CN105277801B - 一种测量调制脉冲参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量调制脉冲参数的方法，采用如下步骤：测量系统的硬件射频采样速率大于被测信号的载波频率f_c；对所述被测信号的波形序列数据求绝对值；设定所述被测信号的载波周期为Tc,采样器的采样周期为Ts，计算局部求峰值的点数N_p，求取包络波形；包络波形作数字低通滤波；若经过低通滤波后的波形中含有多个脉冲，则进行以下处理：<1>找出平顶脉冲顶部幅度的中位值；<2>逐个获取单个脉冲；<3>从单个脉冲中切分上升沿部分和下降沿部分；对切分得到的所述上升沿部分和所述下降沿部分进行处理，求取上升时间、下降时间、脉冲宽度等参量。本发明的测量调制脉冲参数的方法能够降低信号中的噪声干扰，检出的波形轮廓清晰，没有谐波分量，从而能够准确地测量出脉冲的相关参量。

Description

一种测量调制脉冲参数的方法

技术领域

本发明涉及一种测量调制脉冲参数的方法，属于测量领域。

技术背景

传统上测量已调射频脉冲参数，如上升时间、下降时间等，主要依靠检波器将射频脉冲包络检出，进而使用示波器进行测量。但是检波器是一种非线性器件，在检波的同时引入了大量的谐波分量，导致检出的波形轮廓模糊，如图1所示，特别是如图2所示的局部放大图，对照图1可以看出其高次谐波分量的幅度可以达到基频分量的三分之一左右，这种现象将导致脉冲参数很难得到准确有效的测量。

实验证明，使用检波器测量调制脉冲信号的参数，在使用的检波器不同、采样率不同时，存在显著的测量结果不一致的现象。在实验中，我们使用射频调制信号发生器的基带波形设计功能，设计了具有不同上升沿和下降沿参数的射频脉冲，然后使用不同的检波器(简称为A型、B型)，示波器设置不同的采样率进行测量，同时为了对照还测量了基带未调脉冲的参数，产生的部分测量结果如表1～表3所示。

表1载波频率2GHz，脉冲上升沿和下降时间设计值均为100ns

表2载波频率2GHz，脉冲上升沿和下降时间设计值均为500ns

表3载波频率13.6MHz，脉冲上升沿和下降时间设计值均为500ns

显然，采用检波器的测量结果与设计值(预期值)差别较大，且同样的信号采用不同检波器、甚至是采用同一个检波器但是采样率不同时，测量结果差别也很显著。这说明传统的采用检波器的脉冲测量方法是不完善的，测量结果也是缺乏可信度的，为此，提出了本发明的方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种测量调制脉冲参数的方法。

一种测量调制脉冲参数的方法，包括以下步骤：

(1).测量系统的硬件射频采样速率大于被测信号的载波频率f_c；

(2).对所述被测信号的波形序列数据求绝对值；

(3).设定所述被测信号的载波周期为Tc,采样器的采样周期为Ts，通过(1)式计算局部求峰值的点数N_p,其中是向上取整数运算符：

从射频已调波形数据序列S_PF的第一个点开始，逐次取N_p个点的序列，然后求这N_p个点的极大值，第一段N_p个点的序列的极大值记做M_p1，下一段的极大值记做M_p2，再下一段的极大值记做M_p3，第n段的极大值记做M_pn,一直取到整个波形S_PF的结束，形成了一个新的序列S_P，从而得到包络波形；

(4).对所述包络波形作数字低通滤波，低通滤波器的带宽的初选值为B_p0，由

(2)式计算得到：

其中T_Erise和T_Efall分别是上升时间和下降时间的预期值，min()为求最小值函数，低通滤波器最终选择的带宽为B_p，由(3)式计算得到：

B_p＝min(B_p0,f_c) (3)；

(5).若经过低通滤波后的波形中含有多个脉冲，则进行以下处理：<1>找出平顶脉冲顶部幅度的中位值；<2>逐个获取单个脉冲；<3>从单个脉冲中切分上升沿部分和下降沿部分；

(6).对切分得到的所述上升沿部分和所述下降沿部分进行处理，求取上升时间、下降时间、脉冲宽度等参量；

进一步地，其中步骤(1)中的采样速率为所述被测信号的载波频率f_c的8倍以上；

进一步地，所述步骤(5)中的步骤<1>的具体操作为：先求出整个脉冲波形的幅度极大值A_max，然后找出波形中所有幅度大于k_maxA_max的点的幅度序列然后求该幅度序列的中位值，记做A_maxmedian，其中，K_max为小于1的系数；

