基于FPGA的频谱分析系统研究与实现

针对音频信号分析,提出了一种基于 FPGA 的频谱分析系统,该设计基于 FFT 和 CORDIC 算法;讨论在FPGA上进行高达4096点的定点 FFT 运算和基于CORDIC算法的复数求模运算的系统架构和实现过程。通过Modelsim仿真,同MATLAB运算结果比较,本频谱计算方案的相对误差均值为4．11％。利用MCU进行信号采样与AD转换,并通过SPI接口将数据发送给FPGA进行频谱分析。当采样频率为60 kHz时,本系统辨识的频率范围为14．65 Hz～30 kHz ,频率分辨率为14．65 Hz。对实际硬件系统进行频谱分析测试,成功实现对输入的音频信号的频谱计算。     

用细化频谱技术分析断路器操动机构振动信号

由于频率分辨率较低，基带FFT难以有效地分析断路器操动机构振动信号的频率结构和频谱特征，文中探讨将选带细化频谱分析技术应用于振动信号的分析。分析比较了两种常用细化方法：选带细化Zoom—FFT(ZFFT)和线性调频z变换(CZT)，指出了CZT算法的优越性。算例分析表明，CZT能有效辨识断路器振动加速度信号的细微频率结构。     

九点变换改进FFT高精度谐波分析方法

快速傅里叶变换(FFT)广泛应用于电力系统的谐波测量中.由于同步采样和整周期截断难以实现,FFT算法存在的频谱泄漏和栅栏效应严重影响谐波检测的准确性.文中分析了信号频谱衰减特性,提出一种基于九点离散频谱序列变换的谐波检测算法,将离散频点做九点变换,减小频谱泄露造成的基波及各次谐波频谱间的相互干扰,继而通过插值估算得到高精度的谐波参数.仿真结果表明,在非同步采样和非整数周期截断条件下,运用本文算法计算得到各次谐波的幅值的相对误差小于0.0027%,相角相对误差小于0.013%,并能有效克服频率波动对频谱分析的影响.     

基于FPGA和QuartusⅡ的音频信号分析仪设计

本系统基于采样原理及数字信号处理理论,以Altera公司的FPGA和Quartus Ⅱ为核心,实现峰峰值为0.1 mV～10 V且频率范围为100 Hz～10 kHz的音频信号的总功率、各频率分量功率及失真度等的测量.将输入信号用正负电压A/D进行采样,根据数字量的最大值判断信号的放大倍数,进而控制继电器调节放大器增益.采样得到的合适数字量经快速傅里叶变换（FFT）后转化为频域值,然后根据数字信号处理理论分析各测量参数的值.用单频和双频正弦信号测试,本设计能够达对各个参数进行测量,并达到了较高的性能指标.     

用DFT实现连续时间信号频率和复振幅的计算

对信号的分析和处理离不开频谱分析,用DFT或其快速算法FFT是实现信号频谱分析的重要手段之一.用DFT实现连续信号的频谱分析主要用采样频率的整数倍逼近连续信号的频谱,存在误差.文中根据DFT与CFT的关系式,具体分析了不同频率的连续时间信号的频率和复振幅的计算方法.     

莱夫–文森特窗插值FFT谐波分析方法

加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)算法广泛应用于电力系统谐波分析,可改善因非同步采样和非整数周期截断造成的频谱泄漏,提高谐波参数计算的准确度。该文分析莱夫–文森特(Rife-Vincent)窗的频谱特性,提出基于5项Rife-Vincent(I)窗插值FFT的谐波分析算法,运用多项式拟合求出简单实用的插值修正公式,大大减少了谐波分析时的计算量。仿真结果表明,在非同步采样和非整数周期截断条件下,提出的谐波分析方法适合于弱信号分量的提取和复杂谐波信号的准确分析,对含21次谐波信号分析的频率计算误差仅为1.9× 10-8%,幅值、初相位计算误差分别小于等于0.000 1%和0.029%。     

基于全相位频谱分析的正弦信号高精度参数估计方法

对传统频谱分析的输入数据截断方式进行了改进,提出了全相位频谱分析,理论证明全相位频谱分析幅度谱是传统FFT频谱分析幅度谱的平方,可以很大程度上减小频谱泄露,同时,给出了其实现框图.另外.全相位频谱分析方法具有良好的相位分析性能,不受频偏影响,在信号是非整数倍频率采样情况下,由该方法分析的相位与信号真实相位误差极小,无需校正.提出基于全相位相位差法估计正弦信号幅值、频率和相位的新算法,对传统相位差法其序列的取法进行了改进,对单频余弦信号进行非整周期采样,分别用全相位相位差法和离散频谱综合相位差校正法对信号的频率、幅值和相位进行了校正.仿真结果证明该算法参数估计精度高于现有算法,具有较好的实用价值.在无噪情况下参数估计近似为无偏估计,尤其对相位的估计,误差达到0.001%.     

