CN104185271B - 一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法。在同一参考信号源下,无源互调基准信号源产生无源互调分量参考信号,两路可控相干射频信号源经放大合路后注入待测器件,待测器件产生无源互调信号;通过相位比较器得无源互调信号的相位,计算得信号幅度值;线性增大输入功率,从而获得新的触发阈值;输入总功率设为触发阈值,并改变其中一输入频率;等间隔改变其中一输入频率,获得多组数据合成复信号形式,对各组波矢进行空间傅里叶变换,通过空间域离散频点串得到其发生点的定位信息。本发明有效解决相位调制周期性带来的距离模糊问题,采取线性调幅与调频,空间域的傅里叶变换的方法实现待测器件的无源互调发生点的识别与定位。

Description

一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法
技术领域
本发明涉及一种无源互调的识别和定位方法,尤其是涉及一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法。
背景技术
随着我国无线通信技术的持续快速发展,大功率容量、宽频带、多载波技术已经成为未来先进通信系统的唯一选择。在大功率多通道通信系统中(例如卫星通信系统和移动通信网络),由于大功率发射机和高灵敏度接收机处于有限空间,结果产生一种必须加以抑制的干扰源——无源互调(PIM),它是由两个或两个以上发射载波在无源器件中相遇时产生的基本信号频率的线性组合产物落入接收通带内形成的。在现代通信系统中,接收机的灵敏度很高,所以即使存在微弱的PIM产物,都足以影响整个通信系统的正常工作,严重时可使整个系统处于瘫痪状态。
在实际应用中,尤其在复杂的星载环境中,受到电,热,力的综合性影响,PIM信号发生点往往不止一个。在此条件下,则需要考虑同时存在多个PIM发生点时、每个PIM发生点的识别和定位方法。
发明内容
本发明目的在于提出一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法。本发明方法采取线性调幅与调频,空间域的傅里叶变换的方法实现待测器件的无源互调点识别和定位,有效解决相位调制周期性带来的距离模糊问题,实现复杂实际系统中的PIM识别和定位。
本发明采用的技术方案包括以下步骤:
1)两路可控相干射频信号源和一路无源互调基准信号源共用同一参考信号源,两路可控相干射频信号源分别产生单频的可控相干射频信号作为发射端,频率分别为f1、f2,两路可控相干射频信号源发射的信号经放大合路后注入待测器件;当注入后的两路信号总功率大于触发阈值时,从而激励产生无源互调信号;无源互调基准信号源产生无源互调分量参考信号,无源互调分量参考信号的频率为f3=αf1+βf2,α、β为第一、第二待测无源互调信号的阶数参数;
2)在接收端,无源互调信号与无源互调分量参考信号分别经无源互调信号滤波器滤波后使得滤波后的频率与无源互调分量参考信号的频率相同,并进行相位比较,通过相比较后得到的相位差计算得到无源互调信号距离待测器件出射端口的相位φ,并经过功率计或频谱仪测量获得无源互调信号幅度值A;
3)线性增大两路可控相干射频信号的功率,在不同功率下通过得到的无源互调信号的相位φ的变化判断是否产生新的无源互调信号,从而获得新的无源互调信号下的触发阈值;
4)将两路可控相干射频信号的总功率设定为新的无源互调信号的触发阈值中任意需要被测量的触发阈值,并改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率,保持第一、第二待测无源互调信号的阶数参数α、β不变,两路可控相干射频信号经待测器件后,再通过改变无源互调信号滤波器使得滤波后得到的新的无源互调信号和新的无源互调分量参考信号频率相同;
5)重复以上步骤,等间隔改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,获得多组无源互调信号的幅度值An和相位值φn,然后合成复信号形式采取无源互调信号的复信号对各组无源互调信号的频率下对应的波矢k进行空间傅里叶变换,得到空间域离散频点串,从而得到无源互调发生点的定位信息。
所述的步骤1)中两路可控相干射频信号源产生的两路可控相干射频信号的频率不相同。
所述的步骤5)中等间隔改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,使其对应的无源互调信号的波矢k的间隔Δk满足L为待测器件长度,xmax为距入射端口最远的无源互调发生点位置。
所述的步骤5)中,通过所述空间域离散频点串中的空间域频点值得到各个无源互调发生点的位置,通过空间域离散频点串中的空间域幅度值得到各个无源互调发生点的幅度值。
所述的步骤5)中,获得多组无源互调信号的幅度值An和相位值φn的样本数一般为复信号的2个周期以上。
本发明具有的有益效果是:
(1)采取线性调幅与调频,空间域的傅里叶变换的方法实现待测器件的无源互调点识别和定位,可获得在特定发生功率阈值条件下,无源互调发生点的幅度值和位置信息。