进一步地，所述K_max取0.95；

进一步地，所述步骤(5)中的步骤<2>的具体操作为：在所述被测信号的波形序列中找出所有幅值大于k_mA_maxmedian的点，将这些点的位置形成各个群，群内各个位置数相邻，而后一个群的第一个位置数和前一个群的最后一个位置数是不连续的，存在差值，并且该差值等于脉冲宽度内的点数，利用该差值将各个群分离出来，从而得到单个脉冲，k_m为介于0到0.1之间的系数；

进一步地，所述k_m取0.05；

进一步地，所述步骤(6)中的所述上升时间取0.1A_peak到0.9A_peak，其中A_peak为脉冲峰值；

进一步地，所述采样器为数字示波器；

进一步地，当0.1A_peak和0.9A_peak这两个点不能准确定位时，先求k_LA_peak到k_HA_peak之间的时间t_rise0，其中k_L是一个介于0.1到0.5之间的常数，k_H是一个介于0.5到0.9之间的常数，然后利用式(4)估算0.1倍峰值到0.9倍峰值的上升时间t_rise：

进一步地，所述单个脉冲的脉冲参量包括下降时间、脉冲宽度。

采用上述技术方案，与传统的采用检波器检测相比，本发明具有以下的有益效果：本发明的测量调制脉冲参数的方法能够降低信号中的噪声干扰，检出的波形轮廓清晰，没有谐波分量，从而能够准确地测量出脉冲的相关参量。

附图说明

图1为现有技术已调射频脉冲经检波器检出信号波形；

图2为附图1椭圆圈出的局部放大图；

图3为本发明脉冲参量测量装置；

图4为本发明已调射频脉冲波形；

图5为本发明已调射频脉冲波形包络(基带信号)的检出；

图6为本发明直接数字检波后的波形图；

图7为图6椭圆标出的局部放大图；

图8为检波包络滤波后波形图；

图9为附图8的脉冲顶部局部放大图；

图10为切分后的单独脉冲图；

图11为切分后的上升沿部分和下降沿部分图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1-11所示，一种测量调制脉冲参数的方法，包括以下步骤：

(1).测量系统的硬件射频采样速率大于被测信号的载波频率f_c；

(2).对所述被测信号的波形序列数据求绝对值；

(3).设定所述被测信号的载波周期为Tc,采样器的采样周期为Ts，通过(1)式计算局部求峰值的点数N_p,其中是向上取整数运算符：

从射频已调波形数据序列S_PF的第一个点开始，逐次取N_p个点的序列，然后求这N_p个点的极大值，第一段N_p个点的序列的极大值记做M_p1，下一段的极大值记做M_p2，再下一段的极大值记做M_p3，第n段的极大值记做M_pn,一直取到整个波形S_PF的结束，形成了一个新的序列S_P，从而得到包络波形，如表4所示。显然每两个相邻的M_p值的时间间隔是T_p＝N_pT_s。显然表4所述序列S_P的持续时间LT_P需要大于一个被测脉冲的周期。如图5所示，这种方法能够有效检测出射频已调脉冲的外围轮廓，即得到包络数据。

表4分段极大值序列S_p表

(4).直接检波得到的包络含有数字量化等原因造成的量化噪声，如图6和图7所示。这种噪声影响上升沿测试的准确度，甚至使得测量失效，为此要对所述包络波形作数字低通滤波，低通滤波器的带宽的初选值为B_p0，由(2)式计算得到：

其中T_Erise和T_Efall分别是上升时间和下降时间的预期值，min()为求最小值函数，低通滤波器最终选择的带宽为B_p，由(3)式计算得到：

B_p＝min(B_p0,f_c) (3)，

检波包络滤波后波形如图8所示，滤波后脉冲顶部局部放大图9所示，显然从时域波形看噪声已经得到有效抑制。

滤波器会造成上升时间和下降时间测量不确定度的增加，其贡献的不确定度分量是：

其中K是一个常数，较优地可以将K取为0.4。

(5).如果一个波形中含有多个脉冲，需要进行以下处理：(1)找出平顶脉冲顶部幅度的中位值。具体操作方法是先求出整个脉冲波形的幅度极大值A_max，然后找出波形中所有幅度大于k_maxA_max的点的幅度序列(k_max是一个接近1但是小于1的系数，较优地可以取0.95)，然后求该幅度序列的中位值，记做A_{max median}。(2)逐个截取单个脉冲。在原波形序序列中找出所有幅度大于k_mA_{max median}的点的位置(k_m是一个介于0到0.1之间的系数，较优地可以取0.05)，显然这些位置形成了如表5所示的结构，每个群代表一个单独的脉冲，群内各个位置数相邻，后一个群的第一个位置数和前一个群的最后一个位置数是不连续的，存在差值，并且该差值等于脉冲宽度内的点数，利用该差值将各个群分离出来，从而得到一个单独的脉冲，如图10所示。(3)从单独脉冲中切分上升沿部分和下降沿部分。具体做法是：求出单独脉冲最大值的位置，以该位置为界限，左边的是上升沿对应的部分，右边是下降沿对应的部分，如图11所示。

