一种基于梳状波信号的幅相特性测量方法与流程

1.本发明属于电子信号测量技术领域，尤其涉及一种基于梳状波信号的幅相特性测量方法。


背景技术：

2.幅度平坦度和相位线性度是影响接收机性能提高的重要因素，当接收系统设计完成后，如何对这两项指标进行有效的高精度测试，一直是困扰测试人员的难题。矢量信号分析仪在做解调分析时，即使极微小的幅度波动和相位非线性波动都对测量结果造成很大的误差，因此接收通道的幅相特性测量是必须且关键的一步。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于梳状波信号的幅相特性测量方法，所述的测量方法的测量过程中使用信号源和频率分析仪，所述方法包括以下步骤：
4.步骤1，设置频率分析仪待测量通道的带宽和梳状波信号的频率步进参数；
5.步骤2，通过信号源产生幅度相同和初相位相同或初相位已知的梳状波信号，将梳状波信号送入频率分析仪待测量通道；
6.步骤3，频率分析仪执行数据采集，幅相特性分析。
7.进一步的，所述步骤1包括子步骤：
8.步骤1.1，设置梳状波信号初始幅度一致：
9.a0＝a1＝
…
＝a
n
10.初始相位一致：
[0011][0012]
则产生的梳状波校准信号时域表达式为：
[0013][0014]
步骤1.2，梳状波校准信号经过信道后为：
[0015][0016]
其中，p
n
为各频率分量经过信道后增加的相位，α
n
为各频率分量的幅度值，n＝0，1，2，
…
，n；
[0017]
步骤1.3，频率分析仪在t0时刻采集经过信道后梳状波校准信号，各频率分量的相位有如下公式：
[0018]
p
n
＝w
n
·
t0 θ
n
[0019]
其中，ω
n
·
t0指当前频率分量ω
n
经过延时t0增加的相位，θ
n
指当前信道对频率分量ω
n
的附加相位。
[0020]
进一步的，步骤3中幅相曲线测量包括以下子步骤：
[0021]
步骤3.1，对采集到的信号进行快速傅里叶变换(fft)，得到当前各频率分量所对应的幅度值和相位值；
[0022]
步骤3.2，采用三点法测量相位误差，计算各频率分量的相位误差曲线。
[0023]
进一步的，步骤3.2包括以下子步骤：
[0024]
步骤3.21，以f1和f5为基准，计算频点f3处的相位误差e3：
[0025][0026]
步骤3.22以f1和f3为基准，计算频点f2处的初始相位误差e2：
[0027][0028]
步骤3.23，由于f3处相位有误差，则频点f2处的叠加误差为e
′2：
[0029][0030]
步骤3.24，以f3和f5为基准，计算频点f4处的初始相位误差e4：
[0031][0032]
步骤3.25，由于f3处相位有误差，则频点f4处的叠加误差为e
′4：
[0033][0034]
步骤3.26，以此计算处频点f2，f3，f4处的相位误差：
[0035]
δ2＝e2 e
′2[0036]
△3＝e3[0037]
δ4＝e4 e
′4[0038]
其中f
i
是选定频点。
[0039]
进一步的，选择不同频点，重复步骤3.21到步骤3.26，计算出所有待计算的频率分量的相位误差。
[0040]
采用本发明的方法，本测量方法可用于离线校准也可用于在线校准，算法测量精度高、速度快，能适应高速率、实时性的信号处理过程。
附图说明
[0041]
图1为三点法测相位误差示意图；
[0042]
图2为5个频率分量三点法测相位误差示意图；
[0043]
图3是通道幅频曲线设置；
[0044]
图4是通道相频曲线设置；
[0045]
图5是接收到的基带梳状波频谱图；
[0046]
图6是幅频曲线测量值和真实值比较；
[0047]
图7是相频曲线测量值和真实值比较；
[0048]
图8是测量值和真实值间误差线性度分析曲线。
具体实施方式
[0049]
本发明提供一种基于梳状波信号的幅相特性测量方法，只用通过一次信号采集，即可分析出当前通道的幅相特性曲线，可用于之后的通道校准，计算量小、速度快，易于工程实现。常规通道相位测量方法需要触发信号对源和接收机进行同步，且不能一次获取整个频段内相频特性。本测量方法可用于离线校准也可用于在线校准，算法测量精度高、速度快，能适应高速率、实时性的信号处理过程。
[0050]
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
[0051]
本发明通过如下步骤实现：
[0052]
(1)设置待测量通道的带宽、梳状波信号的频率步进等参数；
[0053]
(2)产生幅度一致、初相一致或已知的梳状波信号，送入待测量通道；
