CN108710027A

CN108710027A - 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法

Info

Publication number: CN108710027A
Application number: CN201810502059.9A
Authority: CN
Inventors: 庞豪; 王江; 赵蓓
Original assignee: Chengdu Jiu Jin Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Jiu Jin Technology Co Ltd
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2038-05-23
Also published as: CN108710027B

Abstract

本发明特别涉及一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：（A）假设多通道输入信号为；（B）对各通道进行数字下变频处理并抽取滤波器得到下变频后的IQ数据；（C）选择任一通道作为参考通道，对取共轭得到；（D）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：；（F）根据得到的复数信号、计算第通道与第通道之间的相位差和幅度差：通过对共轭相乘后的直流分量进行均值滤波，不存在频谱泄露，因此计算精度相比传统的FFT计算精度高；采用一阶CIC滤波器实现均值滤波，相较于传统的FFT法，运算量要小很多，特别是在通道数比较多的情况下，优势更为明显。

Description

通道间相位差、幅度差的高精度测量方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法。

背景技术

传统的通道间的相位差及幅度差测量方法大都是采用快速傅里叶变换（即FFT）进行频域测量，无论是直接进行实数FFT运算还是基带复数FFT的模式，都会存在由于非整数周期的FFT的频谱泄露，从而造成算法本身会引入一定误差，因此会降低幅度差以及相位差测量精度。为了提高测量精度，现有的方案中一般采用双通道下变频2级HB抽取后进行除法运算，同时采用FFT计算零频直流分量，该专利虽然相对于传统的DDC+FFT或者FFT精度有所提高，但是其采用FFT运算计算量比较大，同时，其采用的2级HB滤波器对带外杂散及噪声抑制不够，会造成测量精度损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：（A）假设多通道输入信号为，其中表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的；（B）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据，其中；（C）选择任一通道作为参考通道，为中的任一值，对取共轭得到；（D）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：，其中且；（F）根据得到的复数信号按如下公式计算第通道与第通道之间的相位差和幅度差：

其中，且。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过对共轭相乘后的直流分量进行均值滤波，不存在频谱泄露，因此计算精度相比传统的FFT计算精度高；同时由于已知需要计算的直流分量，这样采用一阶CIC滤波器实现均值滤波，相较于传统的FFT法，运算量要小很多，特别是在通道数比较多的情况下，优势更为明显。

附图说明

图1是本发明中各通道进行数字下变频处理流程图；

图2是本发明中各通道基带数据共轭相乘处理流程图；

图3是本发明中采用一阶CIC滤波器实现均值滤波处理流程图；

图4是本发明的流程框图。

具体实施方式

下面结合图1至图4，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1-4，一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：（A）假设多通道输入信号为，其中表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的；（B）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据，其中；（C）选择任一通道作为参考通道，为中的任一值，不失一般性，图中都是以第0通道作为参考通道，对取共轭得到；（D）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：，其中且；（F）根据得到的复数信号按如下公式计算第通道与第通道之间的相位差和幅度差：

其中，且。通过对共轭相乘后的直流分量进行均值滤波，不存在频谱泄露，因此计算精度相比传统的FFT计算精度高；同时由于已知需要计算的直流分量，这样采用一阶CIC滤波器实现均值滤波，相较于传统的FFT法，运算量要小很多，特别是在通道数比较多的情况下，优势更为明显。

作为本发明的优选方案，所述的输入信号包括序列采样时刻，步骤A、B、C、D、F修改为如下步骤：（A1）假设多通道输入信号为，其中表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的，为序列采样时刻；（B1）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据，其中；（C1）选择任一通道作为参考通道，为中的任一值，对取共轭得到；（D1）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：，其中且；（E1）将复数信号的实部、虚部分别进行N点均值滤波得到：

其中，且；（F1）根据得到的复数信号按如下公式计算第通道与第通道之间的相位差和幅度差：

其中，且。这里添加了步骤E1，可以进一步提高测量精度，下面通过具体的计算来阐述上述步骤所具有的优点。

假设原始输入信号的表达式为：

乘以本振信号后为：

经过低通滤波器滤除高频分量后，获得低通滤波以后的信号

令；；

各通道与第通道进行共轭乘法运算：

其中，且，其实，时式子也是可以计算的，

参考通道自身的共轭乘法结果为实数并作为幅度参考值。从上面的公式可以看出，经过共轭相乘之后的数据为直流分量，不存在高频分量，为了进一步提高测量精度可以采用均值滤波的方式。另外由于信号为直流分量，可以看做对于任意点数的滤波或者求和都是周期性的，因此不存在频谱泄露，由此可知该方法计算出的相位差的精度要比FFT出现频谱泄露计算时的精度要高。

优选地，通过ADC采集各通道信号并输出至FPGA或上位机软件中进行处理，这里的ADC也即模数转换器，采用FPGA或上位机软件进行处理都是可以的，但是相对来说选用FPGA进行处理更方便、快捷。在进行通道间的相位一致性测试时，必须保证各通道间是相参同源的，否则由于通道之间存在频差会导致通道间的相差随着时间而变化，从而无法测量。为保证通道之间是相参的，必须保证各级电路都是同源的且采集ADC的时钟以及采样触发信号都是同步的。

作为本发明的优选方案，所述的步骤B1中，下变频是通过采用常规的级联CIC+HB+FIR滤波器实现的。多级滤波器的实现一方面可以提供可变采样率的数据，另一方面还能提供更纯净的信号。

优选地，所述的步骤E1中，均值滤波器为一阶一级CIC滤波器，CIC的系统函数为：

一阶一级CIC滤波器进行均值滤波时，其运算量非常小，这里选用它进行滤波，可以进一步减小计算量。

Claims

1.一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：

（A）假设多通道输入信号为，其中表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的；

（B）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据，其中；

（C）选择任一通道作为参考通道，为中的任一值，对取共轭得到；

（D）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：，其中且；

（F）根据得到的复数信号按如下公式计算第通道与第通道之间的相位差和幅度差：

其中，且。

2.如权利要求1所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：所述的输入信号包括序列采样时刻，步骤A、B、C、D、F修改为如下步骤：

（A1）假设多通道输入信号为，其中表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的，为序列采样时刻；

（B1）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据，其中；

（C1）选择任一通道作为参考通道，为中的任一值，对取共轭得到；

（D1）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：，其中且；

（E1）将复数信号的实部、虚部分别进行N点均值滤波得到：

其中，且；

（F1）根据得到的复数信号按如下公式计算第通道与第通道之间的相位差和幅度差：

其中，且。

3.如权利要求2所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：通过ADC采集各通道信号并输出至FPGA或上位机软件中进行处理，各级电路都是同源的且采集ADC的时钟以及采样触发信号都是同步的。

4.如权利要求2所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：所述的步骤B1中，下变频是通过采用常规的级联CIC+HB+FIR滤波器实现的。

5.如权利要求2所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：所述的步骤E1中，均值滤波器为一阶一级CIC滤波器，CIC的系统函数为：

。