基于 LabVIEw 的数字变频 FFT 设计
更新于 2009-05-31 06:22:52
数字变频 FFT 频谱细化 虚拟仪器 频率分辨率
摘要：在动目标速度测量的工程应用背景下，针对传统频谱细化技术计算量大和实现困难
的缺点，提出一种数字变频 FFT 的频谱细化算法，并根据其数学原理，进行了基于
LabVIEW 的两种编程设计方法研究。仿真结果表明，两种设计方法都可满足信号分析中
提高频率分辨率的要求，但与选择的细化倍数有关。由于具有编程简便和实用性强的优点，
这两种实现方法均可广泛应用于汽车、飞机等运动目标的速度测量。
关键词：数字变频 FFT；频谱细化：虚拟仪器；频率分辨率
0 引 言
在运动目标速度测量中，常利用频谱分析的方法获取目标的多普勒频率，并依据多普
勒测速原理来完成动目标速度测量。为达到高精度测速的要求，需进一步提高频率分辨率，
在实际频谱分析中，要对获取的试验数据先进行分段处理，在此基础上再进行细化操作，
这样可获得比常规 FFT 分析更高的频率分辨率。近年来，频谱细化技术发展迅速，常见的
方法有：HR-FA 法，基于多相滤波器的 ZFFT 法，基于复调制的 Zoom-FFT 法，自适应
Zoom-FFT 法，Chirp-Z 变换和小波基法等。然而，这些频谱细化技术普遍存在运算量大，
不易实现编程的缺点。为此，提出了一种数字变频 FFT 的频谱细化算法，并利用图形化编
程语言 LabVIEW 进行了编程设计。
1 数字变频 FFT 的数学原理
在频谱分析中，频率分辨率表示频谱中能够分辨的两个频率分量的最小间隔，用频率
间隔△f 表示为：
要提高 FFT 的频率分辨率，可通过以下两种途径实现：
(1)降低采样频率 fs。这会使频率分析范围缩小，其降低的幅度受到采样定律的限制。
(2)需要增加分析的采样点数 N。这意味着计算机的存储量和计算量大大增加，由于实际系
统软、硬件方面的限制，这样做并不总是可能的。
可以看出以上两种方法提高频率分辨率的能力有限且灵活性差。所用的数字变频 FFT
主要指采用移频特性进行频谱细化的技术，其原理框图如图 1 所示。
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