[0054]
(3)数据采集，幅相特性分析。
[0055]
a、信号模型
[0056]
梳状波时域表达式为：
[0057][0058]
其中，ω
n
＝ω1 (n
‑
1)
·
δω，为各频率分量的初始相位，a
n
为各频率分量的初始幅度值，n＝0，1，2，3，
…
，n。
[0059]
(1)设置梳状波信号初始参数
[0060]
初始幅度设为一致：a0＝a1＝
…
＝a
n
[0061]
初始相位设为一致：
[0062]
则产生的梳状波校准信号时域表达式为：
[0063][0064]
(2)梳状波校准信号经过信道后为：
[0065][0066]
其中，频率分量ω
n
，p
n
为各频率分量经过信道后增加的相位，α
n
为各频率分量的幅度值，n＝0，1，2，
…
，n
[0067]
(3)假设信号在t0时刻采集
[0068]
则各频率分量的相位有如下公式：
[0069]
p
n
＝w
n
·
t0 θ
n
[0070]
其中，ω
n
·
t0指当前频率分量ω
n
经过延时t0增加的相位，θ
n
指当前信道对频率分量ω
n
的附加相位。ω0·
t0，ω1·
t0，...，ω
n
·
t0呈线性变化，那么θ
n
就是需要测量的通道相位非线性度，而α
n
就是需要测量的通道幅度非平坦度。
[0071]
b、幅相曲线测量
[0072]
(1)对采集到的信号进行傅里叶变换(fft)，得到当前各频率分量所对应的幅度值和相位值。
[0073]
此时获取的幅度值即为测量的通道幅频曲线。
[0074]
(2)相位误差曲线测量
[0075]
采用三点法测量相位误差。
[0076]
假设有三点频率f1，f2，f3满足下式：
[0077]
f2‑
f1＝f3‑
f2[0078]
其对应的测量得到的相位值分别为p1，p2，p3，假设p1，p3没有误差，以p1和p3为参考点，理想通道下为线性相位，则p1，p2，p3理论上在一条直线上，当p2不在p1，p3直线上时，则代表当前通道不是理想通道，相位有畸变，那么频率f2处的相位误差为：
[0079][0080]
当梳状波频点个数大于3时，如频率分量个数为5时，误差计算示意图如图2所示。
[0081]
假设p1，p5没有误差，以p1和p5为参考点画一条直线，理想通道下为线性相位，则p1，p2，p3，p4，p5理论上在一条直线上，当通道对每个频率分量相位有不同畸变时，如图3所示，p1，p2，p3，p4，p5不在同一条直线上，则频点f2，f3，f4处的相位误差计算方法如下：
[0082]
(1)以f1和f5为基准，计算频点f3处的相位误差e3[0083][0084]
(2)以f1和f3为基准，计算频点f2处的初始相位误差e2[0085][0086]
(3)由于f3处相位有误差，则频点f2处的叠加误差为
[0087][0088]
(4)以f3和f5为基准，计算频点f4处的初始相位误差
[0089][0090]
(5)由于f3处相位有误差，则频点f4处的叠加误差为
[0091][0092]
以此计算处频点f2，f3，f4处的相位误差：
[0093]
δ2＝e2 e
′2[0094]
△3＝e3[0095]
δ4＝e4 e
′4[0096]
以此类推，可计算出所有所需频率分量的相位误差。
[0097]
c、仿真
[0098]
假设信道的初始幅相曲线如图3图4所示，在仿真过程中将此曲线加载到梳状波信号中。
[0099]
对接收到的基带信号进行fft，计算各频率分量的幅度值，计算各频率分量的相位误差曲线，如图5——图8所示。
[0100]
从仿真结果可以看出，获取的幅频曲线与设置的通道幅频曲线基本一致，而获取的相频曲线波动趋势与实际设置的通道相频曲线相反，且两者之和为线性值，这是由于相位误差值是理想线性值减去实际测量值得到的，代表了通道要达到理想线性相位所需的相位值，且由于假定首尾频率分量误差为0，与实际不相符，实际的首尾相位误差均匀地分布在整个带宽内，导致测量的相频曲线与实际相频曲线相差为线性曲线，从图6中可以看出，线性度差异在0.5
°
以内，对于通道来说线性相频曲线不影响信号质量，只会有一个相对的信号延迟，因此，此时测量的相位曲线可以用来表征当前通道的幅相特性。
[0101]
仿真示例中产生的梳状波信号由于初相设为0导致信号峰均比较大，实际工程使用时可设置已知的初始相位曲线加载到梳状波各频率分量上，测量得到的相频曲线去除此部分初始值也可得到通道的相频曲线。
……
[0102]
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。