CN105891701A - 一种分数延时滤波器延时性能测试方法及其测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分数延时滤波器延时性能测试方法及其测试装置。该方法包括：提供相互之间存在一个延时精度值的两路测试信号；将两路测试信号分别送入延时值分别设置为零和延迟精度值的两个待测试分数延时滤波器中，并由此形成两路输出信号；比较两路输出信号：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；改变延时值为该延时精度值的整数倍数或改变两路测试信号的频率值，再重复以上步骤。本发明还公开应用该方法的分数延时滤波器延时性能测试装置、另一种分数延时滤波器延时性能测试方法及应用这另一种方法的分数延时滤波器延时性能测试装置。
Description
技术领域
本发明属于数字信号处理领域的一种延时性能测试方法及应用该延时性能测试方法的延时性能测试装置，具体涉及一种分数延时滤波器延时性能测试方法及应用该分数延时滤波器延时性能测试方法的分数延时滤波器延时性能测试装置。
背景技术
相控阵雷达具有敏捷的波束扫描和捷变能力，可实现多目标获取、跟踪等优点。宽带信号可以有效提高相控阵雷达的抗干扰能力，可以达到更高的测距精度和分辨率，有利于对目标进行成像、识别与分类。因此，宽带相控阵雷达技术是现代雷达技术发展的主要方向之一。
在阵列雷达系统中，由于电缆、模拟数字器件等组件的差异，宽带信号通过多路模拟通道的延时是不同的，传统的相位控制方法由于孔径渡越问题会导致接收波束的指向偏移及扫描不准，需要采用真实时间延时线来代替移相器。而模拟延迟线具有成本高、体积大、功耗大、稳定性差等缺点，制约着其在阵列雷达中的应用。因此在数字域上实现宽带信号的延时补偿对阵列雷达具有重要的意义。同时在数字域上实现延时补偿具有成本低、精度高、稳定性好等优点，有着良好的应用前景。分数延时滤波器由于其结构简单、延时变化快捷灵敏而受到较多的关注。对分数延时滤波器延时性能的有效测试，也会促进分数延时滤波器在数字阵列雷达中的应用，为宽带信号的数字波束形成提供技术基础。
发明内容
为满足对分数延时滤波器延时性能测试的需求，本发明解决的技术问题是提出一种分数延时滤波器延时性能测试方法及应用该分数延时滤波器延时性能测试方法的分数延时滤波器延时性能测试装置，实现对现有的分数延时滤波器延时性能进行测试与评估的需求，为分数延时滤波器在数字阵列雷达领域中的应用提供技术基础。
本发明的解决方案是：一种分数延时滤波器延时性能测试方法，其包括以下步骤：
第一步，提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，该测试信号一因与该测试信号二频率相同而初相不同故存在一个延时精度值；
第二步，将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；
第三步，将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
第四步，比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
第五步，改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能；
第六步，改变两路测试信号的频率值，使其频率值从零频覆盖到该待测试分数延时滤波器的最大通带值，重复第一步至第五步，评估不同测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
作为上述方案的进一步改进，在第一步中，利用cordic算法产生频率相同而初相不同的两路测试信号。
进一步地，通过对初相的调节，获取两路测试信号之间的延时精度值。
作为上述方案的进一步改进，第二步与第三步同步运行，该分数延时滤波器延时性能测试方法测试两个待测试分数延时滤波器：在第二步中，将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；而在第三步中，将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；则在后续步骤中评估相应两个待测试分数延时滤波器的延时性能，其中，在第五步中，改变两个待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数。
本发明还提供另一种分数延时滤波器延时性能测试方法，其包括以下步骤：
第一步，提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，两路测试信号为相互之间存在一个延时精度值的两路宽带线性调频信号；
第二步，将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；
第三步，将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
第四步，比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
第五步，改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一宽带线性调频信号不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
作为上述方案的进一步改进，第二步与第三步同步运行，该分数延时滤波器延时性能测试方法测试两个待测试分数延时滤波器：在第二步中，将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；而在第三步中，将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；则在后续步骤中评估相应两个待测试分数延时滤波器的延时性能，其中，在第五步中，改变两个待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数。
