CN106054118A - 导航设备在线测量的高速采样方法及系统 - Google Patents

导航设备在线测量的高速采样方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种导航设备在线测量的高速采样方法及系统。本发明的导航设备在线测量的高速采样方法包括：通过测试天线接收一路导航信号；通过信号预处理模块对所述导航信号进行预处理；通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换；对模数转换后的导航信号分别进行下变频处理，获得多路I混频信号和多路Q混频信号；将多路I混频信号混合成I信号，将多路Q混频信号混合成Q信号。本发明的导航设备在线测量的高速采样方法及系统，采用时钟分相技术实现多通道并行采样，提高了模数转换的速率和采样精度，能更精确地跟踪航迹结构与覆盖范围上空间信号的变化特征。

Description

导航设备在线测量的高速采样方法及系统
技术领域
本发明涉及一种导航设备在线测量的高速采样方法及系统。
背景技术
采用通用的测试仪器很难对仪表着陆系统航向信标航迹结构与覆盖进行测量，目前主要的方法还是通过校验飞行，在飞行过程中对导航设备发射的信号进行采集和分析来进行测量，这样的测量成本太高，速度慢。要实现航迹结构和覆盖的动态测量分析，并精确描述其空间信号动态特征，需要采集大量的数据，而目前，导航设备测试系统主要采用成熟的低速数据采集技术，无法满足高速采集的要求。市场上单片高速ADC转换器的价格昂贵、分辨率低，且采用单片超高速ADC转换器实现数据采集对处理系统的性能提出了严峻的挑战。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的导航设备在线测量的高速采样方法及系统，采用时钟分相技术实现多通道并行采样，提高了模数转换的速率和采样精度，能更精确地跟踪航迹结构与覆盖范围上空间信号的变化特征。
第一方面，本发明提供的导航设备在线测量的高速采样方法，包括：通过测试天线接收一路导航信号；通过信号预处理模块对所述导航信号进行预处理；通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换；对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，获得多路I混频信号和多路Q混频信号；将多路I混频信号混合成I信号，将多路Q混频信号混合成Q信号。
本发明提供的导航设备在线测量的高速采样方法，采用时钟分相技术实现多通道并行采样，提高了模数转换的速率和采样精度，并行处理加快了数据处理速度，降低了处理器的负担，在极短的时间内获取、存储和处理大量的数据，能更精确地跟踪航迹结构与覆盖范围上空间信号的变化特征。
可选地，所述对所述导航信号进行预处理，包括：对所述导航信号进行低通滤波。
可选地，所述通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换，包括：将一路采样时钟进行N次二分相，得到2N个相位依次相差360°/2N的时钟信号，2N个时钟信号对应2N个并行的采样通道；所述导航信号同时经过这2N个并行的采样通道进行模数转换。
可选地，在模数转换前，对导航信号进行缓冲放大。
可选地，所述对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，包括：将模数转换后的导航信号分别与正交载波相乘，得到2N路I混频信号和2N路Q混频信号；对所述I混频信号和Q混频信号分别进行数字滤波。
第二方面，本发明提供的导航设备在线测量的高速采样系统，包括：测试天线，用于接收一路导航信号；信号预处理模块，用于对所述导航信号进行预处理；模数转换模块，用于通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换；数字下变频处理模块，用于对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，获得多路I混频信号和多路Q混频信号；信号合成器，用于将多路I混频信号混合成I信号，将多路Q混频信号混合成Q信号。
本发明提供的导航设备在线测量的高速采样系统，采用时钟分相技术实现多通道并行采样，提高了模数转换的速率和采样精度，并行处理加快了数据处理速度，降低了处理器的负担，在极短的时间内获取、存储和处理大量的数据，能更精确地跟踪航迹结构与覆盖范围上空间信号的变化特征。
可选地，所述导航信号预处理模块包括：低通滤波器，用于对所述导航信号进行低通滤波。
可选地，所述模数转换模块包括：时钟生成模块，时钟分相模块和2N个ADC转换器；所述时钟生成模块，用于产生一路采样时钟；所述时钟分相器，用于将一路采样时钟进行N次二分相，输出2N个相位依次相差360°/2N的时钟信号；所述时钟分相器的2N个输出端分别与2N个ADC转换器的采样时钟输入端相连；2N个所述ADC转换器的信号输入端相连，所述ADC转换器用于对所述导航信号进行模数转换。
可选地，还包括缓冲放大器，用于对进行模数转换前的导航信号进行缓冲放大。
