CN101726664B - 信号相位差测量方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种信号相位差测量方法、装置和系统，其中测量方法包括：一个采样通道对两个以上的信号进行采样，并获取采样到的信号的幅度信息；根据信号的幅度信息计算出信号之间的相位差信息。测量装置包括：采样模块，包括至少一个用于对两个以上的信号进行采样的采样通道；幅度信息获取模块，用于获取采样到的信号的幅度信息；计算模块，用于根据信号的幅度信息计算出信号之间的相位差信息。本发明实施例还提供一种信号相位差测量系统，包括：传输网络和信号相位差测量装置。本发明实施例提供的信号相位差测量的方法、装置和系统利用一个采样通道对多个信号进行采样，能够降低装置的硬件密度，简化测量流程。

Description

信号相位差测量方法、装置和系统

技术领域

本发明实施例涉及信号测量技术领域，特别涉及一种信号相位差测量方法、装置和系统。 

背景技术

在测试、通信、控制等技术领域，经常需要测量同一网络中的多个信号之间的相位信息。 

在现有的测量过程中，为了获取几个信号之间的相位差，通常采用多个采样通道同时对各个信号进行采样的方法，包括如下的步骤：首先对各个采样通道进行校准测试，即计算并存储各个信号采样通道的传输特性，以在最终测量结果中消除不同通道传输特性的影响，主要是获取幅频、相频等参数；然后多个采样通道同时对各个信号进行采集，并对采集到的信号进行放大、滤波等预处理，再进行AD转换；最后经过由信息处理模块提取每个信号的相位，经过处理即可获得各个信号之间的相位差，该步骤中应该按照不同信道的传输特性对测量结果进行校准。 

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下技术问题：在上述的测量过程中，需要为每一个信号设置专门的采样通道，即有多少个信号就需要多少个采样通道，这样无疑会增加硬件密度，容易引起通道耦合导致系统性能下降，同时使得硬件成本较高，并且不同的采样通道具有不同的放大、滤波电路，由于器件差异性，每个信号采样通道也具有不同的传输特性，尤其是相位特性具有较大的差异，在采集过程中通常需要先采集各通道的传输特性，并需要对测量结果进行校准。综上所述，现有技术中由于采用对多个信号采用多个采样通道的方法，增加了硬件密度，并使测量流程复杂。

发明内容

本发明实施例提供了一种信号相位差测量方法、装置和系统，以实现在对多个信号的相位差进行测量时减少装置的硬件密度，简化测量流程。 

为实现上述目的，本发明实施例的一个方面提供了一种信号相位差测量方法，包括： 

将需要采样的各个信号分时接入到所述一个采样通道，依次对每一个接入信号进行采样，采样的信号包括信号v_a、v_c和(v_c-v_a)，获取所述接入信号的幅度信息； 

根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；。 

利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。 

本发明实施例的另一个方面还提供了一种信号相位差测量装置，包括： 

采样模块，所述采样模块包括至少一个用于对两个以上的信号进行采样的采样通道，用于将需要采样的各个信号分时接入到所述一个采样通道，依次对每一个接入信号进行采样，采样的信号包括信号v_a、v_c和(v_c-v_a)； 

幅度信息获取模块，用于获取采样到的信号的幅度信息； 

计算模块，用于根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。 

本发明实施例的再一个方面还提供了一种信号相位差测量系统，包括： 

传输网络，所述传输网络承载有两个以上的待测量信号； 

信号相位差测量装置，所述信号相位差测量装置包括： 

采样模块，所述采样模块包括至少一个用于对两个以上的信号进行采样的采样通道，用于将需要采样的各个信号分时接入到所述一个采样通道，依次对每一个接入信号进行采样，采样的信号包括信号v_a、v_c和(v_c-v_a)； 

幅度信息获取模块，用于获取采样到的信号的幅度信息； 

计算模块，用于根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。 

本发明实施例提供的信号相位差测量方法、装置和系统，通过一条采样 通道对多个信号进行采样，获取各个信号的幅度信号，根据幅度信息计算得出各个信号的相位关系，能够减少采样通道数目，降低相位差测量装置的硬件密度，简化测量流程。 

附图说明

图1为本发明信号相位差测量方法实施例的流程示意图； 

图2为本发明信号相位差测量装置一个实施例的结构示意图； 

图3为本发明信号相位差测量装置另一个实施例的结构示意图； 

图4为本发明信号相位差测量系统实施例的结构示意图； 

图5为本发明一个具体实施例中传输网络结构示意图； 

图6为本发明具体实施例中信号相位差测量装置的结构示意图； 

图7为本发明具体实施例的矢量关系图。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

本发明实施例提供的信号相位差测量的方法，适于在需要测量同一网络的多个信号的幅度和相位差的系统中应用。图1为本发明信号相位差测量方法实施例的流程示意图，如图1所示，测量的流程包括如下步骤： 