基于Nutall窗的时移综合相位差谐波分析法

快速傅里叶变换(FFT)是谐波分析的主要方法,在稳态谐波信号分析中广泛采用的交流采样技术,由于采样器件的有限性,实际工程中很难做到完全同步采样和整周期截断。为消除采样过程中同步采样误差产生的频谱泄漏,提出了一种基于Nutall窗结合综合相位差校正信号谐波分析法,对传统的相位差频谱校正方法进行了改进。采用Nutall窗对谐波信号进行加权,通过时移和加可变长度的窗进行两次FFT分析,并利用离散频谱对应的峰值谱线相位差求得频率和相位校正量,推导出基波及各次谐波参量的计算公式。仿真实例表明,提出的改进综合相位差校正算法可有效提高谐波分析精度,基波幅值的测量误差小于0.00001%,基波相位误差小于0.01°,2~21次谐波电压测量误差小于0.01%,谐波相位测量误差小于0.09°,为高精度谐波检测提供了可能。     

PXI总线射频信号综合测试模块设计

本文介绍了一种PXI总线射频信号综合测试模块的设计方法,它采用了合成仪器和软件无线电的思想,实现了250kHz～3GHz信号的频谱分析、功率测量、频率测量、调制度分析以及DC～100kHz信号的音频分析等五种测试功能。该综合模块包括下变频器和中频数字化处理模块,通过不同数字信号处理算法实现了多种测量功能的综合化设计,主要技术指标已达到国外同类产品的水平。     

基于单片机的频率跟踪系统设计

本文设计了一种测量信号频率的系统。它利用ADC0809芯片把模拟信号变成数字信号,然后通过单片机MSC-51对数字信号做快速傅立叶变化(FFT),得到信号的频谱。通过分析处理该频谱,从而找到信号的频率。最后分析了这种基于快速傅立叶变化测量频率方法的精度,并提出了改善精度的方法。     

一种基于DSP的高精度频率测量方法

本文研究了一种基于多重自相关的过零点频率估计算法,利用正弦信号的特性,进行多重自相关运算,有效地提高信噪比,结合过零点检测法对信号的频率进行估计,从而提高了频率测量的准确度,同时也给出了具体的硬件结构设计和算法实验.实验结果表明该方法能有效地对信号的频率进行估计,比传统的直接过零估计算法精度要高1～2个数量级.     

基于虚拟仪器的CDMA2000频率误差测量

给出了一种基于虚拟仪器的精确测量CDMA2000信号频率误差的方法。该方法用FFT来对信号频谱进行粗略的估计,获取需要细化分析的窄带频谱范围,再在该窄带范围内利用线性调频Z变换（CZT）进行频率细化分析,在限制运算量的情况下实现较高的频率分辨率。实验证明,该方法能够有效地精确测量信号的频率误差。     

电器试验中计算机数据检测与处理技术

如何利用计算机对有触点电器试验中的电气参数的数据进行检测、处理与显示,如电压、电流、频率和功率因数等参数,是计算机控制电器试验装置的关键技术之一。先介绍电器试验中的电压、电流信号的计算机检测技术;然后介绍采用快速傅立叶变换（ＦＦＴ）计算电压频率和功率因数的方法。     

基于LabVIEW实现振动信号测试分析

本文采用虚拟仪器的开发方法,基于LabVIEW开发环境,该系统能够对采集的振动信号进行FFT幅值谱分析、自功率谱分析、倒谱分析、对数谱分析、能量谱分析。根据采集的信号,选择合适的分析方式,能够分析出信号的所含频谱成分。讨论了驱动程序接口、数据采集模块、频域分析等关键技术环节的设计要点和具体程序框图。     

变频环境下功率测量的设计和验证方法

介绍了工频功率测量和变频功率测量的现状和差异,分析了变频功率检测设计的重点和难点,阐明了信号回路的频率特性对变频功率测量的重要意义,提出了一种基于FFT算法的幅频特性和相频特性补偿方法。并对变频功率检测准确性验证方法和相关的认证问题进行了说明。     

一种基于离散小波变换的谐波分析方法

在离散小波变换的基础上,结合加窗插值FFT,提出了一种组合式谐波分析算法。该算法先用加窗插值FFT计算基波频率,然后对加窗信号进行频率调制,将谐波分量变换成直流或近似直流分量。用离散小波变换分离出这些分量后用于计算谐波幅值和相位。计算机仿真和实验结果表明,该算法可在高噪声污染情况下,准确计算谐波参数,尤其谐波相位角。DSP评估板上的实现证明了该算法可用于实时谐波分析。     

基于FPGA的高速FFT处理器在电力谐波检测系统中的设计与实现

在电力谐波检测中,经常需要对谐波信号进行频谱分析,为实现谐波信号频谱数据的实时输出,探讨了基于FPGA的高速FFT处理器的设计与实现。该处理器模块采用按时间抽取基4算法,碟形运算单元采用CORDIC算法代替了复乘运算,减小了系统资源占用,同时采用双端口RAM存储结构进行同址运算,完成了整个单元的流水线操作,提高系统速度;整体基于VHDL语言进行模块化设计,经过信号仿真测试,当系统工作频率为100MHz时,完成1024点输入为16位定点复数的FFT运算仅需要51.3μs,仿真结果表明该处理器能够很好的高速电力谐波检测系统高速实时性要求。     

PC机电能质量分析仪的设计与实现

介绍了用PC机组成的电能质量分析仪的整体构成,信号预处理卡的基本电路设计,数据采集板的基本软、硬件结构及整修系统的软件设计。它可同时实现多通道信号的整周期采样、存储、分析处理,将结果以图形方式输出,也可存储在数据文件中调用,与常规方式相比,不仅操作简单,性能可靠,且尽有较高的精度。该测试系统已成功地用于分频输电系统的动态模拟试验及三部频变压器的试验研究。