[发明专利]一种基于数字信号处理器快速频谱细化的方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号频域分析技术领域，在数字信号频域分析领域中频谱分析设备通常会需要使用数字信号处理器进行细化的频谱分析，本发明涉及快速、高效的频谱分析方法。

背景技术

在数字信号频域分析领域中频谱分析设备通常会需要使用数字信号处理器进行细化的频谱分析，已有的频谱分析设备使用离散傅里叶变换分析或离散快速傅里叶变换分析。离散傅里叶变换分析的方式，虽然能够计算出任意点数任意频谱范围的频谱，但如果一次分析大量的数据，数字信号处理器工作会非常繁琐，运算使用的时间非常长。数字信号处理器进行离散快速傅里叶变换分析虽然运算快速，但只能得出2的N次方点数的频谱数据，并且计算出的频谱是全景频谱，通常会超过频谱分析设备所关心的频率范围，很多频谱数据并不需要被计算出来。

发明内容

本发明目的是解决频谱分析设备中数字信号处理器进行大数据量的频谱分析的工作时间过长，运算复杂的问题，提供频域分析领域中一种基于数字信号处理器快速频谱细化的方法。

能够实现本发明的硬件结构包括：

1）高速模拟与数字信号转换芯片：用于采样需要分析的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号处理器能够使用的数字信号，能够工作在频谱分析设备关心的频率范围的终止频率的两倍以上的采样率上。该芯片可以采用National Semiconductor公司12位170MSPS的高速模拟与数字信号转换芯片ADC12C170。

2）、数字信号处理器：用于接收高速模拟与数字信号转换芯片输出的数字信号，并对数字信号进行离散快速傅里叶变换分析和离散傅里叶变换分析，数字信号处理器需要有内部数据存储器，能够处理浮点数据，能够实现对外部扩展数据存储器进行的存储和读取操作，可以采用Analog Devices公司的SHARC系列32位浮点数字信号处理器芯片ADSP-21369。

3）、外部扩展数据存储器：用于存储数字信号处理器细化频谱分析过程中使用的窗系数、蝶形算子、采样波形、频谱细化波形等的一些大数据量的数据，可以采用hynix公司的16位同步动态随机存储器芯片H57V2562GTR-75C。

本发明的硬件结构示意图如附图1所示，本发明的程序开发的编译环境可以为AnalogDevices公司的VisualDSP++5.0软件。

本发明方法的全部流程如附图2所示，其中步骤1到步骤4的详细过程如附图3所示，步骤5的详细过程如附图4所示，本发明技术方案的实现步骤如下：

步骤1、生成窗系数和蝶形算子数据

根据频谱分析设备作频谱分析的频率分辨率带宽值F_rbw和高速模拟与数字信号转换芯片的数据采样率F_sam确定所需的采样数据量L_sam，使用窗函数的补偿系数为P_win，所需的采样数据量如公式1所述:

L_sam＝[(F_sam÷F_rbw)×P_win+0.5]            （1）

公式（1）中“[]”为数据取整的符号，如[2.6]＝2，使用编译器提供的窗函数生成数量为L_sam的窗系数，定义位于外部扩展数据存储器中的L_sam个浮点类型的数据区作为窗系数的存储器，命名为第一存储器（1）。确定使用频谱分析的点数L，本方法能够处理L=2^a×N点的频谱分析，a和N均为正整数，确定N和a值，a一般可以取9至12，并确保数字信号处理器的内部存储器能够分配2^a个浮点数类型的数据区，根据L≥L_sam推导出N的值，确保2^a×N的值不小于所需的采样数据量L_sam，且2^a远大于N。

离散快速傅里叶变换的点数M为2的a次方，即M=2^a，L=M×N=2^a×N，（M＞＞N），根据M和N确定以下两组的复数数据。

第一组数据为L个复数数据，为N×M蝶形算子（计算方法见公式（2）），在步骤5.2使用，设n和m为正整数，将在步骤4、步骤5中继续使用，其中第(n－1)×M+m个数据为（1<n<N，1<m<M），j为虚数单位，j²=－1: