一種基于逐點(diǎn)貫序分步處理流程的fft方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所涉及的是FFT (Fast Fourier Transformat1n，快速傅里葉變換)方法研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于逐點(diǎn)貫序分步處理流程的FFT方法，可以應(yīng)用于雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]FFT是離散傅立葉變換的快速算法，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)序列在時(shí)域與頻域間快速轉(zhuǎn)換。FFT算法根據(jù)離散傅立葉變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)其變換算法進(jìn)行改進(jìn)而獲得。它對(duì)離散傅立葉變換的理論沒(méi)有新的發(fā)現(xiàn)，但是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)等采用二進(jìn)制處理器的系統(tǒng)中，該算法可以快速獲得所需結(jié)果。FFT算法在雷達(dá)信號(hào)處理中有著廣泛的應(yīng)用，例如:回波時(shí)頻域轉(zhuǎn)換、脈沖壓縮處理、相參積累處理、目標(biāo)多普勒計(jì)算等。
[0003]常規(guī)FFT運(yùn)算需對(duì)輸入離散序列整體進(jìn)行處理，輸出與該序列相同點(diǎn)數(shù)的新離散序列。而輸入離散序列的準(zhǔn)備過(guò)程是一個(gè)時(shí)間等待過(guò)程，若在等待過(guò)程中對(duì)先入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，把序列的整體處理時(shí)間分散到序列數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)間中去，則可以大大縮短FFT運(yùn)算時(shí)間，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理能力。
[0004]其中，論文《基于逐點(diǎn)掃描FFT法的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)》提出了一種新的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法(《遙測(cè)遙控》2013年第34卷第5期)，采用逐點(diǎn)步進(jìn)的方法進(jìn)行多次FFT計(jì)算，通過(guò)分析其頻譜特性判斷跳頻信號(hào)的跳變時(shí)刻，將跳頻信號(hào)序列按跳頻頻率分割為多個(gè)單頻率信號(hào)分量，再綜合提取跳頻信號(hào)的時(shí)頻參數(shù)。該方法中提到的逐點(diǎn)掃描FFT法是一種滑窗步進(jìn)式的FFT處理方法，每次滑窗后均需進(jìn)行一次FFT運(yùn)算，且在滑窗序列填滿之前，無(wú)法進(jìn)行FFT處理，整個(gè)處理流程仍然是基于傳統(tǒng)的FFT方法，在FFT的處理流程和處理速度上并沒(méi)有改進(jìn)和提升。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910146777的專利《一種流水式FFT/IFFT的處理系統(tǒng)》公開(kāi)了一種流水式FFT/IFFT的處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算結(jié)合緩存的方式實(shí)現(xiàn)流水式處理，F(xiàn)FT/IFFT處理前仍需整體序列完整，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)FFT處理時(shí)間的碎片化。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910080477的專利《一種可變點(diǎn)數(shù)流水線FFT處理器》公開(kāi)了一種可變點(diǎn)數(shù)流水線FFT處理器，通過(guò)兩級(jí)點(diǎn)數(shù)可變的FFT處理模塊以及中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊實(shí)現(xiàn)FFT的流水線處理。其流水處理方式是基于兩個(gè)并行處理模塊實(shí)現(xiàn)，在序列未完整之前，仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)FFT處理。
[0007]申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910054018的專利《基于FPGA實(shí)現(xiàn)并行結(jié)構(gòu)FFT處理器的方法》公開(kāi)了一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)并行結(jié)構(gòu)FFT處理器的方法。該方法的核心思想是將N點(diǎn)的FFT運(yùn)算的表達(dá)式轉(zhuǎn)化為Μ段(每段Ν/Μ個(gè)點(diǎn))FFT運(yùn)算，以提高FFT的處理速度。該方法并沒(méi)有改變傳統(tǒng)FFT算法序列數(shù)據(jù)整體處理的方式。
[0008]申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010278997的專利《基于FPGA實(shí)現(xiàn)高速FFT處理的方法》公開(kāi)了一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)高速FFT處理的方法。該方法是通過(guò)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行逐級(jí)奇偶分組，降低FFT處理運(yùn)算量，達(dá)到FFT快速運(yùn)算的目的。該方法對(duì)輸入序列有完整性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于通過(guò)一種基于逐點(diǎn)貫序分步處理流程的FFT方法，解決FFT運(yùn)算要求對(duì)輸入序列完整性的問(wèn)題。該方法應(yīng)用于雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)中，可充分利用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間進(jìn)行FFT處理，節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于逐點(diǎn)貫序分步處理流程的FFT方法，其中:
