基于fpga信号时频分析方法的研究

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1、硕士学位论文M.D.Thesis基于FPGA的信号时频分析方法研究TheResearchofTime-FrequencyAnalysisMethodofSignalBasedonFPGA陶中幸TAOZhongxing二○一二年五月西北师范大学硕士学位论文摘要傅里叶变换是一种全局变换，对于非平稳信号的处理显得无能为力，为此，通常采用时间频率联合分布对信号进行描述和分析。目前提出的时频分析方法有很多，并在机械、电子、生物、医学等很多领域得到了广泛的应用。随着人们对时频分析方法的进一步研究以及实际工程的需要，使得对时频分析仪器的研制显

2、得十分必要，比较通用的方法是在PC机上用软件实现，或者利用数据采集卡，研制虚拟时频分析仪器。此外，近年来半导体技术特别是DSP和FPGA等高速器件的迅速发展，为复杂信号的实时分析提供了可能。本文在介绍几种典型时频分析方法的同时，结合当前发展迅速的FPGA技术，对信号时频分析的FPGA实现方法进行了研究，并设计了以短时傅里叶变换为基础的信号时频分析系统。主要开展了以下几个方面的工作：找到了一种实现信号分帧加窗的巧妙方法；该方法利用FPGA芯片内部的三端口RAM和双端口ROM设计，能够实现帧偏移和窗函数参数的可调，对于信号时频分析具

3、有很大的灵活性。设计了基4按时间抽取快速傅里叶变换处理器；该处理器可处理数据点数为1024点，定点型，数据宽度为16比特，可对复数进行处理。设计共有串行结构和并行结构两种结构，可以根据不同的信号处理速度要求选用不同的结构。探讨了一种适合于FPGA实现的图像灰度变换；该变换以信号的频谱结构为设计原型，利用曲线逼近的方法得到，不用求解对数即可完成对时频谱图的增强处理，简单易行，占用FPGA资源较少。提出了基于FPGA实现信号时频分析的方案；该方案能够对线性调频、跳频信号、语音信号等非平稳信号进行分析，能够查看不同窗函数、不同帧偏移下

4、的时频谱图；系统的实现为硬件实现时频分析仪器提供了一种可行方案。关键词：时频分析；现场可编程门阵列；短时傅里叶变换；快速傅里叶变换；时频谱图；图像增强I基于FPGA的信号时频分析方法研究AbstractTheFouriertransformisaglobaltransformation,whichispowerlessforthenon-stationarysignalprocessing,forthis,thetime-frequencyjointdistributionhasbeenusedtodescribeandanal

5、ysisthenon-stationarysignal.Atpresent,alotoftime-frequencyanalysismethodshasbeenproposed,itiswidelyusedinmanyfieldssuchasmechanics,electronic,biology,medicineandsoon.Withthefurtherstudyaswellaspracticalengineeringneedoftime-frequencyanalysis,itisofgreatnecessitytodev

6、elopthetime-frequencyanalysisinstrument.ThemostcommonmethodistorealizeinthePCwithsoftware,ortousethedataacquisitioncardsoastodevelopvirtualtime-frequencyanalysisinstrument.Inaddition,itispossibleforthereal-timesignalanalysiswiththedevelopmentofthesemi-conductortechno

7、logy,especiallyDSPandFPGA,andotherhigh-speeddevice.Thispaperintroducesseveraltypicaltime-frequencyanalysismethods,atthesametime,itstudiestheFPGArealizationofsignalfrequencyanalysiswiththecombinationofthecurrentrapidlydevelopedFPGAtechnology.Italsoprojectsthetime-freq

8、uencyanalysissystemofnon-stationarysignalbasedontheFouriertransform.Thismajorworkdoneinthispaperislistedasfollowing:Agoodmethodofsu