CN109959825B - 一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法 - Google Patents

一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法，包括在随机选取控制电压v1和v2，测量两电压对应的输出功率p1和p2，得出插值节点(v1，p1)和(v2，p2)，通过拉格朗日插值公式得到预测的控制电压，测得输出功率，判断测得的输出功率与期望值之间的误差是否符合要求。本发明实现了对非线性衰减器电压‑衰减量之间特性的拟合，并借助拟合完成对这一器件的功率校准，借助拉格朗日插值法实现高效率的拟合，相比于其他线性的搜索收敛方法，本发明通过高阶多项式的计算，拟合精度更高，迭代次数更少，计算过程直接简单，借助计算机代码容易实现，计算过程中代入插值节点，就可得到拟合预测值，不需要复杂的方程求解过程。

Description

一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法
技术领域
本发明涉及仪表仪器领域，尤其涉及一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法。
背景技术
在无线通信接收或信号测量分析系统中，信号分析仪主要包括了主控及基带信号处理模块、模数转换组、射频接收模块，其中射频接收模块会对接收到的信号做放大衰减和解调，传输给模数转换组，为了保证射频接收模块出来的信号拥有较好的信噪比和峰均比，需要在接收模块内部对信号功率做合适的衰减和放大，衰减器分为数字式和模拟式，数字衰减器的步进一般只有0.25dB甚至更大，模拟衰减器则可以实现更小的调节步进，但是由于模拟衰减器电平和衰减量之间的非线性关系，以及DAC和衰减器之间存在处理转换电路，使得控制电压与衰减器衰减量之间的对应关系非常地复杂，在实际使用时，必须通过校准找到其中的对应关系。
通常在校准时使用坐标下降法或多项式拟合法，坐标下降法是在校准过程中沿着期望值的变化方向做一维搜索，即是根据误差变化量的正负确定一维搜索的方向，通过反复迭代找出最优数值，该算法在迭代过程中容易落入局部极值而停止收敛，同时该方法不易处理较复杂的、斜率变化陡峭的非线性情形，在复杂的数学特性下，该方法误差更高，需要更多次数的迭代计算才可能找到合适的值；对于多项式拟合法，则是通过高次多项式拟合出控制电压与衰减器之间的非线性对应关系，同样利用迭代的手段，随着迭代次数的增加，多项式的阶数随之增加，此方法相比于坐标下降法收敛效率更高，但同时它的运算量比较大，阶数增加之后多项式的求解会变得越来越困难，甚至得不到实数解，导致校准失败。
因此，现有技术还有待发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法，旨在实现对控制电压和衰减器衰减量之间非线性数学特性的拟合，保证控制的精确度，提高校准速度，降低复杂度，易于实现的目的。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法，包括如下步骤：
步骤S1：向射频输入端口输入功率已知的信号；
步骤S2：在器件控制电压值取值范围内，随机选取两个控制电压v1和v2；
步骤S3：分别测量两电压对应的输出功率p1和p2，得出两组插值节点(v1，p1)和(v2，p2)；
步骤S4：将插值节点代入拉格朗日插值公式(1)得到预测的控制电压；
步骤S5：将得到的预测电压置入DAC，测得输出功率；
步骤S6：判断测得的输出功率与期望值之间的误差是否符合要求，若是，则执行步骤S7，若否，则根据当前电压和功率值产生第n个插值节点(vn，pn)，重复步骤S4；
步骤S7：输出最终结果；
其中，n为当前插值节点数目，p为当前假定的期望输出功率，v为预测的控制电压。
进一步的，所述期望值是根据用户需要提出确定的。
进一步的，步骤S1中的已知信号通常为正弦波单音信号。
本发明还提供了一种实现基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法的信号接受和功率控制装置，
包括射频输入端口、射频接收模块、压控衰减器、射频输出模块、ADC模块、FPAG模块、DAC模块、所述射频输入端口输出端与射频接收模块输入端连接，所述射频接收模块输出端与压控衰减器输入端连接，所述压控衰减器输出端与射频输出模块输入端连接，所述射频输出模块输出端与ADC模块输入端连接，所述ADC模块输出端与FPAG模块输入端连接，所述FPAG模块输出端与DAC模块输入端连接，所述DAC模块输出端与压控衰减器输入端连接。
本发明与现有技术相比的有益效果：本发明实现了对非线性衰减器电压-衰减量之间特性的拟合，并借助拟合完成对这一器件的功率校准，借助拉格朗日插值法实现高效率的拟合，相比于其他线性的搜索收敛方法，本发明通过高阶多项式的计算，拟合精度更高，迭代次数更少，计算过程直接简单，借助计算机代码容易实现，计算过程中代入插值节点，就可得到拟合预测值，不需要复杂的方程求解过程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种可以实现基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法的信号接受和功率控制装置的结构框图示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1所示，为本发明具体实施例的一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法，具体校准方案包括如下步骤：