(2)有效解决相位调制周期性带来的距离模糊问题,可实现复杂实际系统中的PIM识别和定位。
附图说明
图1是本发明方法的逻辑流程图。
图2是本发明方法所采用的幅度相位测量系统的结构示意图。
图3是本发明中消除相互模糊的空间采样与信号重建方法流程的示意图。
图4是本发明实施例多个PIM点的仿真演示结果示意图。
图5是本发明实施例多个PIM点的仿真演示结果示意图。
图6是本发明实施例多个PIM点的仿真演示结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图,具体阐述本发明的工作原理和实施方式:
如图1所示,本发明包括以下步骤:
1)两路可控相干射频信号源和一路无源互调基准信号源共用同一参考信号源,两路可控相干射频信号源分别产生单频的可控相干射频信号作为发射端,频率分别为f1、f2,两路可控相干射频信号源发射的信号经放大合路后注入待测器件;当注入后的两路信号总功率大于待测器件的触发阈值时,从而激励产生无源互调信号;无源互调基准信号源产生无源互调分量参考信号,无源互调分量参考信号的频率为f3=αf1+βf2,α、β为第一、第二待测无源互调信号的阶数参数。
2)在接收端,无源互调信号与无源互调分量参考信号分别经无源互调信号滤波器滤波后使得滤波后的频率与无源互调分量参考信号的频率相同,并进行相位比较,通过相位比较后得到的相位差计算得到无源互调信号距离待测器件出射端口的相位φ,同时使用功率计或频谱仪测量得到无源互调信号幅度值A。
3)线性增大两路可控相干射频信号的功率,在不同功率下通过得到的无源互调信号的相位φ的变化判断是否产生新的无源互调信号,从而获得新的无源互调信号下的触发阈值,由此进行无源互调发生点的识别。
4)将两路可控相干射频信号的总功率设定为新的无源互调信号的触发阈值中任意需要被测量的触发阈值,并改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率,保持第一、第二待测无源互调信号的阶数参数α、β不变,两路可控相干射频信号经待测器件后,再通过改变无源互调信号滤波器使得滤波后得到的新的无源互调信号和新的无源互调分量参考信号频率相同。
5)重复以上步骤,等间隔线性改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,从而获得多组无源互调信号的幅度值An和相位值φn,然后合成复信号形式采取无源互调信号的复信号对各组无源互调信号的频率下对应的波矢k进行空间傅里叶变换,得到空间域离散频点串,通过空间域离散频点串得到无源互调发生点的定位信息,由此完成无源互调发生点的定位。
步骤1)中两路可控相干射频信号源产生的两路可控相干射频信号的频率不相同。
步骤5)中等间隔改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,使其对应的无源互调信号波矢k的间隔Δk满足L为待测器件长度,xmax为距入射端口最远的无源互调发生点位置。
步骤5)中,通过所述空间域离散频点串中的空间域频点值得到各个无源互调信号发生点的位置,通过空间域离散频点串中的空间域幅度值得到各个无源互调信号发生点的幅度值。
步骤3)中,两路可控相干射频信号的功率采用等间隔线性增大。
步骤5)中,为保证恢复精度,获得多组无源互调信号的幅度值An和相位值φn的样本数一般为复信号的2个周期以上。
如图2所示,本发明方法可采用的幅度相位测量系统具体为:
两路可控相干射频信号源和一路无源互调基准信号源共用同一参考信号源,两路可控相干射频信号源分别产生单频的可控相干射频信号作为发射端,设可控相干射频信号源1、可控相干射频信号源2输出信号的频率分别为f1和f2,初始相位分别为两路可控相干射频信号源发射的信号经放大合路后注入待测器件,当注入后的两路信号总功率大于待测器件的触发阈值时,从而激励产生无源互调信号;
无源互调基准信号源产生无源互调分量参考信号,无源互调分量参考信号的频率为f3=αf1+βf2,α、β为第一、第二待测无源互调信号的阶数参数,初始相位为在接收端,无源互调信号与无源互调分量参考信号分别经无源互调信号滤波器滤波后使得滤波后的频率与无源互调分量参考信号的频率相同,并进行相位比较,通过相比较后得到的相位差,反推计算得到PIM信号距离出射端口的相位φ为:
其中,为无源互调信号与无源互调分量参考信号比较后得到的相位差,取φ∈[0,2π];分别为可控相干射频信号源1、可控相干射频信号源2输出信号初始相位,为无源互调分量参考信号初始相位;为可控相干射频信号源1、可控相干射频信号源2的链路相位延时对PIM信号产生的附加相移;为无源互调分量参考信号链路相位。
PIM信号经无源互调滤波器滤波后接入功率计或频谱仪测量获得信号功率幅度值A,综合无源互调信号测量的幅度与相位值,合成复信号形式为Ae
如图1所示,通过本发明方法具体得到:
a)将两路可控相干射频信号的总功率设定为新的无源互调信号的触发阈值中任意需要被测量的触发阈值,等间隔线性改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,从而获得多组PIM信号的幅度值An和相位值φn,然后合成复信号形式从而可以得到公式如下:
