一種基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法，屬于時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 瞬時(shí)頻率測(cè)量是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)和通信信號(hào)分析、識(shí)別和解調(diào)的基礎(chǔ)之一;也是微 波信號(hào)源的關(guān)鍵技術(shù)，它可W對(duì)捷變頻信號(hào)進(jìn)行快速測(cè)量，導(dǎo)引到合適的中頻再進(jìn)行后續(xù) 處理。瞬時(shí)測(cè)頻技術(shù)主要包括模擬測(cè)頻技術(shù)和數(shù)字測(cè)頻技術(shù);模擬測(cè)頻技術(shù)包括基于脈沖 計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)測(cè)頻率的方法和基于延時(shí)線的相位差測(cè)頻率的方法?；诿}沖計(jì)數(shù)測(cè)頻的方法關(guān) 鍵技術(shù)是對(duì)時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)量，在固定時(shí)間內(nèi)測(cè)得脈沖的個(gè)數(shù)，測(cè)算信號(hào)的周期從而實(shí)現(xiàn)頻 率測(cè)量，運(yùn)種方法通過(guò)時(shí)域內(nèi)插的方法可W達(dá)到很高的測(cè)時(shí)精度，從而測(cè)頻精度也比較高， 但是它對(duì)信號(hào)的幅度要求較高，動(dòng)態(tài)范圍較小，對(duì)于窄脈寬信號(hào)的測(cè)頻精度比較差，不適用 于窄脈沖信號(hào)的頻率測(cè)量?；谘訒r(shí)線的相位差測(cè)頻率的方法，它的測(cè)頻帶寬可W做的很 寬，但是它的測(cè)頻精度比較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法，能 夠?qū)Υ髱?、窄脈寬的中頻信號(hào)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的頻率測(cè)量，可W在3(K)ns內(nèi)輸出測(cè)頻結(jié)果。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：
[0005] a.對(duì)脈沖進(jìn)行高速采樣；
[0006] b.對(duì)高速采樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信道化處理，解析成多路低速?gòu)?fù)信號(hào)；
[0007] C.利用Cordic算法對(duì)每個(gè)信道的復(fù)信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)幅度和瞬時(shí)相位計(jì)算，原理公式 如公式(1)所示：
[OOK] d.利用相位差測(cè)頻率，相位和頻率的關(guān)系公式(2)所示：
[0014] Λ 白（i)=白(n+i)-白(η)=化fits (2)
[0015] 那么瞬時(shí)頻率就是：
[0016] (3)，
[0017]其中（Xi，y〇為輸入矢量，（xw，yw)為輸出矢量，Θ為瞬時(shí)相位，Qi是每次旋轉(zhuǎn)的角 度，di是每次迭代旋轉(zhuǎn)的方向，ts為采樣周期，f為被測(cè)頻率。
[001引在步驟d后還包括步驟e，
[0019] e.通過(guò)多次計(jì)算取平均來(lái)提高測(cè)頻精度，計(jì)算公式如下：
[0020] Δ θ(1) = θ(2)-θ(1)
[0021] Δ θ(2) = θ(3)-θ(2)
[0022] Δ 白（3) =白(4)-白（3)
[0023] ···
[0024] Δ θ(η-1) = θ(η)-θ(η-1) (4)
[002引
巧）。
