3。1 频率分辨率 。

3。2 FFT 算法的误差分析 

3。3 FFT 和 CZT 联合测频算法 。。

3。4 幅度插值校正算法 。

3。5 CZT 与幅度插值算法的比较 

基于 FPGA 的数据采集和实时处理系统 

4。1 系统实现总体架构 。

4。2 时钟发生模块 。。

4。3 FIFO 乒乓模块 。。

4。4 FFT 模块 。

本科毕业设计说明书 第 II 页

1  绪论

1。1  研究背景及意义

现场可编程门阵列 FPGA(Field Programmable Gate Array)，是 80 年代中期出现的新型高 密度可编程逻辑器件，早期由于功耗、性能和成本等诸多限制，一直被用在系统的外围[1]；21 世纪后，随着先进纳米工艺的发展和采用，FPGA 的性能得到大幅改善。且与 DSP 相比，FPGA 具有可重配制、高度并行处理、功耗低和集成度高等优点，非常适用于并行处理和实时性要 求很高的场合。

计算机和信息科学自 20 世纪 60 年代以来实现了飞速发展，数字信号处理技术随之产生 并迅速发展。其在语音、图像、雷达、声呐、生物医学、系统控制、航空航天等多个领域都有 相当广泛的应用。简单来说，数字信号处理是利用通用计算机或者专用设备，以数值计算的 方法对信号进行一系列的加工处理，如采集、综合、变换、识别与估值等[2]。离散傅里叶变换 (DFT)是信号处理中的一种重要算法，快速傅里叶变换(FFT)是它的一种快速算法，它使 DFT 的运算时间缩短了 1~2 个量级，大幅度地提升了运算速度[3]。而用 FPGA 实现 FFT 同时具有 软件编程的灵活性和专用电路的快速性[4]，为高速 FFT 的算法实现提供了一个优良的平台。 在无线通信系统中，由于频率偏移和频率源精度等因素的影响，接收机的信号载波和本 地载波不同步，会影响解调性能。因此，在接收机中的频率同步是必要的。通信侦查中，确 定截获的无线电信号的频率是基本任务[5]。因此信号的频率估计有着理论和应用上的重要意 义。国内外现在已有不少的方法，主要有频域、时域以及时频域分析算法等。频率估计可分 为平稳信号频率估计和非平稳信号频率估计。其中，对淹没在噪声中的单频正弦信号的频率 估计是一个经典课题。基于 FFT 的信号频率估计算法，其原理简单、计算量小、快速且精度论文网

高，是较理想的频率估计算法。

1。2 FPGA 概述

FPGA 是 80 年代中期出现的新型高密度可编程逻辑器件，是由 PAL、GAL、EPLD 等可 编程器件发展而来的。FPGA 通过逻辑功能块的阵列排列，并使用互连资源连接相应的逻辑 功能块和输入输出单元。这样，设计者在器件的选型和内部互连上就有了更大的自由度，且 FPGA 可反复擦写。其中，对逻辑结构的数据配置决定了 FPGA 的功能。

FPGA  运用逻辑单元阵列 LCA（Logic Cell Array），其中包括三个部分：可配置逻辑模块 CLB（Configurable  Logic  Block）、输入输出模块 IOB（Input  Output  Block）和内部连线

（Interconnect）[6]。从具有代表性的产品来看，通道型 FPGA  主要有两种逻辑功能块的构造:

SRAM 查找表（LUT）类型 和反熔丝多路开关类型。工作时，要先将数据配置于熔丝或片内 的 SRAM 上。基于 SRAM 的 FPGA 器件，在其工作之前要先将配置数据从芯片外部加载， 配置数据存储于芯片外部的 EPROM 或其他存储体上。用户可以控制加载过程，并对该设备 的逻辑功能现场进行修改，即所谓的现场编程[7]。

1。3 FFT 算法基础

FFT  算法不是一种新的理论算法，它实际上是根据 DFT  的实、虚、奇、偶等特性对其