其中,m,n分别为PIM信号发生点个数和PIM信号的样本组数;am表示第m个无源互调发生点产生的PIM信号的幅度值;表示在第n个改变的可控相干射频信号源频率下,第m个无源互调发生点所产生的PIM信号距离入射端口的相位差;An和φn分别表示在第n个改变的可控相干射频信号源频率下,测量得到的PIM信号总的幅度值和相位值。
方程左侧代表在设定的无源互调信号需要被测量的触发阈值下,不同的无源互调发生点产生的幅度值和相位值合成的复数形式的和信号,方程右侧对应代表同在设定的无源互调信号需要被测量的触发阈值下,使用本发明测量得到的PIM信号的幅度值和相位值合成的复数信号形式。
b)采取无源互调信号的复信号序列对各组无源互调信号的频率f3=αf1+βf2下对应的波矢k进行空间傅里叶变换,得到空间域离散频点串,通过空间域离散频点串得到无源互调发生点的定位信息。
c)对应的无源互调信号波矢k的间隔Δk满足L为待测器件长度,xmax为距入射端口最远的无源互调发生点位置;得PIM信号的幅度值An和相位值φn的样本组数一般为复信号的2个周期以上,从而实现相位模糊度的消除和频谱恢复的精确度。
如附图3所示,本发明中消除相互模糊的空间采样与信号重建方法流程结构图,具体为:
根据奈奎斯特采样定理,对于一个带宽为ωM的带限信号采样,其采样频率ωS必须满足ωS≥2ωM,才能准确恢复精确的频谱,否则其频谱会发生重叠。等间隔线性改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,即改变无源互调信号频率αf1+βf2对应的PIM信号的波矢k值的过程,设无源互调复信号为s(k)。则改变可控相干射频信号源频率,即改变PIM信号的频率f3=αf1+βf2下对应的波矢k,得到PIM信号的幅度值An和相位值φn合成的复信号s(k),可以看作以下公式对无源互调信号的波矢k值的采样过程:
其中,am表示第m个无源互调发生点产生的PIM信号的幅度值;表示在第n个改变的可控相干射频信号源频率下,第m个无源互调发生点所产生的PIM信号距离入射端口的相位差;An和φn分别表示在第n个改变的可控相干射频信号源频率下,测量得到的PIM信号的幅度值和相位值;kn表示第n个改变的可控相干射频信号源频率对应的PIM信号的波矢;xm表示第m个无源互调发生点所产生的距离入射端口的位置。
显然,无源互调复信号s(k)在经过傅里叶变换得到的频谱为一系列的冲激串,其横坐标值分别为x1,x2,x3,x4,...xn,即为无源互调发生点的位置信息。为满足奈奎斯特采样定理,对应的PIM信号波矢k的间隔Δk满足L为待测器件长度,xmax为距入射端口最远的无源互调发生点位置。
通过样本信号得到原信号频谱,首先需要进行信号重建的预处理。用样本来重建某一连续时间(某一变量)函数的过程,就是内插。
假设低通滤波器的单位冲激响应为h(k),信号输出为sr(k),根据信号重建系统可以得到以下公式:
其中,sp(k)由无源互调复信号s(k)经过脉冲串转换得到,即为以下公式
对于无限长的信号,想要重建某一时刻的值,就必须知道该时刻以前和将来的所有样本值,这是很难做到的,在实际中,一般是截取h(k)的一段用于对信号的重建估算。通过本发明获得空间采样的PIM信号样本序列,并对其进行样本重建得到以下公式:
ΔkM<Δkc<Δk-ΔkM
其中,ΔkM为PIM信号的空间截止频率,Δkc为理想低通滤波器频率,K为采样样本数,T为sinc函数幅度值,i为采样样本的序数。
采取PIM信号的复信号序列的重建信号sr(k)对PIM信号的波矢k进行空间傅里叶变换,得到空间域离散频点串,通过空间域离散频点串得到无源互调发生点的定位信息。
对应的PIM信号波矢k的间隔Δk满足L为待测器件长度,xmax为距入射端口最远的无源互调发生点位置;得PIM信号的幅度值An和相位值φn的样本组数一般为无源互调复信号的2个周期以上,从而实现相位模糊度的消除和频谱恢复的精确度。
本发明的实施例如下:
实施例的仿真演示结果如图4~图6所示。在长度为1m的矩形波导腔中,设定存在9个无源互调发生点,其位置分别距离波导入射端口为0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m。
根据奈奎斯特采样定理,对于一个带宽为ωM的带限信号采样,其采样频率必须满足ωS≥2ωM,才能准确恢复精确的频谱,否则其频谱会发生重叠。等间隔线性改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,即改变无源互调信号频率αf1+βf2对应的PIM信号的波矢k值的过程,设无源互调复信号为s(k),即可以看作对无源互调信号的波矢k值的采样过程。为分析方便,设定s(k)为:
其中:
x1=0.1m,x2=0.2m,x3=0.3m,x4=0.4m,
x5=0.5m,x6=0.6m,x7=0.7m,x8=0.8m,x9=0.9m.
