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随着当今科学技术的不断发展,现代信号处理技术的应用对微弱信号检测提出了更高的要求。如何将噪声淹没的微弱信号检测出来,并获得正确的数据,是一个十分重要的课题。微弱信号检测技术的方法很多,对于正弦信号而言,锁相检测是众多方法中非常有效的手段。本文在对微弱信号检测的基础理论与锁相检测算法研究的基础上,做了如下的工作:对于微弱信号一般需要尽可能高的检测分辨率,而过采样技术能够在一定条件下提高微弱信号检测的有效分辨率,对过采样技术进行了梳理。通过仿真和实测实验证明了采样速率每增加4倍,可以使信噪比提高6dB,相当于使ADC提高了一位分辨率。针对经典的数字锁相检测,由于要进行大量的乘法运算而导致计算速度慢的问题,本文提出了一种全新的数字锁相检测的快速算法。该快速算法对所需检测频率信号每周期采样4点,利用其正交参考信号的值仅为0、-1和1来去除所有的乘法和部分的加法运算,大幅度地减小了运算量。仿真和实测实验结果表明,对于周期数为N的采样数据计算,可减小8N次的乘法运算和4N次的加法运算。为了提高快速算法的精度,提出了基于过采样的快速算法。结合了过采样和快速算法的优势,采用平均下抽样技术将采样频率还原为4倍于原始信号的频率。引入修正因子改善计算出的幅值的精度,理论上完全消除了误差。仿真与实测实验结果表明,这种全新的基于过采样的快速算法既有过采样和锁相检测的高精度,又具备很高的速度。针对现有的数据采集常用单片机或DSP作为主控制芯片,但是普通单片机的运行速度不高,经常成为数据通道上的瓶颈,使模数转换芯片的性能无法完全发挥;尽管DSP芯片运行速度快,但其价格和易用性却比不上FPGA的问题。本课题利用Virtex-5 FPGA系列的XC5VLX110T实现数模转换芯片AD8802、模数转换芯片AD7760和UART16550IP核的控制,实现高速采集的全新数字锁相算法。