[发明专利]一种基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法及系统

说明书

一种基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法及系统，将铯光泵磁力仪输出的磁共振信号经放大整形成方波信号，再将方波信号以及方波信号延迟一个固定的时间后分别通过ADC进行采样，得到离散的输入信号序列及输入信号延时序列；控制FPGA分别对两个序列使用汉宁窗进行全相位预处理；调用FFT IP核对进行了全相位预处理后的序列分别做FFT变换，输出数据的实部和虚部，在一个采样周期内选取出最大幅值处的实部和虚部；通过CORDIC算法根据最大幅值处的实部和虚部推算出对应的相位值，将求出的两个相位值传入单片机进行频率计算，从而得出频率测量结果。本发明可以有效地防止频谱泄漏，并可以极大地节省FPGA的资源，提高效率，且具有高精度和良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及铯光泵磁力仪领域，更具体地说，涉及一种基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法及系统。

背景技术

铯光泵磁力仪高分辨率高采样率的优点使其能够应用于航空磁测等复杂环境下的磁场测量场合，它是以铯原子能级在外磁场中的塞曼分裂为理论基础，通过光抽运效应和光磁共振技术结合而制成的仪器。由于铯原子的磁共振频率值与被测外磁场值成正比，所以只要能够测出铯原子的共振信号频率即可获得外磁场的值。常见的频率测量方法有直接测频法、直接测周期法、等精度测频法、多周期同步法等，但其无法同时满足航空磁测所需的高分辨率、高精度且能连续测量的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术常见的频率测量方法无法同时满足航空磁测所需的高分辨率、高精度且能连续测量的要求的技术缺陷，本发明提出了一种利用全相位FFT对铯光泵磁力仪的磁共振信号进行频率测量的数字方及系统法。

根据本发明的其中一方面，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法，包含如下步骤：

S1、将铯光泵磁力仪输出的磁共振信号经放大整形成方波信号，再将方波信号以及方波信号延迟一个固定的时间后分别通过ADC进行采样，得到离散的输入信号序列及输入信号延时序列，完成模数转换过程；

S2、控制FPGA分别对输入信号序列及延时序列分别使用汉宁窗进行全相位预处理；

S3、调用FFT IP核对进行了全相位预处理后的序列分别做FFT变换，输出数据的实部和虚部，然后根据输出的缩放因子对所述数据的实部和虚部进行符号位拓展和移位得到真实的实部和虚部值；

S4、由真实的实部和虚部推算原始数据的幅值，在一个采样周期内选取出最大幅值处的实部和虚部；

S5、通过CORDIC算法根据最大幅值处的实部和虚部推算出对应的相位值，将求出的两个相位值传入单片机进行频率计算，从而得出频率测量结果。

进一步地，在本发明的基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法中，步骤S2中，所述使用汉宁窗进行全相位预处理时，所采用的N点汉宁窗序列与归一化后的2N-1点汉宁窗由MATLAB产生并转化为mif文件存储在FPGA的单端口ROM模块中，供FPGA调用，N为FFT点数。

进一步地，在本发明的基于全相位FFT的铯光泵磁力仪频率测量方法中，所述使用汉宁窗进行全相位预处理具体包括如下步骤：

S21、对N点汉宁窗自身求卷积，得到2N-1点卷积窗；

S22、将得到的2N-1点卷积窗相加求和；

S23、将2N-1点卷积窗相加求和后进行归一化处理，得到2N-1点汉宁窗；

S24、将得到归一化后的2N-1点汉宁窗依次与输入序列各项相乘，从而进行汉宁加窗，加窗时，第1项乘积与第N+1项乘积相加，第2项乘积与第2N-1项乘积相加，…，第N-1项乘积与第2N-1项乘积相加。