本发明还提供一种分数延时滤波器延时性能测试装置，其包括：
波形产生模块，其用于提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，该测试信号一因与该测试信号二频率相同而初相不同故存在一个延时精度值；
延时测试模块，其用于先将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；再将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
比较模块，其用于比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
延时值调整模块，其用于改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能；
频率值调整模块，其用于改变两路测试信号的频率值，使其频率值从零频覆盖到该待测试分数延时滤波器的最大通带值，重复第一步至第五步，评估不同测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
作为上述方案的进一步改进，该波形产生模块利用cordic算法产生频率相同而初相不同的两路测试信号。
进一步地，通过对初相的调节，获取两路测试信号之间的延时精度值。
作为上述方案的进一步改进，该延时测试模块包括同步运行的延时测试模块一和延时测试模块二，该分数延时滤波器延时性能测试装置测试两个待测试分数延时滤波器：延时测试模块一将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；延时测试模块二将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；延时值调整模块改变两个待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数。
本发明还提供另一种分数延时滤波器延时性能测试装置，其包括：
波形产生模块，其用于提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，两路测试信号为相互之间存在一个延时精度值的两路宽带线性调频信号；
延时测试模块，其用于先将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；再将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
比较模块，其用于比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
延时值调整模块，其用于改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一宽带线性调频信号不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
作为上述方案的进一步改进，该延时测试模块包括同步运行的延时测试模块一和延时测试模块二，该分数延时滤波器延时性能测试装置测试两个待测试分数延时滤波器：延时测试模块一将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；延时测试模块二将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；延时值调整模块改变两个待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数。
本发明能实现对现有的分数延时滤波器延时性能进行测试与评估的需求，为分数延时滤波器在数字阵列雷达领域中的应用提供技术基础，最为关键的是该方法易于在FPGA中实现，当然也可以用其他类似的求相关函数等方法来做为衡量该分数延时滤波器分数延时性能的指标。
附图说明
图1为本发明实施例1的分数延时滤波器延时性能测试方法的流程示意图。
图2为本发明实施例1的分数延时滤波器延时性能测试装置的结构示意图。
图3为本发明实施例2的分数延时滤波器延时性能测试方法的流程示意图。
图4为本发明实施例2的分数延时滤波器延时性能测试装置的结构示意图。
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。
实施例1
本发明的分数延时滤波器延时性能测试方法可以在FPGA中实现，直接体现硬件的分数延时性能。分数延时滤波器延时性能测试方法可以采用软件App的形式实现，设计成分数延时滤波器延时性能测试装置的方式，这样可以在具备智能控制的电子设备中方便的实现，另外，也可以烧录在控制芯片中。
请一并参阅图1及图2，本实施例的分数延时滤波器延时性能测试方法包括以下步骤，同时与之对应的分数延时滤波器延时性能测试装置包括波形产生模块1、延时测试模块、比较模块4、延时值调整模块5、频率值调整模块6。
第一步S11，提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，该测试信号一因与该测试信号二频率相同而初相不同故存在一个延时精度值。此步骤由波形产生模块1执行，根据待测分数延时滤波器所能达到的延时精度(或延时值)及产生的测试信号频率，计算出两路测试信号之间延时所带来的相位差。
因此，该波形产生模块利用cordic算法产生频率相同而初相不同的两路测试信号。通过对初相的精确调节，可以实现两路测试信号之间的精确延时。利用cordic算法产生频率相同，初相不同的两路测试信号，频率控制字和相位控制字的量化精度均可以达到32位以上，可以实现两路测试信号之间的精确的微小的延时，有利于对分数延时滤波器延时精度性能的测试。
