基于labview fpga 的正弦脉冲信号检测

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1、基于LabViEWFPGA的正弦脉冲信号检测高明中船重工七五〇试验场云南昆明650106【文章】本文介绍了一种基于LabViEARGIN:0cm8pt0pt"class=Pa2>【关键词】LabVIEARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>正弦脉冲信号在实际工程当中有着非常广泛的应用，比如，飞机和舰船的黑匣子上就装有这种信标。本文中待检测的信号是周期为一秒，脉冲宽度为10毫秒，频率42kHz的正弦脉冲信号。目的是需要将信号的正弦部分检测到并提取出来，送到上位机，留作后续计算处理。理论上要求的采样

2、率为大于84kS/s，但是为了满足未来可能的更高频率正弦脉冲信号的检测要求，将采样率定在500kS/s。因为需要对采集到的信号数据做实时FFT，所以运算量会非常大。于是，我们选择基于LabVIEARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>FPGA可以进行真正意义上并行运算，而且，由于是基于硬件，所以运算速率非常高，非常适合用于底层的数据检测采集。LabVIEARGIN:11pt0cm0pt"class=Pa3>1系统原理系统首先对采集到的信号每2048个点进行鉴频和鉴幅，若鉴频鉴幅未通过，则将这未通

3、过的2048个点的数据缓存到存储器1中，并覆盖原有数据；若通过，则将通过的2048个点的数据缓存到存储器2中，同时，将后续采集到的4096个点分别缓存到存储器3和存储器4中。这样，就会缓存下来一共8192个点，也就是16ms的数据，大于有效数据长度10ms。最后，要将这16ms的数据传到上位机。2鉴频和鉴幅检测鉴频和鉴幅检测是本系统最为重要也是运算量最大的工作。对数据的鉴频和鉴幅检测方式是求取数据的自功率谱，然后判断自功率谱的最大值是否达到门限要求（鉴幅）；同时要判断最大值出现的频率点是否在42kHz处（鉴

4、频）。在实际工程中运用这种方法的前提是信号有良好的滤波或者是假设噪声幅值不大于信号幅值。自功率谱的计算方法是先对采集到的数据做FFT，然后将计算所得的实部和虚部求平方和。计算FFT是利用LabVIEARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>由于计算所得的自功率谱是对称的，也就是说数据的后半部分实际上对于整个鉴频鉴幅检测是没有意义的。为了节省运算时间，当自功率谱输出前1024个点的数据时，将这1024个点的数据缓存到一个存储器当中去；当自功率谱输出后1024个点的数据时，将前1024个点的数据通过一

5、个FIFO输出到鉴频鉴幅函数中，完成对数据的鉴频鉴幅。鉴频鉴幅函数实际上是通过一个0cm0pt"class=Pa0>实验研究ExperimentalResearch电子制作到这个函数以后，就能确定最大值与其对应的序号了，这时再判断幅值是否达到门限，就可以完成鉴幅。鉴频检测比鉴幅稍微麻烦，因为程序记录的是频率点，而不是频率值，频率点转换成频率值的公式如下，频率值是42k，采样率是500k，采样点是2048。计算后判断频率点是否对应在42kHz，也就完成了鉴频检测。频率值=频率点×﹙采样率／采样点数﹚3并行性的

6、利用与代价整个系统实际上是以流水的方式在并行工作，每个循环（线程）只完成相对少量的检测计算工作，然后将数据传递到下一个循环（线程）当中，本循环（线程）继续进行原来的工作；收到数据的循环（线程）同时也会得到上一个循环（线程）传递的标志位，然后开始自己的工作，而工作结束后，同样将处理后的数据和一个标志位传递到下一个循环（线程），最后关闭得到的标志位。这样，在任意一个时间点，可能有很多个循环（线程）在工作，但是从硬件的角度来看，它们各自占用自己的资源，互不干涉，从而实现了真正意义上的并行工作（图2）。流水式运行的

7、好处就是可以最大可能的提高系统的工作速率。系统实际上是把整个检测采集的任务分成了几个模块，各个模块间通过FIFO进行数据交流，把原本串行的工作变成了并行。但是，这样付出的代价就是片上资源的占用。各个循环之间是通过FIFO来传递数据的，而FIFO本身占用很大的片上资源。除此以外，循环与循环间的逻辑自锁与互锁也会加大资源的开销。另外，编程的难度也大大增加，多进程本身就是编程的难点，而且编译时间增长，这都是提高系统工作速率带来的影响。这就需要设计人员在设计这个片上系统之前就系统有一个整体的考虑。4结论本系统实现了

8、对正弦脉冲信号的检测采集，通过水中实际测试，可以完成信号的检测，采集到要求的波形（图3）。【