[发明专利]一种基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、将铯光泵磁力仪输出的磁共振信号经放大整形成方波信号，再将方波信号以及方波信号延迟一个固定的时间后分别通过ADC进行采样，得到离散的输入信号序列及输入信号延时序列，完成模数转换过程；

S2、控制FPGA分别对输入信号序列及延时序列分别使用汉宁窗进行全相位预处理；

S3、调用FFTIP核对进行了全相位预处理后的序列分别做FFT变换，输出数据的实部和虚部，然后根据输出的缩放因子对所述数据的实部和虚部进行符号位拓展和移位得到真实的实部和虚部值；

S4、由真实的实部和虚部推算原始数据的幅值，在一个采样周期内选取出最大幅值处的实部和虚部；

S5、通过CORDIC算法根据最大幅值处的实部和虚部推算出对应的相位值，将求出的两个相位值传入单片机进行频率计算，从而得出频率测量结果。

2.根据权利要求1所述基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法，其特征在于，步骤S2中，所述使用汉宁窗进行全相位预处理时，所采用的N点汉宁窗序列与归一化后的2N-1点汉宁窗由MATLAB产生并转化为mif文件存储在FPGA的单端口ROM模块中，供FPGA调用，N为FFT点数。

3.根据权利要求2所述基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法，其特征在于，所述使用汉宁窗进行全相位预处理具体包括如下步骤：

S21、对N点汉宁窗自身求卷积，得到2N-1点卷积窗；

S22、将得到的2N-1点卷积窗相加求和；

S23、将2N-1点卷积窗相加求和后进行归一化处理，得到2N-1点汉宁窗；

S24、将得到归一化后的2N-1点汉宁窗依次与输入序列各项相乘，从而进行汉宁加窗，加窗时，第1项乘积与第N+1项乘积相加，第2项乘积与第N+2项乘积相加，…，第N-1项乘积与第2N-1项乘积相加。

4.根据权利要求1所述基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法，其特征在于，在步骤S3中，所述调用FFT IP核是指调用Quartus II软件自带的FFT IP核。

5.根据权利要求1所述基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法，其特征在于，步骤S5中，单片机进行频率计算具体是在接收到两个所述相位值后，依据下述公式计算出最终的频率值：

其中为两个所述相位值的差值，Δt为步骤S2中所述固定的时间。

6.一种基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量系统，其特征在于，包含如下模块：序列获取模块，用于将铯光泵磁力仪输出的磁共振信号经放大整形成方波信号，再将方波信号以及方波信号延迟一个固定的时间后分别通过ADC进行采样，得到离散的输入信号序列及输入信号延时序列，完成模数转换过程；

预处理模块，用于控制FPGA分别对输入信号序列及延时序列分别使用汉宁窗进行全相位预处理；

FFT变换模块，用于调用FFT IP核对进行了全相位预处理后的序列分别做FFT变换，输出数据的实部和虚部，然后根据输出的缩放因子对所述数据的实部和虚部进行符号位拓展和移位得到真实的实部和虚部值；

极值确定模块，用于由真实的实部和虚部推算原始数据的幅值，在一个采样周期内选取出最大幅值处的实部和虚部；

结果计算模块，用于通过CORDIC算法根据最大幅值处的实部和虚部推算出对应的相位值，将求出的两个相位值传入单片机进行频率计算，从而得出频率测量结果。

7.根据权利要求6所述基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量系统，其特征在于，预处理模块中，所述使用汉宁窗进行全相位预处理时，所采用的N点汉宁窗序列与归一化后的2N-1点汉宁窗由MATLAB产生并转化为mif文件存储在FPGA的单端口ROM模块中，供FPGA调用，N为FFT点数。