可选地，所述数字下变频处理模块包括：本地振荡器，用于生成正交载波；混频器，用于将模数转换后的导航信号分别与正交载波相乘，得到2N路I混频信号和2N路Q混频信号；数字滤波器，用于对所述I混频信号和所述Q混频信号进行数字滤波。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种导航设备在线测量的高速采样方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的一种导航设备在线测量的高速采样系统的结构框图；
图3为根据本发明实施例的方法实现采样时钟分相的流程图；
图4为基于时钟分相技术的高速采样流程图；
图5为数字下变频处理方法的流程图。
附图中，1-测试天线；2-信号预处理模块；3-模数转换模块；4-数字下变频处理模块；5信号合成器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本实施例提供的导航设备在线测量的高速采样方法，包括：
步骤S101，通过测试天线接收一路导航信号。
步骤S102，通过信号预处理模块对该导航信号进行预处理。
其中，对导航信号进行预处理包括对导航信号进行低通滤波，以滤除导航信号中的高频干扰信号。
步骤S103，通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换。
其中，在模数转换前，可以对导航信号进行缓冲放大，缓冲放大的作用主要是提高负载能力，减少负载对导航信号的影响，并增加信号的抗干扰能力。如图4所示，给出了基于四分相的高速采样的具体实现方式，采样时钟经过时钟分相器分为四路采样时钟，四路采样时钟分别作为四路ADC转换器的采用时钟，导航信号经过缓冲放大后同时输入四路ADC转换器，进行模数转换。
步骤S104，对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，获得多路I混频信号和多路Q混频信号。
其中，需要说明的是，在信号分析中，将信号进行矢量分解是一种比较常见的方式，矢量分解的具体方式为：将信号分解为频率相同、峰值幅度相同，且相位相差90度的两个分量。当该信号为一个正弦波时，通常采用一个正弦信号和一个余弦信号来描述这两个分量，其中余弦分量被称为同项分量，即I分量，正弦分量被称为正交分量，即Q分量。数字下变频处理就是为了从导航信号中分离出I混频信号和Q混频信号。
步骤S105，将多路I混频信号混合成I信号，将多路Q混频信号混合成Q信号。
本实施例提供的导航设备在线测量的高速采样方法，采用时钟分相技术实现多通道并行采样，提高了模数转换的速率和采样精度，并行处理加快了数据处理速度，降低了处理器的负担，在极短的时间内获取、存储和处理大量的数据，实现了航迹结构和覆盖动态测量分析，更精确描述其空间信号动态特征，便于后续处理使用更加精细的信号分析方法，对发射系统进行预防性和纠正性维护；特别是用于比对测试时，可以对导航设备信号的变化进行精确的分析与故障预测。
本实施例提供步骤S103的一种优选实现方式：将一路采样时钟进行N次二分相，得到2N个相位依次相差360°/2N的时钟信号，2N个时钟信号对应2N个并行的采样通道；所述导航信号同时经过这2N个并行的采样通道进行模数转换。
采用时钟分相技术，使得导航信号的采样率达到仅用一路通道时的2N倍，从而有效提高数据采集系统的性能。如图3所示，当需要构建4(即2N＝22，N＝2)个通道并行传输数据时，需要进行2次二分相处理。首先进行一次二分相处理，得到的两路采样时钟相位相差180°，再对这两路采样时钟分别进行一次二分相处理，相位为0°的采样时钟转换为两路采样时钟，其中一路采样时钟的相位为0°，另一路采样时钟的相位为90°；相位为180°的采样时钟转换为两路采样时钟，其中一路采样时钟的相位为180°，另一路采样时钟的相位为270°。最终得到四路采样通道，这四路采样通道的采样时钟的相位依次相差90°，导航信号通过这四路通道进行并行模数转换，数据采样率达到一路通道的四倍。
本实施例提供步骤S104的一种优选实现方式：将模数转换后的导航信号分别与正交载波相乘，得到2N路I混频信号和2N路Q混频信号；对I混频信号和Q混频信号分别进行数字滤波。
其中，正交载波由本地振荡器(NCO)产生，正交载波为正余弦波信号，余弦波信号与导航信号相乘得到I混频信号，正弦波信号与导航信号相乘得到Q混频信号。由于模数转换过程中，采用了时钟分相技术，得到了2N路导航信号，因此数字下变频处理可以直接采用多相滤波器结构，具体实现方式如图5所示，NCO输出2N路正余弦信号，每路正余弦信号的相位依次相差360°/2N，每路导航信号都会分离出对应的一路I混频信号和一路Q混频信号，最后只需将所有的I混频信号混合成I信号，将所有的Q混频信号混合成Q信号即可。与单通道采样相比，多通道采用后的导航信号能够分离出更精确的I信号和Q信号，用于后续绘制出精度更高的航迹结构图和覆盖分析图。
如图2所示，基于与上述导航设备在线测量的高速采样方法同样的发明构思，本实施例提供了一种导航设备在线测量的高速采样系统，包括：测试天线1，用于接收一路导航信号；信号预处理模块2，用于对所述导航信号进行预处理；模数转换模块3，用于通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换；数字下变频处理模块4，用于对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，获得多路I混频信号和多路Q混频信号；信号合成器5，用于将多路I混频信号混合成I信号，将多路Q混频信号混合成Q信号。