表5位置序列

(6).对切分得到的上升沿部分和下降沿部分进行处理，求取上升时间、下降时间、脉冲宽度等参量。单个脉冲数据的脉冲参量，包括但不限于：下降时间、脉冲宽度等。一般上升时间指0.1A_peak到0.9A_peak之间的时间，其中A_peak指脉冲峰值。在一些特殊情况下，由于脉冲底部和平坦顶部噪声的作用，0.1A_peak和0.9A_peak这两个点不一定能准确定位，在这种情况下下可以先求k_LA_peak到k_HA_peak之间的时间t_rise0，k_L是一个介于0.1到0.5之间的常数，如果有可能获得准确时间位置应该取得更接近0.1一些，k_H是一个介于0.5到0.9之间的常数，如果有可能获得准确时间位置应该取得更接近0.9一些。然后可以利用式(4)估算0.1倍峰值到0.9倍峰值的上升时间t_rise：

脉冲的下降时间可以用类似方法求得，其他的脉冲宽度等参量也可以基于图11所示的截断波形求得。

实施案例

利用图3的实验装置进行实验，得到若干组实验结果,如表6～表8表所示。显然本发明方法测量值和设计值、基带脉冲测量结果有很好的吻合度，比之表1～表2的检波器测量结果，可信度更高。

表6 2GHz载波频率，上升下降时间设计值为100ns的已调脉冲测量结果

表7 2GHz载波频率，上升下降时间设计值为300ns的已调脉冲测量结果

表8 2GHz载波频率，上升下降时间设计值为500ns的已调脉冲测量结果

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量调制脉冲参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1).测量系统的硬件射频采样速率大于被测信号的载波频率f_c；

(2).对所述被测信号的波形序列数据求绝对值；

(3).设定所述被测信号的载波周期为Tc,采样器的采样周期为Ts，通过(1)式计算局部求峰值的点数N_p,其中是向上取整数运算符：

从射频已调波形数据序列S_PF的第一个点开始，逐次取N_p个点的序列，然后求这N_p个点的极大值，第一段N_p个点的序列的极大值记做M_p1，下一段的极大值记做M_p2，再下一段的极大值记做M_p3，第n段的极大值记做M_pn,一直取到整个波形S_PF的结束，形成了一个新的序列S_P，从而得到包络波形；

(4).对所述包络波形作数字低通滤波，低通滤波器的带宽的初选值为B_p0，由(2)式计算得到：

其中T_Erise和T_Efall分别是上升时间和下降时间的预期值，min()为求最小值函数，低通滤波器最终选择的带宽为B_p，由(3)式计算得到：

B_p＝min(B_p0,f_c) (3)；

(5).若经过低通滤波后的波形中含有多个脉冲，则进行以下处理：<1>找出平顶脉冲顶部幅度的中位值；<2>逐个获取单个脉冲；<3>从单个脉冲中切分上升沿部分和下降沿部分；

(6).对切分得到的所述上升沿部分和所述下降沿部分进行处理，求取上升时间、下降时间、脉冲宽度参量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其中步骤(1)中的采样速率为所述被测信号的载波频率f_c的8倍以上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的步骤<1>的具体操作为：先求出整个脉冲波形的幅度极大值A_max，然后找出波形中所有幅度大于k_maxA_max的点的幅度序列，然后求该幅度序列的中位值，记做A_maxmedian，其中，K_max为小于1的系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述系数K_max取0.95。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的步骤<2>的具体操作为：在所述被测信号的波形序列中找出所有幅值大于k_mA_maxmedian的点，将这些点的位置形成各个群，群内各个位置数相邻，而后一个群的第一个位置数和前一个群的最后一个位置数是不连续的，存在差值，并且该差值等于脉冲宽度内的点数，利用该差值将各个群分离出来，从而得到单个脉冲，k_m为介于0到0.1之间的系数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述k_m取0.05。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(6)中的所述上升时间取0.1A_peak到0.9A_peak，其中A_peak为脉冲峰值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述采样器为数字示波器。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：当0.1A_peak和0.9A_peak这两个点不能准确定位时，先求k_LA_peak到k_HA_peak之间的时间t_rise0，其中k_L是一个介于0.1到0.5之间的常数，k_H是一个介于0.5到0.9之间的常数，然后利用式(4)估算0.1倍峰值到0.9倍峰值的上升时间t_rise：

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述单个脉冲的脉冲参量包括下降时间、脉冲宽度。