CN101300497B - 产生光谱轨迹的数据压缩 - Google Patents

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Abstract

产生光谱轨迹的数据压缩方法可以将信号数据分成多个变换帧，利用从时域到频域的变换为每个变换帧产生光谱轨迹，根据每个帧中对应点的光谱振幅将来自分析窗口的多个帧组成单光谱轨迹5。一种装置，包含接收信号或数据组的端口；与端口通信的将数据记录分割成多个帧的电路，将每个帧乘以窗口函数，将每个帧从时域表示变换成频域表示，利用检测函数压缩该10个帧以产生单光谱轨迹。该数据压缩方便了使用者独立选择分析长度、分辨带宽(RBW)和轨迹点数量，消除了传统方法中经常出现的耦合。

Description

产生光谱轨迹的数据压缩
相关申请的交叉参考
本申请要求于2005年11月4日提交的美国临时申请No.60/733,844的权益，其整个内容在此结合作为参考。
背景技术
随着数字通信技术和其它高性能系统的迅速发展，测试和测量软件和仪器以提供电、声、或光波形的时间、频率和调制领域的有相关系的分析和显示变得重要。例如，现代通信系统的特征是时间爆发、频率跳跃和复杂数字调制方案。
光谱分析仪经常用来检查目标波形或信号的光谱组成。传统的扫描光谱分析仪使用在其中有一个本机振荡器来扫描频率范围的超外差接收机。现代的光谱分析仪可以利用快速傅立叶变换(FFT)或类似的数学处理将取样信号数据记录变换成光谱波形。矢量信号分析仪是通过提供分析信号的幅度和相位两者的信息而专用于数字调制分析的工具。
参照图1，光谱分析仪采集包括一批数据取样的采集记录110并且使用者可以在时间、频率和调制领域上共同分析整个记录或者记录的一部分。采集记录110被分析的部分是分析窗口120且该分析窗口持续时间通常称为分析长度。分析长度典型地根据希望的测量产生。
光谱分析仪的中频阶(IF)段中的窄带滤波器的宽度通常称为分辨带宽(RBW)。RBW决定分析仪分辨紧密间隔的信号成分的能力。对于矢量信号分析仪，光谱的RBW与变换帧的持续时间成反比。
希望的分析窗口可能通常包含多个变换帧。例如，使用者可以选择仅要求很短分析时间的RBW，但是可以也要求选择比RBW需要的分析长度长几倍的分析长度。部分数据可以用来产生要求的RBW。也可使用整个数据组，结果是伴随着与所要求不相同的RBW，因此在传统途径中如果使用者想要特定的分析时间，RBW也被决定或者甚至RBW的调整也不被允许。
附图说明
图1说明采样数据的包含分析窗口的采集记录。
图2说明被分成多个频率变换帧的信号记录。
图3说明为产生光谱轨迹提供数据压缩的一个实施例。
图4说明将多个中间轨迹减少到要求的轨迹点的用于多个频率变换帧的轨迹压缩。
图5说明用来将频率帧组成单光谱轨迹的检波器模式的具体实施例。
图6说明将频率帧组成单光谱轨迹的一种方法的具体实施例。
具体实施方式
本发明提供一种利用数据压缩来产生光谱轨迹的系统和方法。在一个实施例中，数据压缩和频率变换技术可以用来在光谱分析仪上产生从数字化振幅对时间数据的光谱轨迹。这些原理通过允许光谱分析仪分离分析长度、分辨带宽(RBW)和波形轨迹点来提供更大的分析灵活性。在一些实施例中，数据压缩可以用来将多个频率变换帧组成在希望的显示轨迹点上的单光谱轨迹，如将参考图4和图5充分解释的那样。轨迹压缩有时也称为检波(detecttion)。
图2说明被分成多个频率变换帧的分析窗口210。当连续的信号记录被采集后，该信号记录就被分成多个频率变换帧220。在一些实施例中，可以根据使用者定义的分析长度从更大的记录中选择信号记录。然后可以利用Chirp-z变换、FFT变换或者任何其它适合的变换将每个帧220、222从时域变换到频域。
在一些实施例中，窗口函数例如Kaiser、Flattop、Gaussian、Hann、Blackman-Harris(多个版本)、Hamming、Blackman、Uniform等等，可以应用到独立变换帧内的数据上以防止光谱泄漏。应用窗口函数之后，就可以利用变换从每个变换帧计算光谱。
图3说明用数据压缩产生光谱轨迹的一个实施例300。模数变换器(ADC)310接收模拟信号350，并且输出时域数字数据记录到数字存储器315。本实施例示出了ADC310在处理通路的前端，但是其它实施例中可以不要ADC310而直接接收数字数据并且也适用于具有不同结构的任何光谱分析仪。