[00%]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0027] 隨著大規(guī)模集成電路和高速ADC的發(fā)展，數(shù)字測(cè)頻技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本發(fā)明 采用數(shù)字技術(shù)測(cè)頻的方法性能穩(wěn)定，帶寬隨著ADC的采樣率不斷提高，同時(shí)可W獲得很高的 頻率分辨率和較大的動(dòng)態(tài)范圍。本發(fā)明的基于信道化瞬時(shí)測(cè)頻（IFM: Instantaneous 化equency Measurement)方法具有輸入帶寬大、測(cè)頻精度高、信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
[0028] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分的從說(shuō)明書(shū)中變 得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明 書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030] 圖1為本發(fā)明基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法的流程圖。
[0031] 圖2為本發(fā)明的四信道數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并 與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0033] 如圖1所示的流程，在硬件上高速采樣采用ADC+FPGA的處理方式，F(xiàn)PGA包含大量的 邏輯資源適合進(jìn)行信號(hào)實(shí)時(shí)處理，高速ADC對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行高速采樣得到的數(shù)據(jù)速度比較 高，與FPGA的處理速度不匹配，需要做數(shù)據(jù)速度轉(zhuǎn)換，把一路高速信號(hào)轉(zhuǎn)換為多路低速信號(hào) 并行處理。然后對(duì)多路低速并行數(shù)據(jù)進(jìn)行信道化處理，如圖2所示的四信道數(shù)字信道化可W 很好的對(duì)四路并行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0034] 本發(fā)明處理的信號(hào)有一個(gè)特點(diǎn)，就是帶寬比較大，可W處理不小于IGHz的信號(hào)，由 于寬帶信號(hào)的信噪比低，嚴(yán)重影響測(cè)頻的精度，為了提高測(cè)頻精度，我們需要寬帶信號(hào)分割 成多個(gè)相互交疊的子帶，再對(duì)每個(gè)子帶分別進(jìn)行后續(xù)處理，分割子帶一般的做法就是混頻 濾波，通過(guò)設(shè)置不同的本振頻率就可W把W本振為中屯、的一定帶寬的信號(hào)搬移到零中頻， 由于高速采樣得到的數(shù)據(jù)量比較大，采樣運(yùn)種方式分割子帶的話，對(duì)邏輯資源的要求是非 常大的，而且需要的處理時(shí)間也比較大，不能實(shí)現(xiàn)頻率快速測(cè)量的目的，因此采用使用數(shù)字 信道化技術(shù)，它既可W實(shí)現(xiàn)多個(gè)子帶的劃分，同時(shí)也可W把實(shí)信號(hào)解析為復(fù)信號(hào)，由于它采 取抽取的方式，大大的降低了后續(xù)每個(gè)子帶的處理難度。
[0035] 本發(fā)明處理的信號(hào)是瞬時(shí)帶寬大、窄脈沖寬度的中頻信號(hào)，其脈沖寬度小于40ns， 在進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，需要得到信號(hào)的瞬時(shí)相位，復(fù)信號(hào)的瞬時(shí)相位就是它的實(shí)部虛部之比 的反正切值，只要把實(shí)信號(hào)解析為復(fù)信號(hào)就可W得到信號(hào)的瞬時(shí)相位，把實(shí)信號(hào)解析成復(fù) 信號(hào)在數(shù)字上是比較容易處理的，同時(shí)在數(shù)字上運(yùn)用Cordic算法可W很容易實(shí)現(xiàn)反正切運(yùn) 算，利用Cordic算法對(duì)每個(gè)信道的復(fù)數(shù)解析信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)幅度和瞬時(shí)相位計(jì)算，原理公式 如公式(1)所示：
[0036]
?,臣{-!'1;
[0037] ai = tan-i(2-i)
[003引 di = si 即（χ?)
