本發明涉及一種新型調制域分析方法，特別是涉及一種基于FFT的新型調制域分析方法。

背景技術：

調制域是由信號的時間和頻率兩個軸構成的平面域，它反應了信號頻率與時間的關系，是對信號進行三維(時域、頻域、調制域)測量不可缺少的一個測量域。調制域分析用于測量信號的頻率隨時間的變化特性，在抗干擾通信、捷變頻雷達、電子戰系統、機電系統中有重要應用，是研制、生產、維護現代軍事及民用電子系統的必備儀器。

傳統上，調制域分析基于對事件和時標的計數技術實現，被測信號Fx經過放大整形電路，得到脈沖序列Ex。然后對生成的脈沖序列在閘門信號Tg內計數，共有兩個計數器：時標計數器和事件計數器。時標計數器計算在時段Tg內時標信號的脈沖數N；事件計數器計算在同樣的時段Tg內脈沖序列的脈沖數M。Tp是原始閘門信號，Ex是被整形后測量信號，To是時標信號，Tg是由被測信號同步Tp之后得到的實際閘門信號，Tc是一個虛擬信號，由時標信號同步Tg得到，Err就是測量過程中所產生的誤差信號。連續測頻時，時標計數器、事件計數器連續計數，在Tg信號上升沿控制下，依次讀出n、n+1時刻的時標計數器值Nn、Nn+1，事件計數器值Mn、Mn+1及n、n+1時刻的ΔTn、ΔTn+1，根據上述測量值就可算出n時刻的頻率值fx，其計算公式如下式(1)所示，

fx＝(Mn+1－Mn)/[(Nn+1－Nn)To+(ΔTn－ΔTn+1)]......(1)

其中To為時標信號的周期，重復上述過程，即可測得信號的頻率_時間特性。

忽略測試誤差ΔTn、ΔTn+1，則被測信號頻率為如下式(2)所示，相對測頻誤差為如下式(3)所示，

fx＝(M/N)×fo......(2)

e＝Δfx/fx＝ΔM/M－ΔN/N+Δfo/fo......(3)

其中fo為時標頻率，ΔM/M為事件計數器的計數誤差，ΔN/N為時標計數器的計數誤差，Δfo/fo為時標信號的頻率準確度。

由于計數是在經事件信號同步后的門控信號時段內進行的，因此事件計數器計數值M不存在誤差，即ΔM＝0。但由于被測信號的隨機性，就造成了門控信號Tg和時標信號f0是隨機的，時標計數值N仍然存在±1誤差。忽略時標信號頻率穩定度誤差Δfo/fo，測頻的最大誤差為如下式(4)所示。

上式表明，如果忽略時標信號頻率穩定度誤差Δfo/fo，則測頻精度和閘門時間Tg，時標信號的頻率相關，閘門時間越長，時標信號頻率越高，測頻精度就越高。但是在調制域分析中，要越細致的反映頻率隨時間的變化情況，閘門時間越小越好，時標信號頻率也不可能無限提高，因為極高的頻率對器件和電路板設計都提出了嚴格的要求，在目前的技術水平和工藝下，實現難度很大。在上述這些客觀因素限制下，要提高測量精度，就需準確測出ΔTn、ΔTn+1進行誤差補償。常見的誤差補償方法有模擬內插法、數字游標法、延遲內插法、時標移相法等，雖各有優點，但仍然存在問題：采用模擬內插法的缺點是電路結構非常復雜，會降低系統的可靠性，擴展倍數有限，測ΔTn、ΔTn+1時仍然存在量化誤差；采用數字游標法的缺點是當測時分辯率很高時，兩個時鐘電路必須嚴格屏蔽，否則可能因頻率牽引而無法正常工作。采用延遲內插法的缺點是在測量精度要求極高的場合下，延時單元工程實現難度大，存在通過延時單元的信號鎖存不同步的問題；采用時標移相法時，當移相次數很多時，時標計數器會增多，一般情況下，時標計數器位數很多，如果時標計數器增多，加法器和FIFO硬件電路資源也會大幅增加，硬件電路體積增加，系統可靠性降低，還存在各計數器計數值鎖存不同步的問題。

總之，傳統基于事件和時標計數技術實現的調制域分析，在提高測量精度和更加細致的反映頻率隨時間的變化情況方面存在技術和工程實現問題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于FFT的新型調制域分析方法，其能夠提高測量精度，方法新穎，節約成本，工程容易實現。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種基于FFT的新型調制域分析方法，其包括以下步驟：

步驟一，被測信號通過A/D采樣后在緩存器緩存，數據最后送到CPU，數據長度如下式所示：L＝T/Ts，其中T為調制域分析一屏需要顯示的時間，Ts為A/D采樣的周期；

