基于LabVIEw的数字变频FFT设计

2012-03-08 19:03:32来源: eefocus
0 引 言

  在运动目标速度测量中,常利用频谱分析的方法获取目标的多普勒频率,并依据多普勒测速原理来完成动目标速度测量。为达到高精度测速的要求,需进一步提高频率分辨率,在实际频谱分析中,要对获取的试验数据先进行分段处理,在此基础上再进行细化操作,这样可获得比常规FFT分析更高的频率分辨率。近年来,频谱细化技术发展迅速,常见的方法有:HR-FA法,基于多相滤波器的ZFFT法,基于复调制的Zoom-FFT法,自适应Zoom-FFT法,Chirp-Z变换和小波基法等。然而,这些频谱细化技术普遍存在运算量大,不易实现编程的缺点。为此,提出了一种数字变频FFT的频谱细化算法,并利用图形化编程语言LabVIEW进行了编程设计。


1 数字变频FFT的数学原理

  在频谱分析中,频率分辨率表示频谱中能够分辨的两个频率分量的最小间隔,用频率间隔△f表示为:

  要提高FFT的频率分辨率,可通过以下两种途径实现:
(1)降低采样频率fs。这会使频率分析范围缩小,其降低的幅度受到采样定律的限制。
(2)需要增加分析的采样点数N。这意味着计算机的存储量和计算量大大增加,由于实际系统软、硬件方面的限制,这样做并不总是可能的。

  可以看出以上两种方法提高频率分辨率的能力有限且灵活性差。所用的数字变频FFT主要指采用移频特性进行频谱细化的技术,其原理框图如图1所示。

  设模拟信号为x(t),经A/D转换后得到采样时间序列x(n)(n=0,1,…,N—1),设fs为采样频率;f1~f3为细化分析频带;f0为需要细化的频带中心频率D为细化倍数;N为FFT分析的点数,算法如下:


(1)复调制移频

  所谓复调制移频就是将频域坐标向左移或向右移,使得被观察的起点为频域坐标的零频位置。这里对离散信号x(n)用exp[-2πf0/fs]进行复调制,把需要细化的频带起点移至频率轴原点,得到:

(2)数字低通滤波


为保证重新采样后不发生频谱混叠,必须进行抗混叠滤波,以滤出所需分析频段信号。设频率细化倍数为D,则低通滤波器的截止频率fc=fs/2D。


(3)重新采样

  信号被移频和低通滤波后,分析信号频带变窄,因而可以以较低的采样频率fs\'=fs/D进行重采样,fs\'比原采样频率降低了D倍,即对原采样点每隔N点再抽样一次。


(4)反移频处理

  实行反移频操作就是将频率中心重新移到需要细化的频带起始频率,使得移频前后的频率保持一致。


(5)FFT运算

  对反移频后的信号进行FFT处理,得到细化后的频谱,其频率分辨率提高了D倍。

2 数字变频FFT的LabVIEW实现


2.1 虚拟仪器LabVEW

  LabVIEW是美国NI公司推出的虚拟仪器开发平台软件,是一种非常优秀的面向对象的图形化编程语言,用于快速创建测试、测量和控制应用程序。它的优点是数据处理速度快,硬件支持等方面功能强大;缺点是在数值处理、分析和算法工具等方面的效率不高。而MathWorks公司开发的Matlab提供了强大的矩阵运算和图形处理功能,编程效率高,特别擅长数值分析和处理,但其界面开发能力较差,不能进行实时操作和控制。

  鉴于LabVIEW和Matlab两种语言的优点,在虚拟仪器开发过程中,除利用LabVIEW直接编程外,还可结合.Matlab进行混合编程。通常用LabVIEW设计用户图形界面,负责数据采集和网络通信;Matlab在后台提供大型算法供LabVIEW调用。

2.2 LabVIEW直接编程实现数字变频FFT

  在LabVIEW直接编程中,通过调用Ramp Pat-teln.Vi节点和Exponential.vi节点完成信号的复调制和反移频操作;通过调用Decimate.vi节点对复调制后的信号进行滤波,压缩频带,然后进行整数倍抽取。其中,对信号进行数字低通滤波的滤波器为切比雪夫I型.滤波器,其主要参数:阶数为8阶,截止频率为0.8.(fs/2)/D;通过调用FFT.vi和Array Size.vi节点完成FFT运算,辅以其他相应的计算处理节点,根据数字变频的原理图最终实现数字变频FFT,其程序框图如图2所示。

[1] [2]

关键字:数字变频FFT  频谱细化  虚拟仪器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0308/article_4773.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
数字变频FFT
频谱细化
虚拟仪器

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved