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基于FPGA的高精度相位差測量算法實現(xiàn)

作者: 時間:2012-02-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:首先介紹了兩種,一種是基于直接數(shù)字頻率合成(DDS)的相關(guān)測量法,另一種是基于快速傅里葉變換(FFT)的FFT測量法。其次,通過理論仿真分析兩種算法在不同信噪比和數(shù)據(jù)長度下的性能,并在此基礎(chǔ)上給出了硬件平臺的設(shè)計方案。最后,基于高性能的芯片XC5SX95T,搭建了硬件實驗平臺,完成了兩種的硬件實現(xiàn)。經(jīng)過實測,該硬件平臺能夠達(dá)到良好的測量精度。
關(guān)鍵詞:相位差;相關(guān);FFT;

0 引言
兩個同頻信號的相位差測量在工程上有著廣泛的應(yīng)用。近年來,精密測量、雷達(dá)定位、目標(biāo)識別等領(lǐng)域的高速發(fā)展對相位差測量精度和速度都提出了很高的要求。目前,理論上比較成熟的相位差主要利用相關(guān)原理和快速傅里葉變換(FFT)原理。但由于硬件環(huán)境的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性,傳統(tǒng)硬件測量的精度往往大大低于軟件計算精度,而高性能芯片的發(fā)展為硬件提高相位差測量算法的精度提供了新的方向。
本文首先介紹了兩種相位差測量算法,一種是基于直接數(shù)字頻率合成(DDS)的相關(guān)測量法,另一種是基于快速傅里葉變換的FFT測量法。在軟件仿真的基礎(chǔ)上,利用高性能的FPGA芯片搭建硬件實驗平臺,完成了兩種算法的硬件實現(xiàn)。

1 算法原理和理論仿真
1.1 相關(guān)測量法
首先在接收端利用本振信號與接收信號進(jìn)行相關(guān),再經(jīng)過數(shù)字低通濾波器濾除高頻分量,分別得到兩路接收信號的相位信息,最后相減得到相位差。由于噪聲與本振信號相關(guān)性很小,所以能夠很好地加以抑制。設(shè)被測信號為:
a.jpg
式中:f0為被測信號頻率;φ1,φ2分別為兩路信號的相位。兩路信號的相位差△φ=φ1-φ2,即為所求。
b.jpg
式中,a1為相關(guān)后輸出信號的幅度,由于兩路本振信號的幅度一致,故相關(guān)后輸出信號的幅度也可認(rèn)為相等,通過低通濾波器濾除高頻分量后可得:
c.jpg


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關(guān)鍵詞: FPGA 高精度 測量算法 相位差

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