CN107543965B - 一种iq数据分析处理系统、信号分析仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IQ数据分析处理系统、信号分析仪及方法，包括：根据设置的中心频率、测量带宽、测量时间信号采集参数，自动计算本振频率、采样率和采样长度通路配置参数，使本振、抗混叠滤波器工作在合适的状态，完成硬件通路的配置，进行IQ数据的采集。本发明有益效果：设计了通路配置参数自适应处理器，实现了信号特征参数到通路配置参数的自动计算，并自动进行通路的配置；设计了IQ数据分析和输出同步处理器，实现了信号频域特征和时域特征的分析，同时可以将被分析的IQ数据输出。

Description

一种IQ数据分析处理系统、信号分析仪及方法

技术领域

本发明涉及信号调制技术领域，尤其涉及一种IQ数据分析处理系统、信号分析仪以及IQ数据分析处理方法。

背景技术

随着军事通信及民用通信的迅速发展，信号发生技术也得到迅猛发展，其特点是信号调制制式越来越复杂，调制质量分析难度越来越大。进行复杂调制信号分析时，通常需要特定的调制样式分析功能。复杂调制信号的分析是基于IQ数据进行的，IQ数据是一种记录了信号幅度和相位特征的时域数据，传统信号分析仪基于IQ数据仅可以完成对BPSK、QPSK等几种或十几种调制方式的信号进行分析，得到信号调制质量的分析结果，以星座图、眼图、格图等方式显示出来，对于这些调制类型之外的信号，则无法进行分析。

传统信号分析仪最终的测量结果类型单一，无法满足所有用户对信号分析的需求，而且不能提供中间数据，可扩展性较差。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种IQ数据分析处理系统、信号分析仪及方法，能够根据频率、带宽、采集长度等参数，创建能自动配置通道参数的测量规则处理器，实现IQ数据捕获的精确控制；可以进行时域特征和频域特征分析；同时，可以将当前分析的IQ数据以文件或网络的方式输出，提高信号分析仪的复杂调制信号分析能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种通路配置参数自适应处理器，包括：

根据设置的中心频率、测量带宽、测量时间信号采集参数，自动计算本振频率、采样率和采样长度通路配置参数，使本振、抗混叠滤波器工作在合适的状态，完成硬件通路的配置，进行IQ数据的采集。

进一步地，所述采样率的计算过程为：

采样率=测量带宽× 1.25。

进一步地，所述采样长度的计算过程为：

采样长度=采样率×测量时间；

其中，测量时间的计算分为自动模式和手动模式；

在手动模式下，测量时间由用户设置；

在自动模式下，测量时间由FFT运算的长度和测量带宽确定，测量时间 =FFT长度/ 采样率，其中采样率=测量带宽× 1.25。

进一步地，所述本振频率 = 信号频率–中频，其中中频是固定的425MHz。

进一步地，根据参数之间的耦合关系，例如测量时间和采样长度的关系、参考电平和衰减器的关系等，对用户设置的参数进行自适应，满足通路配置的要求。

本发明进一步公开了一种IQ数据分析处理系统，包括：依次串联连接的LC振荡器，抗混叠滤波器，步进增益，AD转换器，数字信号处理器以及主控制器；

所述主控制器包括：上文所述的任一种通路配置参数自适应处理器和IQ数据分析、输出同步处理器；

所述通路配置参数自适应处理器用于根据接收到的用户设置参数，进行参数分解，实现硬件通路的配置；

所述IQ数据分析、输出同步处理器用于进行信号的频域分析和时域分析，并形成相应的频谱图、包络图和波形图；并且，将缓冲区中的IQ数据以文件或程控的方式，输出给用户。

进一步地，LC振荡器工作在点频模式；抗混叠滤波器和步进增益工作在设定的状态；AD转换器将模拟中频信号转换成数字中频信号；经过数字信号处理，得到IQ数据，并存储；主机中根据用户需要进行处理。

本发明还公开了一种IQ数据分析处理方法，包括以下步骤：

（1）根据用户输入的参数，自动进行通道参数的计算和配置，实现IQ数据的捕获；

（2）对捕获的IQ数据同步进行频域特征和时域特征分析，以频谱图、包络图、IQ波形图的形式显示分析结果；

（3）将被分析的IQ数据，按照标准的文件格式，从分析仪的内存写到硬盘的文件中，或者通过网络程控的方式，直接输出IQ数据。

进一步地，所述步骤（2）中对IQ数据的频域特征和时域特征分析与步骤（3）中的IQ数据输出在两个独立的线程中运行；在运行过程中，两个线程都需要对存放IQ数据的缓冲区进行访问；

