CN104090253B - 一种基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，首先对测得的待定标校准件的端口数据即反射系数进行预处理；然后，经过预处理的数据经由本发明设计的低通滤波器滤波，滤除其中的噪声；最后，将滤波处理后的定标数据进行还原处理。本发明基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，可以有效抑制定标数据中的噪声，从而提高基于数据模型校准件定标方法的定标精度，改善定标效果。

Description

一种基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法。

背景技术

矢量网络分析仪校准，就是将导致系统误差的非理想因素进行数学抽象，建立描述系统误差的数学模型，依据特定的校准方法，通过测量特性已知的校准件，确定出误差模型中的参数。在此基础上，修正测量结果，消除或减少系统误差对测量结果的影响。开、短路器是矢量网络分析仪最为常用的校准件。为保证校准精度，需要精确知道这些校准件的特性。为此，需要对校准件进行精确定标。

校准件定标方法可以分为两大类，一类为基于参数模型的定标方法，另一类为基于数据模型的定标方法。前者定标过程中需要拟合处理，会引入拟合误差，特别是定标频带比较宽时，拟合误差将严重影响定标精度。基于数据模型的定标方法是近两年新出现的一种校准件定标技术，它的基本特点是直接以包含S参数、频率等参数的数据文件形式定义校准件，无需数据拟合。因此，基于数据模型的定标技术避免了传统定标方法中的拟合误差问题，这一特征使得该技术在校准件定标问题中具有显著的优势。

然而，基于数据模型的定标方法也有不足，即易受一些噪声或干扰的影响。校准件定标过程中，需要使用高精度的矢量网络分析仪测量出校准件的端口特性。虽然进行测量之前，都先对这些高精度的矢量网络分析仪进行了仔细的校准，但矢量网络分析仪校准只能消除系统测量误差，对于矢量网络分析仪的系统噪声、开关及连接器的重复性等这类具有不可重复性的随机误差无能为力。因此，获得的描述校准件端口特性的测量数据中不可避免地混有各种噪声和干扰，不妨把这些噪声和干扰统称为噪声。在基于参数模型的定标方法中，数据拟合可以有效抑制这些噪声。然而，基于数据模型的定标方法中，由于没有数据拟合处理，这些噪声将一直存在于校准件的定标数据之中，这些噪声的存在限制了基于数据模型方法的定标精度。

与传统的校准件定标方法比较，基于数据模型的定标方法无拟合误差问题，可以有效提高定标精度。但基于数据模型的定标方法易受噪声的影响，得到的校准件定标数据中混有噪声，定标精度受到限制。

基于数据模型的校准件定标方法中，目前没有相应的噪声处理方法。

发明内容

本发明提出一种基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，解决的技术问题，就是基于数据模型的校准件定标数据中噪声和干扰的抑制与消除。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，包括以下步骤：

步骤(a)，利用矢量网络分析仪测得待定标的开路器或短路器的反射系数，将所述反射系数的相位参考面由测量端口移至开路器的开路面或短路器的短路面处：

$\mathrm{\Γ}={\mathrm{\Γ}}_0{e}^{{j2\mathrm{\β}}_{0}L}---\left(1\right)$

式中，L为开路器或短路器偏移传输线的长度，β₀为偏移传输线的相位常数，Г₀为开路器或短路器测量端口处的反射系数，Г为相位参考面移至开路器的开路面或短路器的短路面处的反射系数；

步骤(b)，由测得的不同频率点的反射系数得到反射系数的模值和相位两个实数离散序列，将两个序列统一记为序列：其中，M为测量频点总数，n代表第n个测量频点；

步骤(c)，设计低通滤波器分别对模值序列和相位序列滤波；

步骤(d)，经滤波处理后的模值序列和相位序列再利用(2)式变换回反射系数的复数形式；

步骤(e)，经由下式处理：

${\mathrm{\Γ}}_0={\mathrm{\Γe}}^{{-j2\mathrm{\β}}_{0}L}---\left(4\right)$

将反射系数相位参考面由开路器的开路面或短路器的短路面还原到校准件的端口面上。

可选地，在进行步骤(b)之前，将所述反射系数Г表示为模值/相位形式：

Г＝|Г|e^jθ (2)。

可选地，在步骤(c)中，通过数据处理算法实现所述低通滤波器。

可选地，设计如下的数据处理算法，实现所述低通滤波器：

$y\left(n\right)=\underset{i=-m}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{i}x(n-i)---\left(3\right)$

式中，x(n)为滤波器输入信号，y(n)为滤波器输出信号，m、w_i为可调参数。

可选地，M取2时，w_i取

可选地，M取3时，w_i取

本发明的有益效果是：

(1)可以有效抑制定标数据中的噪声；

(2)提高基于数据模型校准件定标方法的定标精度，改善定标效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

校准件作为矢量网络分析仪校准标准，需要对其严格定标。校准件定标方法可以分为两大类：基于参数模型的定标方法和基于数据模型的定标方法。由于基于参数模型的定标方法会引入拟合误差，因此基于数据模型的定标方法是目前应用较多的一种方法。但基于数据模型定标方法其最终的定标数据中会混杂一些噪声和干扰等，这些噪声和干扰会通过矢量网络分析仪校准进行传递，影响矢量网络分析仪的测量精度和测量效果。

