一种功率谱数据的扫频处理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种功率谱数据的扫频处理系统，属于雷达处理领域领域。本发明专利技术的系统包括：位宽转换模块、均值计算模块、最大值计算模块、第1真双口RAM、第2真双口RAM和控制模块。本发明专利技术对结构进行优化，将打包与计算进行合并，将多级控制模块集成，本发明专利技术通过真双口RAM的设计及复用，以及对RAM的读写控制优化。本发明专利技术对现有结构进行优化，将打包与计算进行合并，多级控制模块进行集成，减少了中间步骤的繁琐控制。然后，在对最大值、均值打包过程中，通过对RAM进行复用，不仅减少资源的消耗，同时提高了处理效率。最后，整体框架数据流通过上位机控制，并对数据包头、包尾进行控制，同时组包数据支持实时值、最大值、均值任意组合输出。均值任意组合输出。均值任意组合输出。

【技术实现步骤摘要】
一种功率谱数据的扫频处理系统


[0001]本专利技术属于雷达处理领域领域，具体涉及一种功率谱数据的扫频处理系统。

技术介绍

[0002]基于FPGA(片上可编程门阵列)对雷达信号进行采集，并进行扫频处理，其框图如图1所示。
[0003]扫频处理在雷达处理应用广泛，对于高带宽信号，ADC无法直接进行全带宽采集，需要通过变频器来切换频点，将高带宽信号分成若干个小带宽信号，并通过频谱拼接技术将每次采集的片段进行拼接，完成整个频带的采集。现阶段功率谱计算已成熟，其目的是将时域信号转换为频域信号，便于上位机进行分析。对功率谱数据处理在FPGA中主要需要计算实时值、最大值、平均值，便于抓取瞬时信号。其中，实时值是当前频点采集的信号；最大值是在当前频点经历若干个时间段采集的信号最大值保持，目的为了找出藏匿或突发信号；平均值计算是在当前频点经历若干个时间段采集的信号做平滑处理，减少信号毛刺或杂散信号；打包将数据进行封装，保证数据传输的正确性。
[0004]现阶段扫频处理方式有：
[0005]国家知识产权局公布的申请号为“202110240465.4”的“一种基于高速采集的FFT频谱数据处理方法”，其揭露了对频谱数据进行余晖处理的方法，用于解决在固定频点下对功率谱数据进行实时值、最大值、平均值计算。其步骤如下：
[0006]定频处理，输入数据频点固定，设定需处理的帧数；
[0007]计算最大值、平均值、实时值；
[0008]在达到设定次数后，通过反馈机制，暂停功率谱计算；
[0009]对实时值、最大值、平均值进行打包；
[0010]等待打包结束，然后进行手动频点切换，再进行循环操作，达到扫频目的。
[0011]如图2所示，横向表示每个模块经历时间，纵向表示模块间并行处理。频点切换通过反馈机制对变频器进行控制，功率谱计算通过对FFT后数据进行平方和再进行对数运算得到，输出位宽为16bit。此处最大值、平均次数以3为例，频点表示变频器变频后信号频率，
‘
Framen
’
表示输入功率谱密度，其长度为8
‑
65536点，数字n表示对功率谱密度输入包计数，
‘
Average
’
表示平均值计算结果，
‘
Max
’
表示最大值保持结果，H表示包头(head)，E表示包尾(tail)。
[0012]为解决定频处理效率低下的问题，通过在打包之前添加RAM来满足功率谱数据流水输入，且防止数据计算过程中数据被覆盖的问题，其步骤如下：
[0013]设定初始频点，功率谱数据流水输入；
[0014]上位机设定需处理的帧数，然后计算最大值、平均值、实时值；
[0015]在达到设定次数后，切换频点，同时将计算的数据存入RAM(随机存取存储器)；
[0016]分别控制RAM将最大值、平均值、实时值轮训进行读操作并进行打包处理。
[0017]如图3所示，横向表示每个模块经历时间，纵向表示模块间并行处理。
[0018]由图2可知，对于定频处理，在打包完成后通过反馈控制变频器频点切换，处理效率低下，同时信号采集是非连续的，在扫频过程中可能会丢失有用信息。由图3可知，对采集信号通过流水输入，通过计数FFT运算次数来控制变频器频点切换，进行数据连续采集，但是在计算均值、与最大值保持，由于数据连续输入，在组包过程中需要将计算均值、最大值保持与实时值在RAM中进行保存，防止输入数据对RAM内存进行覆盖。然而FPGA内存资源是有限的，FFT处理数据点数为8
‑
65536点，对于输入位宽为16bit的数据，因此至少需预留5个16*64K大小的内存，对于FPGA内部资源消耗是不友好的。同时需增加控制信号控制RAM读写操作，导致系统操作繁琐。