当数据分析线程访问IQ数据缓冲区时，对缓冲区进行锁定，防止IQ数据输出线程同时访问；

当IQ数据输出线程访问IQ数据缓冲区时，首对缓冲区进行锁定，防止数据分析线程访问。

本发明进一步公开了一种数据分析仪，包括上文任一种IQ数据分析处理系统。

本发明有益效果：

a)设计了通路配置参数自适应处理器，实现了信号特征参数到通路配置参数的自动计算，并自动进行通路的配置。

b)设计了IQ数据分析和输出同步处理器，实现了信号频域特征和时域特征的分析，同时可以将被分析的IQ数据输出。

附图说明

图1为本发明IQ数据分析处理系统结构示意图；

图2为本发明通路配置参数自适应处理器的工作原理图；

图3为本发明线程交互关系图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。

1、本发明公开了一种IQ数据分析处理系统，如图1所示，包括：依次串联连接的LC振荡器，抗混叠滤波器，步进增益，AD转换器，数字信号处理器以及主控制器；

其中，主控制器包括：通路配置参数自适应处理器和IQ数据分析、输出同步处理器。

2、通路配置参数自适应处理器的原理

根据参数之间的耦合关系，例如测量时间和采样长度的关系、参考电平和衰减器的关系等，对用户设置的参数进行自适应，满足通路配置的要求。

根据设置的中心频率、测量带宽、测量时间信号采集参数，自动计算本振频率、采样率和采样长度通路配置参数，使本振、抗混叠滤波器工作在合适的状态，完成硬件通路的配置，进行IQ数据的采集。

在IQ数据捕获过程中，需要经过数字下变频滤波器的处理。数字滤波器的带宽决定了IQ分析功能的测量带宽。经过滤波器后，测量带宽内的信号不会受到影响，测量带宽外的信号会被压缩。通常来说，被压缩的信号为噪声等不需要的信号。如果需要测量的信号也被压缩了，则需要通过增大测量带宽来增加采样率。具体计算公示如式1和式2所示：

采样率=测量带宽× 1.25 (式1)

采样长度=采样率×测量时间 (式2)

测量时间的计算分为自动模式和手动模式。在手动模式下，测量时间由用户设置，上下限由采样长度和测量带宽确定，因此测量时间的下限为：16/采样率，测量时间的上限为：8M/采样率；在自动模式下，测量时间由进行分辨率带宽 (即FFT运算的长度)和测量带宽确定，测量时间 =FFT长度/ 采样率。测量时间随着分辨率带宽的减小而自动增大，随着分辨率带宽的增大而自动减小。

具体计算流程如图2所示：获取用户输入的参数后，首先进行参数的分解，将参数分解为本振控制参数、滤波参数、采集参数、处理参数，根据参数之间的耦合关系，进行参数自适应处理，得到正确的控制参数；然后，根据整机参数的数据类型，进行数据的分组，分为整形参数、浮点型参数和多选参数；最后，将参数传递到整机中，完成通路的控制。

3、IQ数据分析和输出同步处理器的原理

IQ数据分析包括信号的频域分析和时域分析，在频谱图和包络图中，观察信号的频域参数和时域参数；IQ数据输出是将缓冲区中的IQ数据以文件或程控的方式，输出给用户，进行后续分析。

IQ数据分析和IQ数据输出是在两个独立的线程中运行的，在运行过程中，两个线程都需要对存放IQ数据的缓冲区进行访问，当两个线程同时访问时，会有线程同步的问题。因此，本发明技术采用互斥的方式对数据分析和数据输出线程进行同步，即当数据分析线程访问IQ数据缓冲区时，首先要对缓冲区进行锁定，防止IQ数据输出线程同时访问；IQ数据输出线程同理。

具体处理流程如图3所示，设计了IQ数据分析线程和IQ数据输出线程。线程之间有着严格的时序关系，同时线程之间还需要进行通信。由于整机状态比较多，而且需要进行数据的保护，防止线程之间的数据访问冲突。为此将整机状态进行了封装，形成整机状态类，将获取到的IQ数据进行封装，形成中央数据区，对其中的数据通过关键代码段进行数据保护。IQ数据分析线程和IQ数据输出线程之间通过共享的整机状态类进行数据通信，线程通过类提供的Set、Get函数访问私有的整机状态参数和中央数据区，私有数据在关键代码段的保护下，使得Set、Get函数是可以多线程访问重入的。