数字记录是将被分解成RBW块大小的变换块318。然后RBW数据块被送入变换块320以从时域记录365变换到频域记录370。如前面讨论的，本实施例利用Chirp-z变换，但是其它实施例可以用FFT或者其它适合的变换。
如果轨迹点少于k*Fs/RBW，其中k是窗口相关系数并且对Blackman-harris-4B窗口来说接近2，并且Fs是对应于所要求范围内的采样频率，可以将轨迹点增加至多于k*Span/RBW。一个方法就是将当前轨迹点乘以一个整数以产生图4中的中间轨迹点410。中间轨迹点410的数量可以被选择为多于k*Span/RBW。这个步骤减少或消除了在光谱显示中对于任意轨迹点输入的漏失的信号尖峰。
在变换块320中的Chirp-z变换后，轨迹压缩可以被用来将每个光谱帧410中的轨迹点的数量减少至对于每个频率变换帧所需要的轨迹点的数量。
图4说明对于每个频率变换帧420、440和450用于将每个光谱轨迹410的轨迹点的数量减少至所需数量412的轨迹压缩。这个步骤减小或消除了当轨迹点412的数量被设置成小于RBW帧中的采样数量的值时漏失的信号尖峰。
往回参考图3，在变换块320之后，频域记录370在轨迹压缩块325中被压缩以便将每个光谱帧压缩至希望的轨迹点数量。在块325中的轨迹压缩之后，多个帧在帧压缩块328中被压缩成单光谱轨迹并且然后进入显示压缩块330并且被送入显示器335或者一些其它的存储或处理器件。一些实施例可能通过其它硬件、软件、或硬件和软件的不同组合来利用数据压缩产生光谱轨迹，但是都不是受限于如图3说明的硬件。
在一些实施例中，如果分析长度不是变换帧420、440和450的长度的精确倍数，那么剩下的部分可以被忽略或者最后的变换帧可以与倒数第二个变换帧440、或其它帧重叠。同样的，为提高瞬时信号检测能力，变换帧420、440和450可以都重叠以减小窗口函数引起的变换帧边沿上的去加重影响。
图5说明将频率帧A、B、C和D组成单光谱轨迹514的检波器500的具体实施例。基于不同的应用场合可以使用不同的检波器模式，例如，最大值(正峰值)、最小值(负峰值)、平均值(中间值，等等)、最大值/最小值(正/负峰值)、标准值、均方根、准峰值或者可以使用检测频率帧特性并允许根据帧特性来组合帧的其它的检波器模式。
参考图5并往回参考图3，频率帧A、B、C和往上到任意频率帧n可对应来自RBW318的包含RBW大小的块的信号。在经历了在变换块320中从时间到频率的变换之后，根据如在512中描述的对应的光谱成分520、525和530使用检测函数来组合频率帧A-C。图5说明的例子是正峰值检测函数，例如，光谱成分542是来自频率帧A、B和C的一组对应的光谱成分的正峰值。
图6说明将频率帧组成单光谱轨迹的方法600的实施例。在块610中，方法600将分析数据分成多个如图2所示的变换帧。在一些实施例中，变换帧长度由k*Fs/RBW决定，其中k是窗口相关系数，Fs是对应于所要求范围内的采样频率并且也用来决定中间轨迹点。此外，一些实施例便可以将每个变换帧乘以窗口函数，如在此所述的。
在块620中，为每个变换帧产生光谱。在一些实施例中Chirp-z变换、FFT变换、或者其它适合的变换可以用来产生光谱。在一个实施例中，产生如上结合图4所述的一组中间轨迹点。在可选实施例中也可不产生中间轨迹点。如果中间轨迹点被使用，则被确定的检波器可以用来将每个输出光谱轨迹减少至希望的轨迹点430。
这时方法600可以基于图5所示的每个帧中的对应点的光谱振幅将来自分析窗口的光谱数据的多个帧组成单光谱轨迹。方法600可以产生同时满足所要求的RBW和希望的轨迹点的光谱轨迹。此外，分析窗口中的整个数据可以被用来产生光谱并且和其它域的分析进行更相干地比较。而且，通过使用检波器作为数据压缩技术，任何异常的光谱行为都很容易被识别。
可以相信上述的公开包含多个可独立应用的不同发明。尽管每个发明以最佳方式公开，但许多变化都有可能，不局限于在此公开和说明的特殊实施例。本发明的主题包括在此公开的各种元件、特征、函数和/或特性的所有新颖的、非显而易见的组合和变形。
包含在各种元件、特征、函数和/或特性的组合和变形中的发明可能会在相关申请中要求。这些要求，不管它们指向不同的发明或是指向该相同的发明，不管异于、宽于、窄于或等同于原始要求的范围，也被认为是包含进本发明的主题。