技术实现思路

[0019](一)要解决的技术问题
[0020]本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种功率谱数据的扫频处理系统，以解决定频处理处理效率低下，采集信号通过流水输入的方式对于FPGA内部资源消耗是不友好的问题。
[0021](二)技术方案
[0022]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种功率谱数据的扫频处理系统，该系统包括：位宽转换模块、均值计算模块、最大值计算模块、第1真双口RAM、第2真双口RAM和控制模块；
[0023]该系统的输入包括16Bit的数据frame_din，1Bit数据有效指示frame_din_vld，1Bit数据帧起始标志frame_din_first，1Bit数据帧结尾标志frame_din_last，通过位宽转换模块，将输入的16Bit数据转为64Bit，输出到均值计算模块和最大值计算模块；
[0024]均值计算模块完成求和和除法运算，输出14Bit地址addra和98Bit的求和后数据dina到第1真双口RAM，以及输出66Bit均值mean_dout到控制模块；
[0025]第1真双口RAM对求和后数据dina进行存储，并输出98Bit的douta到均值计算模块和最大值计算模块，并且输出98Bit的doutb到第2真双口RAM的dinb口，同时作为real_dout输出至控制模块；
[0026]最大值计算模块完成最大值计算，输出14Bit地址和66Bit的比较后数据到第2真双口RAM的的addra口和dina口；
[0027]第2真双口RAM完成计算的最大值进行存储，并输出douta到最大值计算模块，输出doutb作为max_out输入到控制模块；
[0028]控制模块是对RAM进行读写控制，以及对数据进行打包，控制模块除了需要接入real_dout、max_out、mean_dout外，控制模块的输入还包括clk、mean_max_time和FFT_num，输出信号到第1真双口RAM的wea和addrb，第1真双口RAM的dinb和web接地；输出信号到第2真双口RAM的wea、web、addrb；输出包有效指示package_dout_vld、64Bit的数据包输出package_dout、包起始标志package_first和包结尾标志package_last。
[0029]进一步地，该系统输入的16Bit的数据为功率谱密度数据。
[0030]进一步地，该系统对频谱实时数据、最大值数据、平均值数据进行打包处理，实时值即为当前功率谱密度数据直接输出，对于多个帧进行最大值或平均值计算时，选择一帧作为实时值进行输出，平均值计算是将多帧数据每个点相加后再除以帧数，最大值计算将
多个数据帧每个点大小比较，获得最大值。
[0031]进一步地，该系统的处理过程分为处理1帧和处理大于1帧两种情况。
[0032]进一步地，在对1帧数据进行均值、最大值计算，计算数据与输入帧一样，在进行RAM存储时，将最大值和均值都存在一个RAM中，读两次即为最大值和均值。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率谱数据的扫频处理系统，其特征在于，该系统包括：位宽转换模块、均值计算模块、最大值计算模块、第1真双口RAM、第2真双口RAM和控制模块；该系统的输入包括16Bit的数据frame_din，1Bit数据有效指示frame_din_vld，1Bit数据帧起始标志frame_din_first，1Bit数据帧结尾标志frame_din_last，通过位宽转换模块，将输入的16Bit数据转为64Bit，输出到均值计算模块和最大值计算模块；均值计算模块完成求和和除法运算，输出14Bi t地址addra和98Bi t的求和后数据dina到第1真双口RAM，以及输出66Bi t均值mean_dout到控制模块；第1真双口RAM对求和后数据dina进行存储，并输出98Bi t的douta到均值计算模块和最大值计算模块，并且输出98Bit的doutb到第2真双口RAM的dinb口，同时作为real_dout输出至控制模块；最大值计算模块完成最大值计算，输出14Bit地址和66Bit的比较后数据到第2真双口RAM的的addra口和dina口；第2真双口RAM完成计算的最大值进行存储，并输出douta到最大值计算模块，输出doutb作为max_out输入到控制模块；控制模块是对RAM进行读写控制，以及对数据进行打包，控制模块除了需要接入real_dout、max_out、mean_dout外，控制模块的输入还包括clk、mean_max_t ime和FFT_num，输出信号到第1真双口RAM的wea和addrb，第1真双口RAM的dinb和web接地；输出信号到第2真双口RAM的wea、web、addrb；输出包有效指示package_dout_vld、64Bi t的数据包输出package_dout、包起始标志package_first和包结尾标志package_last。2.如权利要求1所述的功率谱数据的扫频处理系统，其特征在于，该系统输入的16Bit的数据为功率谱密度数据。3.如权利要求2所述的功率谱数据的扫频处理系统，其特征在于，该系统对频谱实时数据、最大值数据、平均值数据进行打包处理，实时值即为当前功率谱密度数据直接输出，对于多个帧进行最大值或平均值计算时，选择一帧作为实时值进行输出，平均值计算是将多帧数据每个点相加后再除以帧数，最大值计算将多个数据帧每个点大小比较，获得最大值。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的功率谱数据的扫频处理系统，其特征在于，该系统的处理过程分为处理1帧和处理大于1帧两种情况。5.如权利要求4所述的功率谱数据的扫频处理系统，其特征在于，在对1帧数据进行均值、最大值计算，计算数据与输入帧一样，在进行RAM存储时，将最大值和均值都存在一个RAM中，读两次即为最大值和均值。6.如权利要求4所述的功率谱数据的扫频处理系统，其特征在于，在处理1帧数据时，在1帧的时间内完成对实时数据、最大值、均值的打包。7.如权利要求4所述的功率谱数据的扫频处理系统，其特征在于，在处理1帧数据时，该系统的处理过程如下：S11、上位机发送包头信息，FPGA进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰京，宋峙峰，高晓宇，李洋，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：