步骤101、一个采样通道依次对两个以上的信号进行采样； 

步骤102、获取采样到的信号的幅度信息； 

步骤103、根据所述信号的幅度信息计算出信号之间的相位差信息。 

本实施例中，在对网络中的多个信号的相位进行测量时，可以选择使用一个采样通道依次对其中的若干个信号进行采样，则对于使用不同通道同时采样的信号，可以通过直接提取各个信号的相位信息进行计算获取其相位差，而对于同一个采样通道不同时刻采样的信号，可以先获取其幅度信息，然后再根据其幅度信息计算出各个信号之间的相位差信息。在使用同一个采样通道对两个以上的信号采样时，就可以减少采样通道的数量，从而能够降低硬件密度，减少一部分对采样通道进行特性采集、对信号进行校准的步骤。 

在上述的实施例中，在一个采样通道对两个以上的信号进行采样，可以是通过接入控制单元将需要采样的各个信号分时接入到上述的一个采样通道，依次对每一个接入信号进行采样，获取接入信号的幅度信息。另外在对每一个接入信号进行采样后还可以包括对信号进行放大和滤波的预处理步骤。另外，也可以根据实际情况的需要灵活设置采样通道，例如只包括一个采样通道，对所有的信号进行采样，或设置两个采样通道，分别对其中的部分信号进行采样。 

对于同一个采样通道采集到的信号，获取其幅度信息的方式是首先对采样到的信号进行AD转换，然后从AD转换后的信号中获取信号的幅度信息。 

在获得信号的幅度信息后，可以根据信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；再对上述矢量关系图进行解析获得各个信号之间的相位差信息。其中对矢量关系图进行解析获得各个信号之间的相位差信息具体是利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，该夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。 

上述实施例中，利用一个采用通道依次采集多个信号并保存其幅度信息，根据各个信号的幅度信息建立一个矢量关系图，通过运用余弦定理计算出矢量之间的夹角，即可得出各个信号之间的相位差。上述的信号相位差测量的方法，对多个信号只使用一个采样通道采样，能够减少测量装置的硬件密度，简化相位差测量流程，使用一个采样通道采样不会发生通道耦合，能够提高系统性能。 

图2为本发明信号相位差测量装置一个实施例的结构示意图，如图2所示，测量装置包括：采样模块1、幅度信息获取模块2和计算模块3，其中采样模块1包括至少一个用于对两个以上的信号进行采样的采样通道，即采样模块可以包括多个采样通道，也可以只包括一个采样通道依次对所有信号进行采样，对于不同采样通道同时采集的信号，可以直接提取各个信号的相位信息进行计算获取其相位差，而对于同一采样通道不同时刻采集的信号，就需要通过幅度信息获取模块2获取信号的幅度信息；然后由计算模块3根据信号的幅度信息计算出信号之间的相位差信息。 

上述的实施例中，通过一个采样通道对多个信号进行了采样，减少了采 样通道的数量，降低了装置的硬件密度，同时对于一个通道采集的信号，也不需要再对其进行校准，能够简化相位差测量的流程。 

图3为本发明信号相位差测量装置另一个实施例的结构示意图，如图3所示，本实施例中的测量装置包括采样模块1、幅度信息获取模块2和计算模块3，其中采样模块1包括接入控制单元11、信号采样单元12、预处理单元13和AD转换单元14，其中用于接入控制单元11将需要测量的信号分时接入到所述一个采样信道；信号采样单元12依次对每一个接入信号进行采样；预处理单元13对采样到的信号进行放大、滤波预处理，AD转换单元14用于对采样到的信号进行AD转换；该采样模块可以包括多个采样通道，其中至少包括一个采样通道能够对多个信号进行采样，也可以使用一个采样通道依次对所有信号进行采样，对于不同采样通道同时采集的信号，可以直接提取各个信号的相位信息进行计算获取其相位差，而对于同一采样通道不同时刻采集的信号，就需要通过幅度信息获取模块2获取信号的幅度信息；幅度信息获取模块2从AD转换后的信号中获取信号的幅度信息；计算模块3分为矢量关系图建立单元31和解析单元32，矢量关系图建立单元31根据幅度信息获取模块2获取的信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；解析单元32对各个信号对应矢量的矢量关系图进行解析获得各个信号之间的相位差信息。 

本实施例中，利用一个采用通道依次采集多个信号并保存其幅度信息，根据各个信号的幅度信息建立一个矢量关系图，通过运用余弦定理计算出矢量之间的夹角，即可得出各个信号之间的相位差。上述的信号相位差测量的方法，对多个信号只使用一个采样通道采样，能够减少测量装置的硬件密度，简化相位差测量流程，使用一个采样通道采样不会发生通道耦合，能够提高系统性能。 