第二步S12，将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零。此步骤由延时测试模块执行。
第三步S13，将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值。此步骤由延时测试模块执行。
延时测试模块先后分别将相应相位差及测试信号频率送入波形产生模块，产生两路具有特定频率和特定相对延时的测试信号。因此，两个测试模块将该两路测试信号送入待测分数延时滤波器模块进行延时滤波处理：将延时的测试信号送入延时值设置为零的分数延时滤波器，将未延时的测试信号送入延时值设置为延时精度值(或延时值)的分数延时滤波器。
第四步S14，比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估。此步骤由比较模块4执行，将分数延时滤波器输出的两路信号送入性能分析模块，在该模块中，直接简单的将两路延时滤波后的信号相减，根据差值情况来判断评估该分数延时滤波器的延时性能，也可以用复杂的相关函数方法来评估。
因此，比较模块4用来分析两路延时滤波后的数据，可以通过简单的差值计算来评估两路输出信号之间的差别。通过两路延时滤波后信号的差值来评估分数延时滤波器的延时性能，方法实现简单，效率高，可以直观的对分数延时滤波器延时性能进行准确的评估。
第五步S15，改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。此步骤由延时值调整模块5执行。
第六步S16，改变两路测试信号的频率值，使其频率值从零频覆盖到该待测试分数延时滤波器的最大通带值，重复第一步至第五步，评估不同测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。此步骤由频率值调整模块6执行。
该性能测试装置及方法可以在FPGA中实现，直接体现硬件的分数延时性能。两路测试信号可在FPGA中产生，可以有效去除外部信号源产生测试信号的延时不确定性、采样带来的不确定性以及系统噪声带来的不确定性。该测试过程可以对所有延时情况及通带内所有频率进行详细的测试，可以有效的全面的评估该分数延时滤波器的分数延时性能。
在本发明装置及方法中，FPGA内部cordic算法产生的测试信号是理想的点频信号，其幅值一般是经过16位量化处理的，噪声仅为最低位的量化噪声。该测试信号经过分数延时滤波器延时滤波后，也应该是一个仅有一位量化噪声位的点频信号。所以在性能分析模块中，将两路测试信号幅值做差值处理后，若延时效果较好，则两路测试信号的差值绝对值最大应该不超过2。所以在性能分析模块中，可以统计一定数量的采样点，用差值绝对值的平均值来做为衡量该分数延时滤波器分数延时性能的重要指标。该方法易于在FPGA中实现，当然也可以用其他类似的求相关函数等方法来做为衡量该分数延时滤波器分数延时性能的指标。
在其他实施例中，也可以通过仔细计算产生两路具有精确延时值的宽带线性调频信号做为两路测试信号，此时无需第六步S16，就可以做两路输出信号的相关函数来实现对待测分数延时滤波器的性能评估。
实施例2
请一并参阅图3及图4，本实施例的分数延时滤波器延时性能测试方法及应用该方法的分数延时滤波器延时性能测试装置，与实施例1的方法和装置基本相同，其区别在于：实施例1的步骤S12与S13同步运行，因此实施例2可以测试两个待测试分数延时滤波器。
故在第二步S12中，将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；而在第三步S13中，将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；则在后续步骤中评估相应两个待测试分数延时滤波器的延时性能。
即实施例1的延时测试模块包括同步运行的延时测试模块一2和延时测试模块二3，延时测试模块一2将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；延时测试模块二3将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；则在后续步骤中评估相应两个待测试分数延时滤波器的延时性能，其中，延时值调整模块5改变两个待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数。
两路测试信号分别同步通过分数延时滤波器，可以有效去除分数延时滤波器群延时所带来的影响。此时需要两路待测试分数延时滤波器，对两路测试信号分别进行延时滤波处理，其中一路延时值为零，另外一路延时值为需要补偿的两路测试信号延时值。
同理，在其他实施例中，也可以通过仔细计算产生两路具有精确延时值的宽带线性调频信号做为两路测试信号，此时无需与第六步S16相对应的频率值调整模块6，就可以做两路输出信号的相关函数来实现对待测分数延时滤波器的性能评估。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种分数延时滤波器延时性能测试方法，其特征在于：其包括以下步骤：
第一步，提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，该测试信号一因与该测试信号二频率相同而初相不同故存在一个延时精度值；
第二步，将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；
第三步，将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
第四步，比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
