[发明专利]一种频谱直方图的实时统计方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试仪器领域，特别涉及一种频谱直方图的实时统计方法。

背景技术

获得微波瞬变信号的频谱直方图是现代实时频谱分析仪的主要功能之一，实时频谱分析仪的频谱直方图功能对于观测频谱动态变化的信号非常有用。频谱直方图的实时统计通常采用FPGA或ASIC器件，通过可编程逻辑实现。频谱直方图通常采用伪彩色编码方式的位图图像形式显示，像素可以采用(x，y，z)三维坐标表示，可以同时给出一段时间内信号不同频谱分量的幅度和幅度命中次数的三维信息，其中x表示实时频谱轨迹的频率分量，y表示该频率分量对应得信号幅度，z表示该幅度命中次数。

由于实时频谱分析仪计算FFT频谱的速度越来越高，FFT频谱数据流的速率达到了每秒几百兆的频谱数据，对实时统计FFT频谱的处理速度要求也更高。为了获得频谱直方图中的某一像素对应的命中次数，在得到某一频谱数据(x，y)时，首先需要读取其对应像素点映射的命中次数z，然后z进行加1操作，然后将z重新写入该像素对应的地址，以上操作过程需要至少3个时钟周期才能完成。

如图1所示，现有的频谱直方图实时统计装置中，第一位图缓冲区412和第二位图缓冲区413用于频谱直方图统计数据的保存，采用乒乓方式操作。实时频谱计算单元403，将连续输入的时域数据402通过傅立叶变换转换成一帧一帧的频谱数据。实时频谱计算单元403输出端口包括频谱数据430，和对应频谱数据的序号440，频谱数据和序号进入地址映射单元404，地址映射单元404将数据映射成第一位图缓冲区412和第二位图缓冲区413的某个地址，分别与地址输入端口A和地址输入端口C相连，该地址存储的数据是其命中次数。实时频谱计算单元403和地址映射单元404均工作在时钟CLK10下。第一位图缓冲区412的地址输入端口A和数据端口A在时钟信号CLK30的驱动下工作，第二位图缓冲区413的地址输入端口C和数据端口C同样在时钟信号CLK30的驱动下工作，其中时钟CLK30的速率是时钟CLK10的三倍。第一数据运算单元407将读出地址输入端口A对应的数据418经过加1运算后，重新写入到该地址中。第二数据运算单元408将读出地址输入端口C对应的数据409经过加1运算后，重新写入到该地址中。第一位图缓冲区412的数据端口B和第二位图缓冲区413的数据端口D通过另外的处理器(例如显示处理器)在时钟CLK20的控制下进行访问，将这两个位图缓冲区的频谱直方图数据读出，或者将其数据清空。

现有的技术方案存在的主要问题是：

(1)由于频谱数据是以CLK10的速率输出的，第一位图缓冲区412的数据端口A和第二位图缓冲区413的数据端口C的工作时钟CLK30要求至少是工作时钟CLK10的三倍。只有这样，每得到一个频谱数据，才可以完成对其映射地址命中次数的统计和存储。而目前FPGA器件的系统工作时钟最高也只能达到550MHz左右，在CLK10的速度达到几百兆Hz时，在FPGA器件中几乎不可能完成对位图缓冲区的操作。

(2)第一位图缓冲区412和第二位图缓冲区413的端口均是可读可写的，这样对FPGA器件的资源占用率高。

(3)其他处理器(例如显示处理器)对两个位图缓冲区在时钟CLK20的控制下进行访问，通常时钟CLK20的速度要比CLK10的速度慢。当进行N帧频谱数据的统计时间内，显示处理器必须完成对位图缓冲区所有地址的读操作和清零操作，因此N的取值需要足够大，才能利用对两个位图缓冲区的乒乓操作实现频谱数据的无间断统计。

发明内容

本发明提出一种频谱直方图的实时统计方法，解决了高速频谱数据的实时统计问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种频谱直方图的实时统计方法，包括以下步骤：

步骤(a)，首先由第一位图缓冲区101和第二位图缓冲区102进行清零操作，将存储器空间全部置成零；

步骤(b)，启动一个计数器，用于记录已经处理的频谱数据的帧数，将该计数器初值置为零；将第一位图缓冲区101的操作设置成工作状态，将第二位图缓冲区102的操作设置成空闲状态，同时启动频谱直方图统计运算，实时频谱计算单元将时域数据连续无间断的进行离散傅立叶变换，转变成连续帧的频谱数据；