傅里叶频谱分析仪的算法设计与实现

• 作 者: 李飞
• 发表日期: 2013年01期
• 关键词: 电路设计 频谱细化算法 数据采集 FPGA DSP

目前我国很多大中专院校已经开设了电子技术类等相关课程，要学好这类课程，一定离不开频谱仪等测试仪器的使用。Tektronix、Agilent等国外仪器类巨头公司生产的测试仪器由于技术垄断，多数价格非常昂贵，而且生产测试仪器首先要对测试仪器的工作原理和基本算法有很好的研究，基于这两种原因本文对傅里叶频谱分析仪及其算法展开了研究与验证。傅里叶频谱分析仪属于数字式频谱分析仪，其工作过程是：将采集到的输入信号先进行数字化，然后对信号的时域数字信息进行快速傅里叶变换以获取其频域特性。然而由于快速傅里叶变换分析运算的数据量非常大，数据处理实现起来比较慢，变换后的频率信息是全频段内的全部频谱信息，而不能够实现对特定频段频谱的细化观察。因此，为了加快数据处理速度和放大特定频段内的频谱信息，本文在快速傅里叶变换算法的基础上给出了提高数据处理速度和放大特定频段信号的频谱细化算法，并介绍了快速傅里叶变换算法和频谱细化算法的算法原理及其实现方式。研究与设计傅里叶频谱分析仪离不开系统平台的支持。因此本文针对傅里叶频谱分析仪的系统结构给出了系统的硬件电路结构设计和软件程序设计。硬件电路结构涵盖以FPGA+ADC为核心结构组成的数据采集模块和以FPGA+DSP模型结构组成的数据处理模块，以及数据存储、键盘、显示等模块；软件程序包括数据采集的硬件语言程序和数据传输的C程序等，他们分别是在FPGA和DSP内运行的。最后，对系统平台的工作情况予以验证，并在系统平台上验证了傅里叶频谱分析仪的两种算法：FFT算法和Zoom FFT算法的实现。验证过程分别在FPGA和DSP内采用Verilog编程和C编程两种方式进行。