步驟二，根據頻率的測量精度，計算FFT的點數N，N的計算方法如下式所示：N＝Fs/(2X RBW)，其中RBW為頻率分辨率，N取為2的冪次方；

步驟三，計算FFT運算次數M，M的計算方法如下式所示：M＝L/N，其中M取整數；

步驟四，進行M次FFT運算，得到M個頻率值，f1、f2至fM，分別對應的時間為N X Ts1、N X Ts2至N X TsM；

步驟五，以N X Ts1、N X Ts2至N X TsM為時間軸的橫軸，f1、f2至fM為頻率軸的縱軸來繪制波形，完成調制域分析。

優選地，所述步驟一中Ts為采樣周期，L為緩存器的長度，且L≥M X N。

優選地，所述步驟二中Fs為A/D采樣信號的采樣率。

優選地，所述步驟四，在L X Ts的時間內進行M次FFT運算，每次FFT的運算點數為N，以及對應的時間為N X Ts，每次FFT運算可以得到幅度與頻率的關系，進一步計算出N X Ts時間對應的頻率值，M次FFT運算可得到M個頻率值，即N X Ts1對應的頻率值為方f1，N X Ts2對應的頻率值為方f2，N X TsM對應的頻率值為方fM，這樣可反映出L X Ts時間內頻率的變化關系，從而完成調制域分析。

本發明的積極進步效果在于：本發明能夠利用FFT技術實現調制域分析，硬件工程上容易實現，算法成熟，解決了傳統基于事件和時標計數技術實現的調制域分析在提高測量精度和更加細致的反映頻率隨時間的變化情況方面存在技術和工程實現問題，另外，本發明與實現頻譜分析、矢量分析、解調等基于軟件無線電架構接收硬件平臺相同，在儀器實現綜合測試功能時，可節省硬件。

附圖說明

圖1為本發明的原理圖。

圖2為頻域分析的波形圖。

圖3為N X Ts1時刻的波形圖。

圖4為N X Ts2時刻的波形圖。

圖5為N X TsM時刻的波形圖。

圖6為基于FFT實現調制域分析的波形圖。

具體實施方式

下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。

FFT一般用于頻域的分析，簡化的硬件框圖如圖2所示。被測信號通過A/D采樣后在緩存器緩存，最后送到CPU進行FFT運算，得到頻率和幅度的關系，即頻域分析,如圖2所示。

本發明基于FFT(Fast Fourier Transformation，離散傅氏變換的快速算法)的新型調制域分析方法包括以下步驟：

步驟一，被測信號通過A/D(Digital Analog Converter，數字模擬信號轉換器)采樣后在緩存器緩存，數據最后送到CPU(Central Processing Unit，中央處理器)，數據長度如下式(10)所示，其中T為調制域分析一屏需要顯示的時間；

L＝T/Ts......(10)

步驟二，根據頻率的測量精度，計算FFT的點數N，N的計算方法如下式(11)所示，其中RBW為頻率分辨率，N取為2的冪次方；

N＝Fs/(2X RBW)......(11)

步驟三，計算FFT運算次數M，M的計算方法如下式(12)所示，其中M取整數；

M＝L/N......(12)

步驟四，進行M次FFT運算，得到M個頻率值，即f1、f2至fM，分別對應的時間為N X Ts1、N X Ts2至N X TsM；

步驟五，以N X Ts1、N X Ts2至N X TsM為時間軸的橫軸，f1、f2至fM為頻率軸的縱軸來繪制波形，完成調制域分析，如圖3至圖6所示。

所述步驟一中Ts為采樣周期，L為緩存器的長度，且L≥M X N。

所述步驟二中Fs為A/D采樣信號的采樣率。

所述步驟四，在L X Ts的時間內進行M次FFT運算，每次FFT的運算點數為N，以及對應的時間為N X Ts，每次FFT運算可以得到幅度與頻率的關系，進一步計算出NX Ts時間對應的頻率值，M次FFT運算可得到M個頻率值，即NX Ts1對應的頻率值為方f1，N X Ts2對應的頻率值為方f2，N X TsM對應的頻率值為方fM，這樣可反映出L X Ts時間內頻率的變化關系，從而完成調制域分析。

基于FFT實現的調制域分析，FFT的點數N越大，頻率測量精度越高，A/D采樣信號的采樣率Fs越大，N X Ts越小，越能細致的反映頻率隨時間變化的情況。本發明硬件工程上容易實現，算法成熟，解決了傳統基于事件和時標計數技術實現的調制域分析在提高測量精度和更加細致的反映頻率隨時間的變化情況方面存在技術和工程實現問題。

以上所述的具體實施例，對本發明的解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。