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引言
隨著通信與廣播電視業(yè)務的發(fā)展，無線電頻譜迅速、大量的被占用，頻道擁擠和相互間干擾日趨嚴重，為了能有效地利用無線電頻譜，減少相互間的干擾，信號監(jiān)測業(yè)務隨之成為必要。調幅廣播信號監(jiān)測系統(tǒng)是用于實時監(jiān)測短波調幅廣播信號的調幅度、載波頻率的專用系統(tǒng)。
圖1為調幅廣播信號質量監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、總線控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機通信模塊組成。其工作方式為：輸入信號通過線性數(shù)控增益放大器后由A/D轉換器采樣，采樣后的數(shù)據(jù)由FPGA送入DSP進行數(shù)據(jù)處理，所得到的監(jiān)測結果由FPGA通過PCI接口送入上位機。同時由DSP對采樣所得信號大小進行監(jiān)測，通過FPGA對線性數(shù)控增益放大器的增益進行調整，使其輸出信號滿足系統(tǒng)測量要求。
算法和數(shù)字處理軟件
調幅廣播信號的特點是載波頻率相對穩(wěn)定而調幅度實時變化，所以系統(tǒng)每監(jiān)測一百次調幅度再監(jiān)測一次載波頻率同樣可以達到監(jiān)測信號的目的。系統(tǒng)所要監(jiān)測的信號的帶寬小于10kHz，頻率范圍為1.5MHz~30MHz。若對信號進行過采樣，為保證測量精度則采樣頻率要達到240MHz，后續(xù)數(shù)據(jù)處理難度較大，所以系統(tǒng)選擇對信號進行欠采樣。采樣點數(shù)為N=4096。
調幅信號調幅度的計算公式如下：
其中m為調幅度，A為包絡上、下兩正峰間的幅度，B為包絡上、下兩負峰間的幅度。
本系統(tǒng)中先用頻域移相法求得A/D采樣后信號的Hilbert變換，然后取絕對值即可得到AM信號的上包絡。因為單音調幅信號的上、下包絡關于零軸對稱，所以只要得到上、下包絡其中之一就能根據(jù)式(1)求得調幅度。
設輸入信號為f(t)，則由采樣定理可知采樣前信號的頻譜F(w)和采樣后信號的頻譜FS(w)有如下關系：
設輸入正弦信號為：
則采樣后信號的頻譜為：
根據(jù)上式可知，信號的頻譜在w=wi-nW處有峰值。由下式可知只要計算出n值和通過傅里葉變換估計欠采樣后信號的頻率w，正弦信號的真實頻率wS就可準確求出。
輸入信號最高頻率為30MHz，系統(tǒng)選取最小公倍數(shù)為60MHz的兩個采樣頻率分別為fs1、fs2(fs1=60/264MHz=0.228MHz、fs2=60/261MHz=0.230MHz)對信號進行采樣，對采樣后的信號作FFT變換，與fs1和fs2相對應的頻率分別為f1=fs1×n1/N和f2=fs2×n2/N。由此可粗略的得到信號的載波頻率為：
進而為了達到1Hz的測量精度，必須進行頻譜細化。若要達到0.5Hz分辨率，則分析200Hz譜寬需要計算400點。在粗估計頻率的前后100Hz內進行頻率細化分析，分別對f1和f2作n1和n2周圍400點的DFT變換。變換后得到頻譜F1和F2，分別求出其幅度最大值對應的位置nF1和nF2，從而得到精估計的信號頻率值和：
根據(jù)式(6)可以列出兩組載波頻率的矩陣：
最后根據(jù)式(8)中最接近的兩個值fcn1和fcn2就可以計算出載波頻率值為：
