[发明专利]一种基于FPGA的数字相敏检波方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的数字相敏检波方法及系统，属于信号处理技术领域。本发明通过FPGA生成与待检测信号同频的正弦方波信号和余弦方波信号，将正弦方波信号和余弦方波信号作为参考信号，与待检测信号分别做相关运算，将两路相关运算的结果进行求模处理，并将求模结果乘以一个系数，以此作为待检测信号的幅值，从而实现从待检测信号提取出有用信号的幅值。本发明将方波作为检波时的参考信号，与正弦波作为参考信号相比，不仅简化了控制，还提高了计算效率，且操作简单、容易实现。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的数字相敏检波方法及系统，属于信号处理技术领域。

背景技术

在工程测量中，被测信号往往会被有源器件产生的高斯噪声、谐波噪声以及外界环境的随机噪声等各类噪声干扰或淹没，数字相敏检波算法能够很好地从强噪声中提取出有用信号的幅值、相位信息。因此，该方法被广泛应用于现有的信号检测系统。数字相敏检波主要采用高速ADC采集模拟正弦信号，与参考的数字正弦信号做相关，以数字方式实现相敏检波。数字相敏检波算法对谐波信号与有源器件引起的随机噪声具有很强的抑制能力，更高的精度，和更大的灵活性等优点，更适合微弱信号的检测。

在现有的数字相敏检波中往往利用与被测信号同频的正弦信号作为参考，通过对参考信号与被测信号进行信号处理，获得被测信号的幅度与相位信息。在FPGA实现中，正弦信号需要利用DA模块产生，操作复杂且不易控制，使得检波效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA的数字相敏检波方法及系统，以解决目前基于FPGA数字相敏检波存在的控制复杂、效率低的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种基于FPGA的数字相敏检波方法，该方法包括以下步骤：

1)利用FPGA产生一个用于待检测信号同频的正弦方波信号和余弦方波信号；

2)将生成的正弦方波信号和余弦方波信号分别与待检测信号进行相关运算；

3)将相关运算结果进行求模处理，并将求模处理结果乘以频率相关系数，该结果为待检测信号的幅度。

本发明通过FPGA生成与待检测信号同频的正弦方波信号和余弦方波信号，将正弦方波信号和余弦方波信号作为参考信号，与待检测信号分别做相关运算，将两路相关运算的结果进行求模处理，并将求模结果乘以一个系数，以此作为待检测信号的幅值，从而实现从待检测信号提取出有用信号的幅值。本发明将方波作为检波时的参考信号，与正弦波作为参考信号相比，不仅简化了控制，还提高了计算效率，且操作简单、容易实现。

进一步地，所述的频率相关系数与待检测信号的频率相关，一个确定的频率对应一个确定的频率相关系数。

进一步地，为了准确得到频率相关系数，所述的频率相关系数通过实验仿真得到，仿真过程如下：

A.生成一个与待测信号频率相同的基准方波信号，其中待测信号为不同频率的已知幅值的标准信号；

B.将待测信号与基准方波信号作互相关计算结果，根据互相关结果确定方波信号提取的幅度，将方波信号提取的幅度与待测信号的幅值进行比较得到频率相关系数。

进一步地，所述的正弦方波信号和余弦方波信号分别为：square(2πfn/N+π/2)和square2πfn/N，

其中f为频率，N为一个周期的采样点数。

本发明还提供了一种基于FPGA的数字相敏检波系统，该检波系统采用FPGA，包括方波生成模块、相关运算模块和求模处理模块；

所述方波生成模块用于产生一个用于待检测信号同频的正弦方波信号和余弦方波信号；

所述相关运算模块用于将方波生成模块生成的正弦方波信号和余弦方波信号分别与待检测信号进行相关运算；