图4为本发明信号相位差测量系统实施例的结构示意图，如图4所示，信号相位差测量的系统包括：传输网络5和信号相位差测量装置6，其中传 输网络5承载有两个以上的待测量信号；信号相位差测量装置6可以分为：采样模块61、幅度信息获取模块62和计算模块63，采样模块61包括至少一个用于对两个以上的信号进行采样的采样通道；幅度信息获取模块62用于获取采样到的信号的幅度信息；计算模块63用于根据所述信号的幅度信息计算出信号之间的相位差信息。 

本实施例中，通过一个采样通道对多个信号进行采集，能够减少信号相位差测量的装置中采样通道的数量，从而减少装置的硬件密度，并可省去在同一采样通道中采样的信号的校准流程，从而达到较少操作流程的效果。本实施例中的传输网络为处于稳态运行中的时不变网络。 

上述实施例中的采样模块可以分为接入控制单元、信号采样单元、预处理单元和AD转换单元，其中接入控制单元，用于将需要测量的信号分时接入到同一个采样信道；信号采样单元依次对每一个接入信号进行采样；预处理单元对采样到的信号进行放大、滤波预处理；AD转换单元对采样到的信号进行AD转换；幅度信息获取模块从AD转换后的信号中获取采样到的信号的幅度信息。计算模块由矢量关系图建立单元和解析单元组成，其中矢量关系图建立单元根据各个信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；解析单元对各个信号对应矢量的矢量关系图进行解析获得各个信号之间的相位差信息。 

在上述的方法、装置和系统的实施例中，都通过一个采用信道对多个信号进行采样，并通过计算得到了上述信号之间的相位差信息。以下通过一个具体的实施例来说明。 

图5为本发明一个具体实施例中传输网络结构示意图，如图5所示，本实施例为双端口网络阻抗矩阵测试模型，DUT为被测量的网络或设备，在DUT的a、b两个端口上连接两段带电阻R₁、R₂的线路，在c侧设置稳态激励源d侧开路设置，在R₁的两侧取信号v_c、v_a，在R₂的两侧取信号v_b、v_d，则端口a和c之间的阻抗用Z₁₁表示，端口b与c之间的阻抗用Z₂₁表示，其中 Z₁₁＝R₁*v_a/(v_c-v_a)，Z₂₁＝R₁*v_b/(v_c-v_a)。要获取复数形式的Z₁₁，除需要测试v_a与(v_c-v_a)的幅度之外，还需要测试同一时刻v_a与(v_c-v_a)的相位差；为获取复数形式的Z₂₁，除需要测试v_b与(v_c-v_a)的幅度之外，还需要测试同一时刻v_b与(v_c-v_a)的相位差。如背景技术中所述的现有技术中在测量v_a与(v_c-v_a)的相位差时通常是设置两个采样通道，分别测量v_a、(v_c-v_a)，或测量v_c、v_a)，然后再通过信号相减来获取(v_c-v_a)。 

本发明实施例提供了利用一条采样通道对多个信号进行采样获取其相位差的方法，图6为本发明具体实施例中信号相位差测量装置的结构示意图，如图6所示，装置包括信号采样模块21、预处理模块22、AD转换模块23和信号处理模块24，信号采样模块21包括三个采样端口，可分别实现对v_a、v_c和(v_c-v_a)的测量，也可以只采集信号v_a、v_c，利用两个信号相减得到(v_c-v_a)，信号采样模块21在不同对信号进行采样后，将信号发送到预处理模块22，由预处理模块22进行放大、滤波等处理，然后再由AD转换模块23对信号进行AD转换，并将转换后的结果发送到信号处理模块24，信号处理模块24获取各个信号的幅度信息，并根据该幅度信息计算各个信号之间的相位差。 

利用信号的幅度信息计算各个信号的相位差的具体步骤包括，被测网络可以被认为由RC等元件组成，如图7所示，图7为本发明具体实施例的矢量关系图，三个矢量分别表示信号v_a、v_c和(v_c-v_a)，对这三个矢量仍使用v_a、v_c和(v_c-v_a)表示，矢量(v_c-v_a)为矢量v_a和矢量v_c的差，矢量的大小等于各个信号的幅度值。图中α为矢量v_a和v_c的夹角，β为矢量v_c和(v_c-v_a)的夹角，α+β为矢量v_a和(v_c-v_a)之间的夹角，也等于信号v_a和(v_c-v_a)之间的相位差。如图由余弦定理可以计算出： 

cosα＝(|v_c|²+|v_a|²-|v_c-v_a|²)/(2*|v_c|*|v_a|) 

cosβ＝(|v_c-v_a|²+|v_c|²-|va|²)/(2*|v_c-v_a|*|v_c|) 