[0011]—個(gè)完整序列x(n)中的多個(gè)元素，按照設(shè)定的時(shí)間間隔逐點(diǎn)貫序進(jìn)入；
[0012]S1、對(duì)于進(jìn)入序列中的第m個(gè)元素x(m)，進(jìn)行逐點(diǎn)貫序分步處理；
[0013]S2、根據(jù)x(m)在序列中的位置，形成相應(yīng)的歸一化簡(jiǎn)單序列的時(shí)域表征ajn)，并保存相應(yīng)的歸一化系數(shù)
[0014]S3、通過(guò)查表方法獲得ajn)進(jìn)行FFT變換后的歸一化簡(jiǎn)單序列頻域表征bjn);
[0015]S4、利用A?對(duì)b>)進(jìn)行加權(quán)處理形成序列yjn)，將yni(n)與前序m_l個(gè)元素的求和結(jié)果y (η)累加，形成新的y (n):y (η) = y (η) +ym(η)；
[0016]通過(guò)步驟S1-S4完成一次逐點(diǎn)貫序分步處理過(guò)程，并等待第m+1個(gè)元素進(jìn)入序列；對(duì)進(jìn)入的第m+1個(gè)元素重復(fù)執(zhí)行步驟S1-S4的逐點(diǎn)貫序分步處理；
[0017]當(dāng)所有元素完成進(jìn)入，且最后一個(gè)元素的逐點(diǎn)貫序分步處理結(jié)束，y(n)更新完畢后作為完整序列X (η)的FFT變換結(jié)果輸出。
[0018]優(yōu)選地，所述第m個(gè)元素x(m)進(jìn)入序列之后，將其轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單序列Χπι(η)，再以該序列中的最大值為基準(zhǔn)進(jìn)行歸一化處理，獲得歸一化簡(jiǎn)單序列的時(shí)域表征ajn)。
[0019]優(yōu)選地，在RAM中，預(yù)先存有對(duì)應(yīng)于各個(gè)位置的元素的歸一化簡(jiǎn)單序列的時(shí)域表征的、經(jīng)過(guò)FFT變換得到的歸一化簡(jiǎn)單序列的頻域表征；
[0020]在相應(yīng)位置的元素進(jìn)入序列時(shí)，在RAM中利用查表方式直接讀取相應(yīng)位置的歸一化簡(jiǎn)單序列頻域表征的數(shù)值。
[0021]優(yōu)選地，利用AJt b m(n)進(jìn)行加權(quán)處理的公式為ym(n) = AmXbm (η)。
[0022]本發(fā)明針對(duì)常規(guī)FFT算法對(duì)序列的完整性要求提出的。本發(fā)明中利用FFT的線性性質(zhì)實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)貫序分步處理，將一個(gè)N點(diǎn)FFT拆分為N個(gè)簡(jiǎn)單序列的FFT相加，利用查表法減少簡(jiǎn)單序列FFT變換時(shí)間，最終提高整個(gè)序列的變換效率。
[0023]與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明中的逐點(diǎn)貫序分步處理方式有較大區(qū)別:常規(guī)的FFT算法將輸入序列視為一個(gè)整體進(jìn)行處理，要求輸入序列是一個(gè)完整序列。相對(duì)于常規(guī)的FFT算法，本發(fā)明涉及的FFT算法具有逐點(diǎn)貫序分步處理能力。可以在待變換序列不完備的條件下，提前對(duì)先入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，待序列完整后，即可輸出FFT變換結(jié)果。該方法將FFT的整體處理時(shí)間碎片化，充分利用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)間完成變換工作，特別適用于流水處理結(jié)構(gòu)的雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)。
[0024]在雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)中存在大量FFT運(yùn)算環(huán)節(jié)，諸如時(shí)頻變換、脈沖壓縮、相參積累、多普勒計(jì)算等。采用本發(fā)明的技術(shù)，對(duì)FFT進(jìn)行逐點(diǎn)貫序分步處理，能夠充分利用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，碎片化整體處理時(shí)間，快速獲取變換結(jié)果，提高雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。將本發(fā)明應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)中，可以滿足實(shí)驗(yàn)室內(nèi)場(chǎng)測(cè)試與外場(chǎng)驗(yàn)證要求，具有工程可實(shí)現(xiàn)性。
【附圖說(shuō)明】
[0025]【附圖說(shuō)明】:
[0026]圖1為FFT算法線性性質(zhì)描述的原理圖。
[0027]圖2為序列元素貫序輸入形成完整序列的示意圖。
[0028]圖3為歸一化簡(jiǎn)單序列時(shí)域與頻域關(guān)系對(duì)應(yīng)圖；
[0029]其中，圖3a是歸一化簡(jiǎn)單序列時(shí)域圖形，圖3b是對(duì)應(yīng)的歸一化簡(jiǎn)單序列頻域圖形。
[0030]圖4為歸一化簡(jiǎn)單序列FFT存儲(chǔ)與查表的示意圖。
[0031]圖5為逐點(diǎn)貫序分步處理流程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]基于逐點(diǎn)貫序分步處理流程的FFT方法利用FFT的線性性質(zhì)實(shí)現(xiàn)變換處理。FFT的線性性質(zhì)描述如下:
[0033]若有N 點(diǎn)序列 X (η) = [χ ⑴ χ ⑵ χ(3)...xWiUx? = [x ⑴ 0 0...0]，x2 (η) = [0 x(2) 0...0]，χ3(η) = [0 0 x(3)…0]，...，xN(n) = [0 0 0...x(N)]，則滿足以下公式:
[0034]FFT (χ (η)，N) = FFT (Xl (η)，N) +FFT (x2 (η)，N) +...+FFT (xN (η)，N)
[0035]式中，F(xiàn)FT (χ (η)，N)是指對(duì)x (n)序列作N點(diǎn)FFT運(yùn)算。
[0036]可以看出，對(duì)序列x(n)進(jìn)行整體FFT變換，可以等效為對(duì)N個(gè)簡(jiǎn)單序列Xl (η)?xN(n)的FFT變換后的總和，即FFT具有線性特性?；谝陨咸匦钥蓪?shí)現(xiàn)逐點(diǎn)貫序分步FFT處理:當(dāng)χ (1)進(jìn)入序列χ (η)，即進(jìn)行FFT (Χι (η)，Ν)運(yùn)算