[0039] xi+i = xi+di X 2-1 Xyi
[0040] yi+i = yi+di X 2-1 Xxi (1);
[0041 ]計(jì)算過(guò)程中定義變量Zi，表示未旋轉(zhuǎn)的角度，用下式表示為
[0042] Zi+i = Zi-di X 〇i
[0043] 旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)是使z趨近于0,Cordic算法通過(guò)η次微旋轉(zhuǎn)Qi來(lái)獲得θ相位值，由zi+i = Zi-di Xai，則當(dāng)η一〇〇，I yn| 一0，z?=一目= a;rctan(yi/xi)，從而完成輸入向量(x，y)的相位提 ?。?br>[0044] 最后，利用相位差測(cè)頻率，相位和頻率的關(guān)系公式(2)所示：
[0045] Λ 白（i)=白(n+i)-白(η)=化fits (2)
[0046] 那么瞬時(shí)頻率就是；
[0047] (3)，
[004引其中（Xi，yi)為輸入矢量，（Xi+i，yw)為輸出矢量，目為瞬時(shí)相位，Qi是每次旋轉(zhuǎn)的角 度，di是每次迭代旋轉(zhuǎn)的方向，ts為采樣周期，f為被測(cè)頻率。
[0049] 還可W通過(guò)多次計(jì)算取平均來(lái)提高測(cè)頻精度，計(jì)算公式如下：
[0050] Δθ(1) = θ(2)-θ(1)
[0051] Δθ(2) = θ(3)-θ(2)
[0052] Δθ(3) =目（4)-目（3)
[0化3] ···
[0054] Δθ(η-1) = θ(η)-θ(η-1) (4)
[(X)對(duì)則， (η J,
[0056]采用本發(fā)明提供的頻率測(cè)量方法，能夠?qū)Υ髱?、窄脈寬的中頻信號(hào)進(jìn)行快速準(zhǔn) 確的頻率測(cè)量，尤其是帶寬不小于IGHz，脈寬不小于40ns的信號(hào)，可W在300ns內(nèi)輸出測(cè)頻 結(jié)果，具有較高的測(cè)頻精度，測(cè)頻精度0 ^ 0.35MHz。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟： a. 對(duì)脈沖進(jìn)行高速采樣； b. 對(duì)高速采樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信道化處理，解析成多路低速?gòu)?fù)信號(hào)； c. 利用Cordic算法對(duì)每個(gè)信道的復(fù)信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)幅度和瞬時(shí)相位計(jì)算，原理公式如公 式(1)所示：d. 利用相位差測(cè)頻率，相位和頻率的關(guān)系公式(2)所示： Δ 0(i) = 0(n+i)-0(n) = 23Tfits (2) 那么瞬時(shí)頻率就是：其中（xi，yi)為輸入矢量，（xi+i，yi+i)為輸出矢量，θ為瞬時(shí)相位，Cti是每次旋轉(zhuǎn)的角度，cU 是每次迭代旋轉(zhuǎn)的方向，ts為采樣周期，f為被測(cè)頻率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法，其特征在于在步驟d 后還包括步驟e， e. 通過(guò)多次計(jì)算取平均來(lái)提高測(cè)頻精度，計(jì)算公式如下：3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法，其特征在于，步驟b 中的數(shù)字信道化處理包括:對(duì)高速采樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)速度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為多路低速并行數(shù)據(jù)， 將多路低速并行數(shù)據(jù)解析成多路低速?gòu)?fù)信號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法，其特征在于，步驟a 中所述脈沖的帶寬不小于1GHz。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字信道化的窄脈沖頻率測(cè)量方法，其特征在于，步驟a 中所述脈沖的脈寬不小于40ns。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種基于數(shù)字信道化技術(shù)的窄脈沖頻率測(cè)量方法，屬于時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。主要步驟包括，對(duì)脈寬較窄的脈沖信號(hào)進(jìn)行高速采樣，通過(guò)信道化技術(shù)將高速數(shù)字實(shí)信號(hào)解析為多通道的多頻段的低速數(shù)字復(fù)信號(hào)；運(yùn)用Cordic算法求得多個(gè)通道的低速?gòu)?fù)信號(hào)的瞬時(shí)相位和瞬時(shí)幅度，利用相位差和時(shí)間的比值得到瞬時(shí)頻率，再對(duì)選出的信道的瞬時(shí)頻率值進(jìn)行多點(diǎn)累計(jì)平均，得到精確的測(cè)頻結(jié)果。本發(fā)明提供的頻率測(cè)量方法，能夠?qū)Υ髱?、窄脈寬的中頻信號(hào)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的頻率測(cè)量，可以在300ns內(nèi)輸出測(cè)頻結(jié)果，具有輸入帶寬大、測(cè)頻精度高、信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01R23/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105486920
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510846003
【發(fā)明人】關(guān)文碩, 易冰歆, 游福初
【申請(qǐng)人】北京振興計(jì)量測(cè)試研究所
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日