[发明专利]一种基于多频数字锁相放大器的信号频率成分检测系统及FPGA实现方法

说明书

本发明公开了一种基于多频数字锁相放大器的信号频率成分检测系统及FPGA实现方法，数据类型转换模块将ADC采集的有符号整形数据类型的信号转换成单精度浮点型数据类型的信号；信号预处理模块对数据类型转换后的信号进行希尔伯特包络解调和FIR低通滤波的预处理；参考信号产生模块采用DDS信号发生器产生不同指定频率的正交正弦参考信号M和余弦参考信号N；多频数字锁相放大器模块将预处理得到初步的解调信号分多路输入到各个数字锁相放大器中进一步解调并降噪，去除随机噪声的干扰，得到输入信号中多个频率成分的幅值特征，并合成重构信号作为输出信号。本发明能够有效降低噪声干扰的影响，实现多个指定频率成分的快速检测。

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及到的是一种基于多频数字锁相放大器的信号频率成分检测系统及FPGA实现方法。

背景技术

在信号传输的过程中，为了将能量低的基带信号传输到更远的距离，并且保持信号不失真，发射端需要将此信号与另一个高能量的载波信号进行混合，产生一个新的高能量信号，这个信号称为已调信号，这个过程称为调制。而接收端为了获取已调信号的频率成分信息，需要对已调信号进行解调，并对感兴趣的频率成分进行检测。

已调信号在传输过程中会不可避免地受到噪声的干扰，目前模拟锁相放大器价格昂贵，结构复杂，对于多个频率成分的检测使用效果较差，而传统的多频数字锁相放大器易受噪声干扰影响，且无法满足当今信号处理对于多个频率的检测的高速要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于多频数字锁相放大器的信号频率成分检测系统及FPGA实现方法，设计FIR低通滤波器降低噪声干扰的影响；采用DDS产生不同指定频率的正交参考信号，利用FPGA的并行处理能力，实现多个指定频率成分快速检测。

技术方案：

一种基于多频数字锁相放大器的信号频率成分检测系统，包括：

类型转换模块，用于将ADC采集的有符号整形数据类型的信号转换成单精度浮点型数据类型的信号；

预处理模块，用于对数据类型转换后的信号进行希尔伯特包络解调和FIR低通滤波的预处理；

信号产生模块，用于提供不同指定频率的正交正弦参考信号M和余弦参考信号N，以供多频数字锁相放大器模块使用；

数字锁相放大器模块，用于对初步的解调信号进一步解调并降噪，去除随机噪声的干扰，并合成重构信号作为输出信号。

进一步的，所述多频数字锁相放大器模块由多个数字锁相放大器和加法器组成，加法器采用加法树结构用于合成重构信号。

一种基于多频数字锁相放大器的信号频率成分检测系统的FPGA实现方法，包括以下步骤：

1)数据类型转换模块将ADC采集的有符号整形数据类型的信号转换成单精度浮点型数据类型的信号，保证了数据精度，便于后续模块的处理；

2)信号预处理模块对步骤1)中数据类型转换后的信号进行希尔伯特包络解调和FIR低通滤波的预处理，得到初步的解调信号；

3)参考信号产生模块采用DDS信号发生器产生不同指定频率的正交正弦参考信号M和余弦参考信号N，以供多频数字锁相放大器模块使用；

4)多频数字锁相放大器模块由多个数字锁相放大器和加法器组成，将步骤2)预处理得到初步的解调信号分多路并行输入到各个数字锁相放大器中进一步解调并降噪，去除随机噪声的干扰，得到输入信号中多个频率成分的幅值特征，并合成重构信号作为输出信号。

进一步的，步骤2)所述的希尔伯特包络解调在FPGA中以卷积运算的形式实现，避免了希尔伯特变换过程中的复数运算，便于在FPGA等硬件系统中实现。