引 言 　　在內(nèi)彈道雷達(dá)測速中，要完成彈丸的速度測量，根據(jù)多普勒測速原理，需要進(jìn)行多普勒頻率的估計測量，而頻率估計也是信號參數(shù)估計中的經(jīng)典問題。目前國內(nèi)外已經(jīng)提出了不少方法，主要有時域法、譜估計方法和時一頻域法，其中時域法主要有數(shù)周期法和過零檢測法兩種，其主要缺點(diǎn)為測量精度低;而時一頻域法主要有短時傅里葉變換、魏格納一維爾分布等，但計算量一般較大，難以完成實(shí)時處理。 　　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)大的信號處理功能，進(jìn)行信號處理平臺的構(gòu)建也日益成為一種發(fā)展趨勢。從本質(zhì)上來說，虛擬儀器是儀器技術(shù)與計算機(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試系統(tǒng)。它是按照信號的處理與采集（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處理硬件平臺，在這個通用信號處理硬件平臺上，調(diào)用不同的測試軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器[1]?；诖?，本文利用虛擬儀器平臺，結(jié)合功率譜估計和頻率測量的組合測量方法，進(jìn)行了信號頻率測量系統(tǒng)的設(shè)計。 1頻率測量方法 　　通常，由于有用信號與噪聲的頻譜特性不同，因此功率譜估計方法成為一種在噪聲背景下提取有用信號（如正弦信號）的有效方法。鑒于此，在多普勒頻率測量中，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)典譜估計和現(xiàn)代譜估計，經(jīng)典譜估計方法的典型代表有周期圖法、Welch法等;而現(xiàn)代譜估計方法的典型代表有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頻方法的組合，均可達(dá)到測量信號頻率的目的。 　 1.1 Welch功率譜估計 　　在經(jīng)典功率譜估計巾，采用直接周期圖法估計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度為N的數(shù)據(jù)XN（n）分成L段，每段長度為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： 即： 的白噪聲ω（n）激勵線性移不變系統(tǒng)H（x）（即AR模型）所得到，則分析信號的功率譜估計為 式中： 為輸入序列的方差，n1、a2……、ap為待估參數(shù)[3-4]。 [b]2頻率測量系統(tǒng)設(shè)計 [/b] 2.1虛擬儀器前面板的設(shè)計 　　啟動LabVIEW后，選擇打開一個新面板的選項(xiàng)，然后使用C0ntrols模板上的控制對象（controls）和顯示對象（indications）創(chuàng)建一個圖形化用戶界面（即前面板）[5]。在頻率測量系統(tǒng)設(shè)計中，依據(jù)上述的頻率測量方法，前面板主要包括信號產(chǎn)生模塊、功率譜估計模塊、頻率測量模塊和結(jié)果顯示模塊四部分，其界面設(shè)計如圖1所示。 　　信號產(chǎn)生模塊可以選擇數(shù)據(jù)的來源，仿真參數(shù)的設(shè)置;功率譜估計模塊可以選擇功率譜估計的方法和進(jìn)行譜估計參數(shù)的設(shè)置;頻率測量模塊可以完成測量方法的選擇和參數(shù)設(shè)置的功能;結(jié)果顯示模塊則包括數(shù)值顯示和圖形顯示兩部分，數(shù)值顯示主要包含測量頻率和測量誤差的顯示，圖形顯示則包含信號的時域顯示和各種方法對應(yīng)的功率譜圖顯示。 　　測量系統(tǒng)核心的兩部分分別是功率譜估計模塊和頻率測量模塊。根據(jù)功率譜估計的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計中主要采用了周期圖、Welch、AR譜估計和ARMA譜估計4種方法;而在頻率測量模塊，主要采用了能量重心法、改進(jìn)的能量重心法、直接測頻法和譜峰搜索法。其中，改進(jìn)的能量重心法是在原有能量重心法的基礎(chǔ)上，通過調(diào)用Array Max & Min函數(shù)找出最大元素的索引號，然后對功率譜數(shù)組從第一個元素開始，按一定長度抽取一子數(shù)組，可以認(rèn)為這個數(shù)組中包含了信號頻率的全部功率譜線，從而進(jìn)行能量重心測頻。而直接測頻法，則是針對輸入信號，通過調(diào)用Ext.ract Single Tone Informa-tion函數(shù)直接完成測頻[7]。 3結(jié)果處理及分析 　　在設(shè)計的基于功率譜估計的頻率測量系統(tǒng)中，選擇數(shù)據(jù)來源中的仿真信號，設(shè)定信號頻率100 Hz，直流偏置為1 V，噪聲幅值2 V，采樣頻率512 Hz，采樣點(diǎn)數(shù)102 400，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)1 024，窗函數(shù)類型選擇Hanning窗，窗長為32點(diǎn)，重疊點(diǎn)數(shù)為窗長的50%，通過利用功率譜估計方法和頻域測頻法，可完成信號頻率的測量，并得出測量頻率的相對誤差。 　　在頻率測量方法相同的條件下，利用Welch譜估計可以得到較高的頻率測量精度，而在功率譜估計方法相同的條件下，改進(jìn)的能量重心法可以達(dá)到更高的測頻精度。然而在實(shí)際條件下，由于非整周期采樣引起的頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)窗函數(shù)的影響和環(huán)境等因素都會使測頻精度降低，因此，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用條件選擇不同的功率譜估計和測頻方法的組合，從而完成高精度頻率測量。 4結(jié)束語 　　在信號的頻率測量中，利用功率譜估計和頻率測量相結(jié)合的方法，能有效地提高測量精度。同時，借助虛擬儀器良好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理函數(shù)庫，結(jié)合軟件無線電的思想，構(gòu)建頻率測量軟件系統(tǒng)，對信號頻率測量也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和研究價值。 編輯:何世平