[发明专利]一种用FPGA芯片实现的快速高精度频率测量方法

摘要

本发明涉及一种应用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。

主权项

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，x(n)=aej(2πfcnΔt+Φ0)+v(n)]]>n＝0，1，L，N-1                                   (1)a为振幅、f_c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：δ1=|X(k0+r)||X(k0+r)|+|X(k0)|---(2)]]>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。