4、本发明公开了一种IQ数据分析处理系统的工作方法，包括：

（1）根据用户输入的参数，自动进行通道参数的计算和配置，实现IQ数据的捕获；

（2）对捕获的IQ数据同步进行频域特征和时域特征分析，以频谱图、包络图、IQ波形图的形式显示分析结果；

（3）将被分析的IQ数据，按照标准的文件格式，从分析仪的内存写到硬盘的文件中，或者通过网络程控的方式，直接输出IQ数据。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种通路配置参数自适应处理器，其特征在于，包括：

根据设置的中心频率、测量带宽、测量时间信号采集参数，自动计算本振频率、采样率和采样长度通路配置参数，使本振、抗混叠滤波器工作在合适的状态，完成硬件通路的配置；再根据整机参数的数据类型，将用户输入的参数分为整形参数、浮点型参数和多选参数；最后，将参数传递到整机中，进行IQ数据的采集；

根据参数之间的耦合关系，对用户设置的参数进行自适应，满足通路配置的要求。

2.如权利要求1所述的一种通路配置参数自适应处理器，其特征在于，所述采样率的计算过程为：

采样率=测量带宽 × 1.25。

3.如权利要求1所述的一种通路配置参数自适应处理器，其特征在于，所述采样长度的计算过程为：

采样长度=采样率×测量时间；

其中，测量时间的计算分为自动模式和手动模式；

在手动模式下，测量时间由用户设置；

在自动模式下，测量时间由FFT运算的长度和测量带宽确定，测量时间 =FFT长度 / 采样率，其中采样率=测量带宽 × 1.25。

4.如权利要求1所述的一种通路配置参数自适应处理器，其特征在于，所述本振频率 =信号频率 – 中频，其中中频是固定的425MHz。

5.一种IQ数据分析处理系统，其特征在于，包括：依次串联连接的LC振荡器，抗混叠滤波器，步进增益，AD转换器，数字信号处理器以及主控制器；

所述主控制器包括：权利要求1-4任一项所述的通路配置参数自适应处理器和IQ数据分析、输出同步处理器；

所述通路配置参数自适应处理器用于根据接收到的用户设置参数，进行参数分解，实现硬件通路的配置；

所述IQ数据分析、输出同步处理器用于进行信号的频域分析和时域分析，并形成相应的频谱图、包络图和波形图；并且，将缓冲区中的IQ数据以文件或程控的方式，输出给用户；当数据分析线程访问IQ数据缓冲区时，首先对缓冲区进行锁定，防止IQ数据输出线程同时访问；IQ数据分析线程和IQ数据输出线程之间通过共享的整机状态进行数据通信。

6.如权利要求5所述的一种IQ数据分析处理系统，其特征在于，LC振荡器工作在点频模式；抗混叠滤波器和步进增益工作在设定的状态；AD转换器将模拟中频信号转换成数字中频信号；经过数字信号处理，得到IQ数据，并存储；主机中根据用户需要进行处理。

7.一种如权利要求5所述的系统分析处理IQ数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据用户输入的参数，自动进行通道参数的计算和配置，实现IQ数据的捕获；

（2）对捕获的IQ数据同步进行频域特征和时域特征分析，以频谱图、包络图、IQ波形图的形式显示分析结果；

（3）将被分析的IQ数据，按照标准的文件格式，从分析仪的内存写到硬盘的文件中，或者通过网络程控的方式，直接输出IQ数据；

所述步骤（2）中对IQ数据的频域特征和时域特征分析与步骤（3）中的IQ数据输出在两个独立的线程中运行，在运行过程中，两个线程都需要对存放IQ数据的缓冲区进行访问，IQ数据分析线程和IQ数据输出线程之间通过共享的整机状态进行数据通信，线程之间有时序关系。

8.如权利要求7所述的一种分析处理IQ数据的方法，其特征在于，所述步骤（2）和（3）中；

当数据分析线程访问IQ数据缓冲区时，对缓冲区进行锁定，防止IQ数据输出线程同时访问；

当IQ数据输出线程访问IQ数据缓冲区时，首对缓冲区进行锁定，防止数据分析线程访问。

9.一种数据分析仪，其特征在于，包括权利要求5-6任一项所述的IQ数据分析处理系统。

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