[发明专利]一种线性调频信号频率特征参数的时域测量方法

说明书

本发明公开了一种线性调频信号频率特征参数的时域测量方法，先利用高速比较器对被测线性调频信号进行波形整形和电平变换，再将整形及变换后的数字方波信号输入现场可编程门阵列(FPGA)中进行计算和测量；在FPGA中，利用FPGA的片内锁相环对时钟信号进行时间插值，再通过计数器对数字方波信号和参考时钟信号计数，采用最小二乘法进行参数拟合，得到基本时间片区间内被测线性调频信号的平均频率值；然后根据一系列测量得到的平均频率值，再次通过最小二乘拟合的方式得到被测线性调频信号的瞬时频率表达式，从而计算扫频速率、最大频率、最小频率等参数。

技术领域

本发明属于信号处理及信号测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种线性调频信号频率特征参数的时域测量方法。

背景技术

线性频率调制(LFM)信号，也称为线性调频信号，是当代各种类型雷达中广泛使用的一种信号体制。线性调频信号是利用三角波或锯齿波对载波进行调制，使得产生信号频率随时间周期性线性变化的调制信号。线性调频信号是一种扩频调制信号，具有较大的带宽和时宽。采用线性调频信号的雷达也可以被称为脉冲压缩雷达，在保证较高分辨率的同时具有较大的有效探测范围，因此在高度测量、距离测量和速度测量等各种场合得到了大量的应用。在采用线性调频信号的雷达及其相关设备生产、研发、测试应用场合中，需要快速的对设备发出信号的载波频率进行测量，一方面判断设备工作是否正常，另一方面则可以根据测试需要产生相应的测试激励；此外，在信号跟踪、侦测以及电子对抗等应用场合，也需要对被测信号的频率特征进行捕获和测量。

传统的线性调频信号频率特征测量和估计方法，大多数是在频域采用数字信号处理的方式进行，其原理首先是通过模数转换器将待测量的信号进行高速采样和转换，再转到频域利用诸如傅里叶变换、小波变换或希尔伯特变换等数字信号处理的方式进行频率特征参数估计。这一类处理方法精度高，但是数据量大、计算速度慢、效率低，不能满足瞬时测试激励产生、实时动态响应等对处理时间要求较短的应用场合。因此，针对特征已知以及特征未知的线性调频信号，研究如何快速准确的进行频率测量，具有极其重要的理论价值和工程应用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种线性调频信号频率特征参数的时域测量方法，基于波形时域调理、计数时间插值、区间频率测量和扫频参数的拟合，从而快速准确的获取线性调频信号特征参数的测量值。

为实现上述发明目的，本发明一种线性调频信号频率特征参数的时域测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、信号整形及变换

将被测线性调频信号输入到高速比较器，高速比较器将被测线性调频信号由模拟正弦波信号变换为数字方波信号f_x，但被测线性调频信号的频率在变换前后保持不变，且电平幅度满足FPGA输入电平要求；

(2)、计数时间插值

使用多个锁相环对外部晶体振荡器输入至FPGA的基本时钟信号f_c进行时间插值处理，生成k路频率为mf_c的时钟信号，m为倍频数；

(3)、计数与存储

使用两组计数器进行计数，其中，第一组计数器标记为信号计数器，用于对f_x进行计数；另一组计数器标记为时基计数器，由k个计数器和一个k输入并行加法器组成，k个计数器分别对多个锁相环产生的k路时钟信号进行计数，加法器对k个计数器的计数值进行求和运算；

在每个f_x的上升沿到来时，将信号计数器的计数值x以及时基计数器中加法器的输出值y存放到先入先出(FIFO)存储器中；

(4)、区间频率测量