设Δk为采样间隔,K为采样样本数。取:
Δk=1/10,K=3000
如图4,得到的无源互调复信号为s(k)的样本值序列函数是一个周期性函数,本次样本数目大于无源互调复信号2个周期,其采样间隔倒数为10,远大于距入射端口最远的无源互调发生点位置的两倍,满足奈奎斯特采样定理。
在Matlab软件中做快速傅氏变换(FFT),可以看到附图5,通过所述空间域离散频点串中的空间域频点值得到各个无源互调信号发生点的位置,通过空间域离散频点串中的空间域幅度值得到各个无源互调信号发生点的幅度值。
附图6为附图5黑色虚线框局部放大图,可以看到,通过所述空间域离散频点串中的空间域频点值得到各个无源互调发生点的位置分别为0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m,与设计初始值相同。
由此可知,本发明可获得所有无源互调发生点的发生功率阈值条件、幅度值和位置信息,并且由于合成的复数信号的周期性,可以有效解决相位调制周期性带来的距离模糊问题。
上述具体实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法,其特征在于:
1)两路可控相干射频信号源和一路无源互调基准信号源共用同一参考信号源,两路可控相干射频信号源分别产生单频的可控相干射频信号作为发射端,频率分别为f1、f2,两路可控相干射频信号源发射的信号经放大合路后注入待测器件;当注入后的两路信号总功率大于触发阈值时,从而激励产生无源互调信号;无源互调基准信号源产生无源互调分量参考信号,无源互调分量参考信号的频率为f3=αf1+βf2,α、β为第一、第二待测无源互调信号的阶数参数;
2)在接收端,无源互调信号与无源互调分量参考信号分别经无源互调信号滤波器滤波后使得滤波后的频率与无源互调分量参考信号的频率相同,并进行相位比较,通过相比较后得到的相位差计算得到无源互调信号距离待测器件出射端口的相位φ,并经过功率计或频谱仪测量获得无源互调信号幅度值A;
无源互调信号距离出射端口的相位φ计算公式为:
其中,为无源互调信号与无源互调分量参考信号比较后得到的相位差,取φ∈[0,2π];分别为可控相干射频信号源、可控相干射频信号源输出信号初始相位,为无源互调分量参考信号初始相位;为可控相干射频信号源、可控相干射频信号源的链路相位延时对PIM信号产生的附加相移;为无源互调分量参考信号链路相位;
3)线性增大两路可控相干射频信号的功率,在不同功率下通过得到的无源互调信号的相位φ的变化判断是否产生新的无源互调信号,从而获得新的无源互调信号下的触发阈值;
4)将两路可控相干射频信号的总功率设定为新的无源互调信号的触发阈值中任意需要被测量的触发阈值,并改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率,保持第一、第二待测无源互调信号的阶数参数α、β不变,两路可控相干射频信号经待测器件后,再通过改变无源互调信号滤波器使得滤波后得到的新的无源互调信号和新的无源互调分量参考信号频率相同;
5)重复以上步骤,等间隔改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,获得多组无源互调信号的幅度值An和相位值φn,然后合成复信号形式采取无源互调信号的复信号对各组无源互调信号的频率下对应的波矢k进行空间傅里叶变换,得到空间域离散频点串,从而得到无源互调发生点的定位信息。
2.根据权利要求1所述的一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法,其特征在于:所述的步骤1)中两路可控相干射频信号源产生的两路可控相干射频信号的频率不相同。
3.根据权利要求1所述的一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法,其特征在于:所述的步骤5)中等间隔改变两路可控相干射频信号其中任意一路的频率值,使其对应的无源互调信号的波矢k的间隔Δk满足L为待测器件长度,xmax为距入射端口最远的无源互调发生点位置。
4.根据权利要求1所述的一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法,其特征在于:所述的步骤5)中,通过所述空间域离散频点串中的空间域频点值得到各个无源互调发生点的位置,通过空间域离散频点串中的空间域幅度值得到各个无源互调发生点的幅度值。
5.根据权利要求1所述的一种针对于多个无源互调发生点的识别和定位方法,其特征在于:所述的步骤5)中,获得多组无源互调信号的幅度值An和相位值φn的样本数一般为复信号的2个周期以上。
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