一种变幅值脉冲信号频率测量方法以及相关设备与流程

本申请涉及信号频率的高精度测量，尤其涉及一种变幅值脉冲信号频率测量方法以及相关设备。

背景技术：

1、常见的商用频率计测量一段模拟信号频率的方式是先将连续信号通过adc(模数转换器)转化为离散数字信号，然后通过tdc(时间数字转化器)计数信号的持续时间和周期，相除即得到频率。这种方法测量速率很快，但测量精度受制于adc和tdc的采样率，会存在固定“±1采样间隔”的时间误差。提高采样率可以降低此误差，但受制于硬件性能、功耗及抗干扰水平，采样率不可能无限提高。

2、如果已知信号幅值-时间的数学表达式，则高精度测量频率的方式是先将信号通过adc采样，然后用对应的函数非线性拟合得到频率，理论上拟合精度仅取决于信号的信噪比。这种方式拥有理论上最高的测量精度，但非线性拟合对算力需求过大，不利于测量仪器的小型化以及难以做到在有限时间内连续测量以较高频率如每秒数百个发送的脉冲。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种变幅值脉冲信号频率测量方法以及相关设备，在保持与直接拟合精度一致的前提下，将计算时间压缩千倍以上，实现极高测量精度和较高的输出带宽，所述技术方案如下：

2、本申请第一方面提供一种变幅值脉冲信号频率测量方法，包括以下步骤：

3、s1脉冲信号经过高速adc模块采样，产生离散采样信号x[i]输出到fpga模块；

4、s2对每个采样点的离散采样信号x[i]进行希尔伯特变换；

5、s3计算瞬时相位

6、s4根据所述瞬时相位计算累积相位φ(i)；

7、s5计算斜率p；

8、s6计算脉冲频率f。

9、例如，在一个实施例提供的变幅值脉冲信号频率测量方法中，所述fpga模块带有arm处理器。

10、例如，在一个实施例提供的变幅值脉冲信号频率测量方法中，所述s2中，对每个采样点的离散采样信号x[i]采用下述卷积关系进行希尔伯特变换得到离散信号的希尔伯特变换结果y[i]：

11、

12、其中，k为奇数，n是的截断边界。

13、例如，在一个实施例提供的变幅值脉冲信号频率测量方法中，所述s2中，对每个采样点的离散采样信号x[i]进行希尔伯特变换的方法为：对离散采样信号x[i]做离散傅里叶变换，得到离散信号的傅里叶变换结果x(k)；对x(k)进行频域移位，得到频域移位结果z(k)：

14、

15、对z(k)做离散傅里叶反变换，然后取虚部得到离散信号x[i]的希尔伯特变换结果y[i]。

16、例如，在一个实施例提供的变幅值脉冲信号频率测量方法中，所述s3中，采用下式计算瞬时相位

17、

18、例如，在一个实施例提供的变幅值脉冲信号频率测量方法中，所述s4中根据所述瞬时相位计算累积相位φ(i)的算法为：从开始，若则及之后的所有瞬时相位全部加上2π，按照此规则一直计算到得到的新相位序列即为累积相位φ(i)。

19、例如，在一个实施例提供的变幅值脉冲信号频率测量方法中，所述s5中斜率p的计算方法为：将[i/fs，φ(i)]视作一组坐标做最小二乘法拟合，得到斜率p，其中，fs为信号采样率。

20、例如，在一个实施例提供的变幅值脉冲信号频率测量方法中，所述s6中脉冲频率f满足以下关系式：

21、f＝p/2π。

22、本申请第二方面提供一种变幅值脉冲信号频率测量装置，包括：高通滤波模块、高速adc模块、fpga模块及信号输出单元，所述高通滤波模块用于滤除低频和直流噪声；所述高速adc模块用于将形式为模拟电压的信号转化为数字信号；所述fpga模块模块具有arm处理器，用于接收所述高速adc模块的采样信号，并控制所述arm处理器的读入读出，所述arm处理器将每个周期的采样信号从寄存器中读出并进行相关计算，处理得到信号频率，最后返回到寄存器；所述信号输出单元用于将处理好的频率值从寄存器读取，然后通过串口输出。

23、本申请第三方面提供一种电子设备，包括：存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如上述所述的变幅值脉冲信号频率测量方法。

24、本申请一些实施例提供的一种变幅值脉冲信号频率测量方法以及相关设备带来的有益效果为：本申请基于希尔伯特变换的变幅值脉冲信号频率测量方法及测量装置相比传统的频率计精度更高，而在同精度的方法中用时更少，并在保持与直接拟合精度一致的前提下，将计算时间压缩千倍以上，在频率测量上实现极高测量精度和较高的输出带宽。

技术特征：

1.一种变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，所述fpga模块带有arm处理器。

3.根据权利要求1所述变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，所述s2中，对每个采样点的离散采样信号x[i]采用下述卷积关系进行希尔伯特变换得到离散信号的希尔伯特变换结果y[i]：

4.根据权利要求1所述变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，所述s2中，对每个采样点的离散采样信号x[i]进行希尔伯特变换的方法为：

5.根据权利要求3或4所述变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，所述s3中，采用下式计算瞬时相位

6.根据权利要求5所述变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，所述s4中根据所述瞬时相位计算累积相位φ(i)的算法为：从开始，若则及之后的所有瞬时相位全部加上2π，按照此规则一直计算到得到的新相位序列即为累积相位φ(i)。

7.根据权利要求6所述变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，所述s5中斜率p的计算方法为：将[i/fs，φ(i)]视作一组坐标做最小二乘法拟合，得到斜率p，其中，fs为信号采样率。

8.根据权利要求7所述变幅值脉冲信号频率测量方法，其特征在于，所述s6中脉冲频率f满足以下关系式：

9.一种变幅值脉冲信号频率测量装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开了一种变幅值脉冲信号频率测量方法以及相关设备，包括以下步骤：S1脉冲信号经过高速ADC模块采样，产生离散采样信号x[i]输出到FPGA模块；S2对每个采样点的离散采样信号x[i]进行希尔伯特变换；S3计算瞬时相位S4根据所述瞬时相位计算累积相位Φ[i]；S5计算斜率p；S6计算脉冲频率f；本申请基于希尔伯特变换，在保持与直接拟合精度一致的前提下，将计算时间压缩千倍以上，在频率测量上实现极高测量精度和较高的输出带宽。

技术研发人员：丰宇焜,龚潼
受保护的技术使用者：合肥纠缠猫科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25