第五步，改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能；
第六步，改变两路测试信号的频率值，使其频率值从零频覆盖到该待测试分数延时滤波器的最大通带值，重复第一步至第五步，评估不同测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
2.如权利要求1所述的分数延时滤波器延时性能测试方法，其特征在于：在第一步中，利用cordic算法产生频率相同而初相不同的两路测试信号。
3.如权利要求2所述的分数延时滤波器延时性能测试方法，其特征在于：通过对初相的调节，获取两路测试信号之间的延时精度值。
4.一种分数延时滤波器延时性能测试方法，其特征在于：其包括以下步骤：
第一步，提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，两路测试信号为相互之间存在一个延时精度值的两路宽带线性调频信号；
第二步，将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；
第三步，将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
第四步，比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
第五步，改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一宽带线性调频信号不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
5.如权利要求1或4所述的分数延时滤波器延时性能测试方法，其特征在于：第二步与第三步同步运行，该分数延时滤波器延时性能测试方法测试两个待测试分数延时滤波器：在第二步中，将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；而在第三步中，将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；则在后续步骤中评估相应两个待测试分数延时滤波器的延时性能，其中，在第五步中，改变两个待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数。
6.一种分数延时滤波器延时性能测试装置，其特征在于：其包括：
波形产生模块，其用于提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，该测试信号一因与该测试信号二频率相同而初相不同故存在一个延时精度值；
延时测试模块，其用于先将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；再将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
比较模块，其用于比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
延时值调整模块，其用于改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能；
频率值调整模块，其用于改变两路测试信号的频率值，使其频率值从零频覆盖到该待测试分数延时滤波器的最大通带值，重复第一步至第五步，评估不同测试信号频率不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
7.如权利要求6所述的分数延时滤波器延时性能测试装置，其特征在于：该波形产生模块利用cordic算法产生频率相同而初相不同的两路测试信号。
8.如权利要求7所述的分数延时滤波器延时性能测试装置，其特征在于：通过对初相的调节，获取两路测试信号之间的延时精度值。
9.如权利要求7所述的一种分数延时滤波器延时性能测试装置，其特征在于：其包括：
波形产生模块，其用于提供两路测试信号：测试信号一、测试信号二，两路测试信号为相互之间存在一个延时精度值的两路宽带线性调频信号；
延时测试模块，其用于先将该测试信号一送入待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为零；再将该测试信号二送入该待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二，其中，此时该待测试分数延时滤波器的延时值设置为该延时精度值；
比较模块，其用于比较该输出信号一与该输出信号二：将两路输出信号相减，根据差值情况来判断评估该待测试分数延时滤波器的延时性能，或用将两路输出信号采用相关函数方法来评估；
延时值调整模块，其用于改变该待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数，重复第二步至第四步，评估同一宽带线性调频信号不同延时情况下该待测试分数延时滤波器的延时性能。
10.如权利要求6或9所述的分数延时滤波器延时性能测试装置，其特征在于：该延时测试模块包括同步运行的延时测试模块一和延时测试模块二，该分数延时滤波器延时性能测试装置测试两个待测试分数延时滤波器：延时测试模块一将该测试信号一送入一个延时值设置为零的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号一；延时测试模块二将该测试信号二送入另一个延时值设置为该延时精度值的待测试分数延时滤波器中，并由此形成输出信号二；且延时值调整模块改变两个待测试分数延时滤波器的延时值为该延时精度值的整数倍数。
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