苏俊亚，张霞

(中国传媒大学 理工学部，北京 100024)

基于全相位FFT的频率估计及其FPGA实现

苏俊亚，张霞

(中国传媒大学 理工学部，北京 100024)

信号截断会引起频谱的泄露，导致频率测量出现偏差。相对于传统FFT，全相位FFT能够抑制频谱泄露。本文针对一种谐振式红外传感器，首先对检测信号进行全相位FFT，然后利用传统FFT的频谱对全相位FFT的频谱进行校正，实现对频率的精确估计。将此测频方法在FPGA上进行硬件综合，利用Verilog HDL 语言，设计了频率测量电路。然后对所设计的频率测量电路进行仿真，仿真结果显示该方法在使用单精度浮点数进行运算时在MHz量级上可分辨1Hz的信号频率。

全相位FFT；相位差；FPGA；Modelsim仿真

1 引言

频率测量是众多电子技术中的一种基本技术[1]，在通信、导航系统、空间科学计算等领域有着广泛的应用。对于频率的测量，可以将时域信号进行FFT，然后在频域对信号频率进行估计，原始的信号序列较长，信号处理设备处理的长度有限，在进行FFT变换之前需对信号进行截断，导致了信号的频谱泄露。为了抑制信号频谱泄露，通常情况下可以对信号进行加窗，如汉宁窗、凯泽窗、布莱克曼窗等，这些窗函数的傅里叶频谱的第一旁瓣衰减大于矩形窗[2]，但是主瓣宽度也大于矩形窗，加窗处理在抑制旁瓣泄露的同时会出现主瓣模糊的问题，因此加窗处理不能较好地解决频谱泄露的问题，导致频率测量的精度不高。

针对以上问题，文献[3]提出了一种数字信号处理的新方法，即全相位快速傅里叶变换(all phase Fast Fourier Transformation，apFFT)，这种信号处理的方法在抑制频谱泄露的同时，不会导致主瓣模糊的问题。……