为抑制校准件定标数据中的噪声，本发明基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法首先对测得的待定标校准件的端口数据即反射系数进行预处理；然后，经过预处理的数据经由本发明设计的低通滤波器滤波，滤除其中的噪声；最后，将滤波处理后的定标数据进行还原处理。开路器和短路器是矢量网络分析仪最常用的校准件，下面以开路器和短路器为例说明本发明校准件定标数据中噪声的具体处理方法。

如图1所示，本发明基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，包括以下步骤：

步骤(a)，首先利用高精度的矢量网络分析仪测得待定标的开路器或短路器的反射系数，即S₁₁参数，上述反射系数的相位参考面为校准件的测量端口，校准件一般为偏移校准件，即其前端连接有一段固定长度的传输线，这一段固定长度的传输线使得校准件在测量端口处的反射系数通常存在相位模糊问题，为便于后面的噪声处理，先将上述反射系数的相位参考面由测量端口移至开路器的开路面或短路器的短路面处：

$\mathrm{\Γ}={\mathrm{\Γ}}_0{e}^{{j2\mathrm{\β}}_{0}L}---\left(1\right)$

式中，L为开路器或短路器偏移传输线的长度，β₀为偏移传输线的相位常数，Г₀为开路器或短路器测量端口处的反射系数，Г为相位参考面移至开路器的开路面或短路器的短路面处的反射系数。经上述处理后，校准件反射系数不再存在相位模糊问题。

反射系数为复数，为便于后面的处理，将反射系数Г表示为模值/相位形式：

Г＝|Г|e^jθ (2)

步骤(b)，由测得的不同频率点的反射系数可得到反射系数的模值和相位两个实数离散序列，将上述两个序列统一记为序列：其中，M为测量频点总数，n代表第n个测量频点。

上述模值和相位两个序列中，除了分别包含反射系数的模值和相位信息，还都混有噪声。实际测量与分析发现，这些噪声通常表现为毛刺这类快速变化量，而反射系数的模值和相位随n的变化相对缓慢。

因此，接下来，步骤(c)，设计适当的低通滤波器分别对模值和相位序列滤波，可滤除噪声这类快变化信号，而不会影响模值、相位这类正常的慢变化信号。实际处理时，通过适当的数据处理算法完成相应的低通滤波器功能。

设计如下的数据处理算法，可等效实现上述低通滤波器的功能：

$y\left(n\right)=\underset{i=-m}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{i}x(n-i)---\left(3\right)$

式中，x(n)为滤波器输入信号，y(n)为滤波器输出信号。m、w_i为可调参数，调整m、w_i可改变上述滤波器的滤波特性，以满足具体要求。通常m可取2或3。M取2时，w_i通常取M取3时，w_i通常取将模值序列信号和相位序列信号分别经上述算法处理，可以有效滤除其中的噪声。该数据处理算法实现方便，并且可以灵活地改变等效低通滤波器的特性，以满足不同需求。

步骤(d)，经滤波处理后的模值序列和相位序列再利用(2)式变换回反射系数的复数形式。

步骤(e)，最后经由下式处理：

${\mathrm{\Γ}}_0={\mathrm{\Γe}}^{{-j2\mathrm{\β}}_{0}L}---\left(4\right)$

则反射系数相位参考面由开路器的开路面或短路器的短路面又还原到校准件的端口面上，至此便完成了基于数据型校准件定标数据中噪声的处理。

本发明基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，可以有效抑制定标数据中的噪声，从而提高基于数据模型校准件定标方法的定标精度，改善定标效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(a)，利用矢量网络分析仪测得待定标的开路器或短路器的反射系数，将所述反射系数的相位参考面由测量端口移至开路器的开路面或短路器的短路面处：

$\mathrm{\Γ}={\mathrm{\Γ}}_0{e}^{j2{\mathrm{\β}}_{0}L}---\left(1\right)$

式中，L为开路器或短路器偏移传输线的长度，β₀为偏移传输线的相位常数，Γ₀为开路器或短路器测量端口处的反射系数，Γ为相位参考面移至开路器的开路面或短路器的短路面处的反射系数；

在进行步骤(b)之前，将所述反射系数Γ表示为模值/相位形式：

Γ＝|Γ|e^jθ (2)

步骤(b)，由测得的不同频率点的反射系数得到反射系数的模值和相位两个实数离散序列，将两个序列统一记为序列：其中，M为测量频点总数，n为第n个测量频点；

步骤(c)，设计低通滤波器分别对模值序列和相位序列滤波；

步骤(d)，经滤波处理后的模值序列和相位序列再利用(2)式变换回反射系数的复数形式；

步骤(e)，经由下式处理：

${\mathrm{\Γ}}_0={\mathrm{\Γe}}^{-j2{\mathrm{\β}}_{0}L}---\left(4\right)$

将反射系数相位参考面由开路器的开路面或短路器的短路面还原到校准件的测量端口上。

2.如权利要求1所述的基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，其特征在于，在步骤(c)中，通过数据处理算法实现所述低通滤波器。

3.如权利要求2所述的基于数据模型的校准件定标数据中噪声的处理方法，其特征在于，设计如下的数据处理算法，实现所述低通滤波器：

$y\left(n\right)=\underset{i=-m}{\overset{m}{\Σ}}{w}_{i}x(n-i)---\left(3\right)$

式中，x(n)为滤波器输入信号，y(n)为滤波器输出信号，m、w_i为可调参数；

m取2时，w_i取

m取3时，w_i取