基于虛擬儀器的頻率測(cè)量軟件系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

　　引 言

　　在內(nèi)彈道雷達(dá)測(cè)速中，要完成彈丸的速度測(cè)量，根據(jù)多普勒測(cè)速原理，需要進(jìn)行多普勒頻率的估計(jì)測(cè)量，而頻率估計(jì)也是信號(hào)參數(shù)估計(jì)中的經(jīng)典問題。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)提出了不少方法，主要有時(shí)域法、譜估計(jì)方法和時(shí)一頻域法，其中時(shí)域法主要有數(shù)周期法和過零檢測(cè)法兩種，其主要缺點(diǎn)為測(cè)量精度低;而時(shí)一頻域法主要有短時(shí)傅里葉變換、魏格納一維爾分布等，但計(jì)算量一般較大，難以完成實(shí)時(shí)處理。

　　此外，隨著虛擬儀器的發(fā)展，借助于其良好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的信號(hào)處理功能，進(jìn)行信號(hào)處理平臺(tái)的構(gòu)建也日益成為一種發(fā)展趨勢(shì)。從本質(zhì)上來說，虛擬儀器是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，它強(qiáng)調(diào)"軟件就是儀器"的概念，使用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，更好地組建自己所需的測(cè)試系統(tǒng)。它是按照信號(hào)的處理與采集(ADC)，數(shù)據(jù)的分析與處理(DSP)、結(jié)果的輸出(DAC)及顯示的結(jié)構(gòu)模式來建立通用信號(hào)處理硬件平臺(tái)，在這個(gè)通用信號(hào)處理硬件平臺(tái)上，調(diào)用不同的測(cè)試軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器[1]?；诖?，本文利用虛擬儀器平臺(tái)，結(jié)合功率譜估計(jì)和頻率測(cè)量的組合測(cè)量方法，進(jìn)行了信號(hào)頻率測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　1頻率測(cè)量方法

　　通常，由于有用信號(hào)與噪聲的頻譜特性不同，因此功率譜估計(jì)方法成為一種在噪聲背景下提取有用信號(hào)(如正弦信號(hào))的有效方法。鑒于此，在多普勒頻率測(cè)量中，可以將采集的數(shù)據(jù)先進(jìn)行功率譜分析，然后再通過頻域測(cè)頻的方法來完成多普勒頻率的求取。在功率譜分析中可分為為經(jīng)典譜估計(jì)和現(xiàn)代譜估計(jì)，經(jīng)典譜估計(jì)方法的典型代表有周期圖法、Welch法等;而現(xiàn)代譜估計(jì)方法的典型代表有AR模型法、MA模型法、ARMA模型法、熵譜法、最大似然法和特征分解法等。頻域測(cè)頻方法主要有能量重心法、譜峰搜索法等，通過選取不同的功率譜分析方法和頻域測(cè)頻方法的組合，均可達(dá)到測(cè)量信號(hào)頻率的目的。

　　1.1 Welch功率譜估計(jì)

　　在經(jīng)典功率譜估計(jì)巾，采用直接周期圖法估計(jì)出的譜性能常常不好，主要表現(xiàn)在譜的起伏比較大，方差比較大。采用Welch法可以改善直接周期圖法估計(jì)出譜的方差特性。它的基本思想是采用分段加窗的方法把一長(zhǎng)度為N的數(shù)據(jù)XN(n)分成L段，每段長(zhǎng)度為M，并允許每段數(shù)據(jù)有部分重疊，分別求出每一段的功率譜Pi(ω)，然后加以平均，得到平均后的功率譜，即：

　　根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論可知：利用Welch法估計(jì)出的功率譜的方差大致是直接估計(jì)出的譜的方差的1/L，而且分段越多，方差越小，但是頻率分辨率也越低，偏差變大。所以，在實(shí)際使用中要兼顧方差和分辨率的要求適當(dāng)?shù)倪x取L和M的值[2]。