，探头耦合出的信号不存在回旋频率的谐振谱。以上海光源为例，其可以满填充720个电子束团，当全部填充时为全注入模式，否则就是部分填充模式。

由图1可知，欠采样之后的储存环束流信号类似于使用频率为f_r的信号对频率为f₀的信号进行幅度调制得到。为获取包括回旋频率f_r信号在内的低速率位置信号，需要对欠采样之后的信号进行下变频处理。因此需要使用数字本振信号对欠采样后的信号进行混频解调，将信号中心频率搬移到基带，实现下变频。其实现方法如图2。下变频之后信号频谱如图3。可见，中心频率已经搬移到基带，滤除高频信号后就可得到下变频之后的基带信号(即前述低速率位置信号)，其中滤除掉基带1/2回旋频率带宽以上的信号。

数字混频本振精度的好坏直接影响到束流位置信号处理的精度。成熟的专用商业数字束流位置信号处理器(DBPM，Digital Beam Position Monitor)采用数控振荡器(NCO，Numerically Controlled Oscillator)产生正交本振信号。但首先要求需要接入机器时钟，其次要有NCO。对于普通的商业数字信号处理板来说，一般只有一个时钟输入接口，同时内置一个NCO。用户可选择使用外部输入时钟或内置NCO时钟为A/D采样时钟，同时也是FPGA(Field ProgrammableGate Array)芯片进行信号处理的全局时钟。它没有类似DBPM利用机器时钟产生采样时钟与混频本振的硬件条件，只能由用户知道信号中心频率的情况下预先设定，因此混频正交本振信号的产生缺乏灵活性，影响了普通商业数字信号处理板在束流位置测量上的应用。

数字混频正交本振信号的产生采用直接数字合成(DDS，Direct DigitalSynthesizers)的方法，如图4所示。图中所示频率控制字Δθ经过相位累加器进行累加，然后截断输入正余弦查找表，获得输出信号频率：

fout=fclkΔθ2Bθ(n)Hz]]>

其中，f_out为输出正余弦信号的频率，f_clk为系统时钟频率，B_θ(n)为相位累加器位数，Δθ为相位增加值，也称为频率控制字。系统时钟频率与相位累加器位数都是固定的，只需通过频率控制字Δθ控制输出的正余弦信号频率。

因此，需要一种自动捕获信号中心频率，产生数字混频所需的正交本振信号频率控制字，为商业数字信号处理板在加速器束流位置测量上的运用提供了便捷有效的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种为商业数字信号处理板提供自适应数字混频正交本振信号的频率控制字的获取方法，克服了商业数字信号处理板在加速器束流位置信号处理中的应用局限，提高使用的灵活性。