基于单比特和近似核FFT的瞬时测频算法及FPGA实现

摘要

数字接收机虽然具有处理信息灵活和可同时提取多种信号参数的特点，但单信道实现瞬时测频接收机相同的带宽十分困难，通常采用信道化的方法又会增加设备的规模，同时庞大的数据运算量也难以实现实时或近实时的信号处理能力，数字滤波、FFT、相关等各种常规数字运算均涉及大量乘法运算，严重制约了电子战接收机的响应时间。本文研究以适当降低数字接收机性能为代价，换取接收机带宽和信号实时处理能力，其中，利用降低信号量化位数的单比特接收机和简化常规FFT的近似核FFT是较好的解决方案。本文基于单比特和近似核FFT，能满足电子战实时或近实时的测频要求。首先介绍了单比特测频算法的原理，研究了基于近似核的FFT快速测频算法，并通过系统硬件实现验证了算法的有效性。论文主要工作如下：
　　(1)分析了单比特数字接收机作为一种特殊的宽带接收机形式，具有带宽大、实时处理能力强大、高灵敏度和体积小等众多优点，在电子战环境中具有重要的应用前景。单比特接收机显著优点在于它以适当降低动态范围作为代价，换取瞬时带宽的增加，信号处理速度近实时。
　　(2)基于DFT理论和FFT算法，研究了基于近似核FFT的快速测频算法，分析了量化位数和近似核数的关系，给出64点高阶近似核，近似核函数的值实部和虚部都能表示为二进制数。在硬件实现时，只需要加法器、移位寄存器和反相器，同时能有效提高单比特数字接收机和低阶近似核FFT的动态范围。
　　(3)采用按频率抽取(DIF)的基-2FFT结构，给出了基于64点高阶近似核FFT算法原理和FPGA硬件实现仿真及测试结果，验证了算法能快速有效的进行频率估计。
　　(4)完成了基于近似核FFT的硬件实验平台设计，给出了近似核FFT频率估计的FPGA硬件实现方案。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1论文的研究背景及意义

1.2国内外研究动态

1.3本文工作及内容安排

第二章 基于单比特和近似核FFT的瞬时测频算法

2.1基于单比特测频算法

2.2近似核FFT算法

2.3算法仿真

2.4小结

第三章基于高阶近似核FFT的瞬时测频算法

3.1高阶近似核FFT

3.2信号检测

3.3超分辨率频率估计

3.4算法仿真

3.5小结

第四章基于高阶近似核FFT测频算法的实现

4.1实现技术平台选择

4.2基于Radix-2 Cooley-Tukey FFT的近似核FFT算法

4.3基于Radix-4 Cooley-Tukey FFT的近似核FFT算法

4.4基于Mixed-Radix Cooley-Tukey FFT的近似核FFT算法

4.5信号检测和超分辨频率估计的实现

4.6算法仿真

4.7小结

第五章基于高阶近似核FFT测频的硬件实现

5.1近似核FFT的硬件设计

5.2超高速数据采集模块设计

5.3近似核FFT测频模块硬件设计

5.4电源模块设计

5.5系统测试

5.6小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果