Claims (15)

1.一种用于矢量信号分析的方法，包括如下步骤：
接收模拟信号并产生数字数据记录；
将所述数字数据记录分成多个变换帧，所述变换帧的持续时间与分辨带宽成反比；
利用时域到频域的变换将每个变换帧变换成光谱帧；
压缩每个光谱帧成为具有被选择数量的轨迹点；以及
基于每个光谱帧中对应点的光谱振幅将多个光谱帧组成单光谱轨迹。
2.如权利要求1的方法，其中将多个光谱帧组成单光谱轨迹的步骤包括基于光谱振幅的正峰值、负峰值、平均值、正负峰值、标准值、均方根和准峰值中的至少一个来组合多个光谱帧的步骤。
3.如权利要求1的方法，其中时域到频域变换是Chirp-z变换。
4.如权利要求1的方法，其中时域到频域变换是快速傅立叶变换。
5.如权利要求1的方法，还包括将每个变换帧乘以窗口函数的步骤。
6.一种用于矢量信号分析的装置，包括：
用于接收模拟信号并产生数字数据记录的模数转换器；
用于将所述数字数据记录分成多个变换帧的装置，所述变换帧的持续时间与分辨带宽成反比；
用于利用时域到频域的变换将每个变换帧变换成光谱帧的变换块；
用于压缩每个光谱帧成为具有被选择数量的轨迹点的轨迹压缩块；以及
用于使用检测函数将多个光谱帧组成单光谱轨迹的帧压缩块。
7.如权利要求6的装置，其中检测函数是基于每个光谱帧中的对应点的光谱振幅的正峰值、负峰值、平均值、正/负峰值、标准值、均方根和准峰值中的至少一个。
8.如权利要求6的装置，其中时域到频域变换是Chirp-z变换。
9.如权利要求6的装置，其中时域到频域变换是快速傅立叶变换。
10.如权利要求6的装置，还包括用于为将每个变换帧乘以窗口函数的装置。
11.一种用于矢量信号分析的装置，包括：
用于接收模拟信号并产生数字数据记录的装置；
用于将所述数字数据记录分成多个变换帧的装置，所述变换帧的持续时间与分辨带宽成反比；
用于利用时域到频域的变换将每个变换帧变换成光谱帧的装置；
用于压缩每个光谱帧成为具有被选择数量的轨迹点的装置；以及
用于使用检测函数将多个光谱帧组成单光谱轨迹的装置。
12.如权利要求11的装置，其中所述检测函数基于在每个光谱帧中对应点的所述光谱振幅的正峰值、负峰值、平均值、正/负峰值、标准值、均方根和准峰值中的至少一个。
13.如权利要求11的装置，其中时域到频域变换是Chirp-z变换。
14.如权利要求11的装置，其中时域到频域变换是快速傅立叶变换。
15.如权利要求11的装置，还包括将每个变换帧乘以窗口函数的装置。
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