本实施例提供的导航设备在线测量的高速采样装置，采用时钟分相技术实现多通道并行采样，提高了模数转换的速率和采样精度，并行处理加快了数据处理速度，降低了处理器的负担，在极短的时间内获取、存储和处理大量的数据，实现了航迹结构和覆盖动态测量分析，更精确描述其空间信号动态特征，便于后续处理使用更加精细的信号分析方法，对发射系统进行预防性和纠正性维护；特别是用于比对测试时，可以对导航设备信号的变化进行精确的分析与故障预测。
其中，导航信号预处理模块包括低通滤波器，低通滤波器用于对所述导航信号进行低通滤波，以滤除导航信号中的高频干扰。
模数转换模块3包括：时钟生成模块，时钟分相模块和2N个ADC转换器；时钟生成模块用于产生一路采样时钟；时钟分相器用于将一路采样时钟进行N次二分相，输出2N个相位依次相差360°/2N的时钟信号；时钟分相器的2N个输出端分别与2N个ADC转换器的采样时钟输入端相连；2N个ADC转换器的信号输入端相连，所述ADC转换器用于对所述导航信号进行模数转换。
其中，还包括缓冲放大器，用于对进行模数转换前的导航信号进行缓冲放大。
下变频处理模块5包括：本地振荡器，用于生成正交载波；混频器，用于将模数转换后的导航信号分别与正交载波相乘，得到2N路I混频信号和2N路Q混频信号；数字滤波器，用于对I混频信号和所述Q混频信号进行数字滤波。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种导航设备在线测量的高速采样方法，其特征在于，包括：
通过测试天线接收一路导航信号；
通过信号预处理模块对所述导航信号进行预处理；
通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换；
对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，获得多路I混频信号和多路Q混频信号；
将多路I混频信号混合成I信号，将多路Q混频信号混合成Q信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述导航信号进行预处理，包括：对所述导航信号进行低通滤波。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换，包括：
将一路采样时钟进行N次二分相，得到2N个相位依次相差360°/2N的时钟信号，2N个时钟信号对应2N个并行的采样通道；
所述导航信号同时经过这2N个并行的采样通道进行模数转换。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在模数转换前，对导航信号进行缓冲放大。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，包括：
将模数转换后的导航信号分别与正交载波相乘，得到2N路I混频信号和2N路Q混频信号；
对所述I混频信号和Q混频信号分别进行数字滤波。
6.一种导航设备在线测量的高速采样系统，其特征在于，包括：
测试天线，用于接收一路导航信号；
信号预处理模块，用于对所述导航信号进行预处理；
模数转换模块，用于通过对一路采样时钟进行分相得到多路并行的采样通道，预处理后的导航信号同时通过所述采样通道进行并行模数转换；
数字下变频处理模块，用于对模数转换后的导航信号分别进行数字下变频处理，获得多路I混频信号和多路Q混频信号；
信号合成器，用于将多路I混频信号混合成I信号，将多路Q混频信号混合成Q信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述导航信号预处理模块包括：低通滤波器，用于对所述导航信号进行低通滤波。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模数转换模块包括：时钟生成模块，时钟分相模块和2N个ADC转换器；
所述时钟生成模块，用于产生一路采样时钟；
所述时钟分相器，用于将一路采样时钟进行N次二分相，输出2N个相位依次相差360°/2N的时钟信号；
所述时钟分相器的2N个输出端分别与2N个ADC转换器的采样时钟输入端相连；
2N个所述ADC转换器的信号输入端相连，所述ADC转换器用于对所述导航信号进行模数转换。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括缓冲放大器，用于对进行模数转换前的导航信号进行缓冲放大。
10.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述数字下变频处理模块包括：
本地振荡器，用于生成正交载波；
混频器，用于将模数转换后的导航信号分别与正交载波相乘，得到2N路I混频信号和2N路Q混频信号；
数字滤波器，用于对所述I混频信号和所述Q混频信号进行数字滤波。
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