根据α和β的角度范围，可以计算出sinα和sinβ。并可进一步得出：

sin(α+β)＝sinα*cosβ+cosα*sinβ 

cos(α+β)＝cosα*cosβ-sinα*sinβ 

其中α+β为信号v_a和(v_c-v_a)之间的相位差，由此可以计算出Z₁₁数为： 

$Z_{11}=R_1*\frac{\left|v_a\right|}{|v_c-v_a|}*(\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})+j*\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β}))$

对于Z₂₁的测试，信号之间的相位差也可以通过上述的方法计算得出。 

在上述的具体实施例中，由一个采样通道完成了对信号的多个信号采集，对采集到的信号只需保留其幅度信息，然后通过建立各个信号对应矢量的矢量关系图，求解矢量之间的角度便可得出信号的相位差。该技术方案中减少了信号采样通道数，降低了装置的硬件密度，能够避免通道耦合而导致的系统性能降低，并且消除了不同采样通道的传输特性不同引起的误差，可以省去测试校准的环节，简化了信号相位差测量的流程。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种信号相位差测量方法，其特征在于，包括：

将需要采样的各个信号分时接入到一个采样通道，依次对每一个接入信号进行采样，采样的信号包括信号v_a、v_c和(v_c-v_a)，获取所述接入信号的幅度信息；

根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；

利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。

2.根据权利要求1所述的信号相位差测量方法，其特征在于，所述依次对每一个接入信号进行采样之后还包括：

对采样到的信号进行放大、滤波预处理。

3.根据权利要求1所述的信号相位差测量方法，其特征在于，所述获取接入信号的幅度信息包括：

对采样到的信号进行AD转换，从AD转换后的信号中获取所述采样到的信号的幅度信息。

4.一种信号相位差测量装置，其特征在于，包括：

采样模块，所述采样模块包括至少一个用于对两个以上的信号进行采样的采样通道，用于将需要采样的各个信号分时接入到一个所述采样通道，依次对每一个接入信号进行采样，采样的信号包括信号v_a、v_c和(v_c-v_a)；

幅度信息获取模块，用于获取采样到的信号的幅度信息；

计算模块，用于根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。

5.根据权利要求4所述的信号相位差测量装置，其特征在于，所述采样模块包括：

接入控制单元，用于将需要测量的信号分时接入到一个所述采样通道；

信号采样单元，用于依次对每一个接入信号进行采样；

预处理单元，用于对采样到的信号进行放大、滤波预处理。

6.根据权利要求5所述的信号相位差测量装置，其特征在于，所述采样模块还包括：

AD转换单元，用于对采样到的信号进行AD转换；

所述幅度信息获取模块从AD转换后的信号中获取采样到的信号的幅度信息。

7.根据权利要求4、5或6所述的信号相位差测量装置，其特征在于，所述计算模块包括：

矢量关系图建立单元，用于根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；

解析单元，用于利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。

8.一种信号相位差测量系统，其特征在于，包括：

传输网络，所述传输网络承载有两个以上的待测量信号；

信号相位差测量装置，所述信号相位差测量装置包括：

采样模块，所述采样模块包括至少一个用于对两个以上的信号进行采样的采样通道，用于将需要采样的各个信号分时接入到一个所述采样通道，依次对每一个接入信号进行采样，采样的信号包括信号v_a、v_c和(v_c-v_a)；

幅度信息获取模块，用于获取采样到的信号的幅度信息；

计算模块，用于根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。

9.根据权利要求8所述的信号相位差测量系统，其特征在于，所述传输网络为稳态网络。

10.根据权利要求8或9所述的信号相位差测量系统，其特征在于，所述采样模块包括：

接入控制单元，用于将需要测量的信号分时接入到同一个所述采样通道；

信号采样单元，用于信号进行采样；

预处理单元，用于对采样到的信号进行放大、滤波预处理。

11.根据权利要求10所述的信号相位差测量系统，其特征在于，所述采样模块还包括：

AD转换单元，用于对采样到的信号进行AD转换；

所述幅度信息获取模块从AD转换后的信号中获取采样到的信号的幅度信息。

12.根据权利要求8或9所述的信号相位差测量系统，其特征在于，所述计算模块包括：

矢量关系图建立单元，用于根据所述信号的幅度信息建立各个信号对应矢量的矢量关系图；

解析单元，用于利用余弦定理计算出矢量关系图中各个信号对应的矢量之间的夹角，所述夹角的值即为相邻两个矢量对应的信号之间的相位差。

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