步骤S1：向射频输入端口输入功率已知的信号；
步骤S2：在器件控制电压值取值范围内，随机选取两个控制电压v1和v2；
步骤S3：分别测量两电压对应的输出功率p1和p2，得出两组插值节点(v1，p1)和(v2，p2)；
步骤S4：将插值节点代入拉格朗日插值公式(1)得到预测的控制电压；
步骤S5：将得到的预测电压置入DAC，测得输出功率；
步骤S6：判断测得的输出功率与期望值之间的误差是否符合要求，若是，则执行步骤S7，若否，则根据当前电压和功率值产生第n个插值节点(vn，pn)，重复步骤S4；
步骤S7：输出最终结果；
其中，n为当前插值节点数目，p为当前假定的期望输出功率，v为预测的控制电压。拉格朗日插值公式根据每一个插值节点的坐标对电压-功率之间的数学关系做了拟合，输出功率为自变量，选取期望的输出功率，就可以根据上式预测出此功率对应的控制电压。当步骤S5判断输出功率与期望值之间的误差不符合要求的时候，则根据当前的淡雅和功率值得到第n个插值节点，将n个插值节点代入拉格朗日插值公式，拟合出新的功率-电压关系式，再进行步骤S5的判断，直到得出输出功率与期望值之间的误差符合要求，即可停止循环迭代，并保存当前电压值。由于插值节点增加，关系式阶数也随之增加，则拟合电压和功率值之间呈现二次平方的关系，拟合关系式的复杂程度更高，拟合的精度也相应的提高。
具体的，所述期望值是根据用户需要提出确定的。
具体的，步骤S1中的已知信号通常为正弦波单音信号。
本发明还提供了一种实现基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法的信号接受和功率控制装置，
包括射频输入端口1、射频接收模块2、压控衰减器3、射频输出模块4、ADC模块5、FPAG模块6、DAC模块7、所述射频输入端口1输出端与射频接收模块2输入端连接，所述射频接收模块2输出端与压控衰减器3输入端连接，所述压控衰减器3输出端与射频输出模块4输入端连接，所述射频输出模块4输出端与ADC模块5输入端连接，所述ADC模块5输出端与FPAG模块6输入端连接，所述FPAG模块6输出端与DAC模块7输入端连接，所述DAC模块7输出端与压控衰减器3输入端连接。在给出期望值的前提下，根据拟合函数得出相应的控制电压，在射频输入端口1向射频接收模块2输入一个功率已知的信号，需要通过校准，调节压控衰减器3，以使得射频输出模块4输出给ADC模块5的信号电压峰值符合预期，而压控衰减器3的衰减量，取决于DAC模块7输出的控制电压。所述压控衰减器3的衰减量受到DAC模块7输出的控制电压大小控制，而DAC模块7输出的控制电压是在软件端，对电压与衰减量之间的数学关系拟合找出的合适电压。
以1GHz为典型数值进行验证，校准的期望输出功率为-17dB，校准结果误差需小于±0.5dB，验证结果如下表：
从结果可以看出，随着迭代次数的增加，输出功率渐渐向期望值靠近，误差越来越小，就证明了拉格朗日公式的拟合结果越来越精确，本发明提供的方法，能够比现有技术更加精确的减小校准误差。
本发明实现了对非线性衰减器电压-衰减量之间特性的拟合，并借助拟合完成对这一器件的功率校准，借助拉格朗日插值法实现高效率的拟合，相比于其他线性的搜索收敛方法，本发明通过高阶多项式的计算，拟合精度更高，迭代次数更少，计算过程直接简单，借助计算机代码容易实现，计算过程中代入插值节点，就可得到拟合预测值，不需要复杂的方程求解过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：向射频输入端口输入功率已知的信号；
步骤S2：在器件控制电压值取值范围内，随机选取两个控制电压v1和v2；
步骤S3：分别测量两电压对应的输出功率p1和p2，得出两组插值节点(v1，p1)和(v2，p2)；
步骤S4：将插值节点代入拉格朗日插值公式(1)得到预测的控制电压；
步骤S5：将得到的预测电压置入DAC，测得输出功率；
步骤S6：判断测得的输出功率与期望值之间的误差是否符合要求，若是，则执行步骤S7，若否，则根据当前电压和功率值产生第n个插值节点(vn，pn)，重复步骤S4；
步骤S7：输出最终结果；
其中，n为当前插值节点数目，p为当前假定的期望输出功率，v为预测的控制电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法，其特征在于：所述期望值是根据用户需要提出确定的。
3.根据权利要求1所述的一种基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法，其特征在于：步骤S1中的已知信号为正弦波单音信号。
4.一种实现权利要求1-3任意一项基于拉格朗日插值法的非线性压控衰减器拟合校准方法的信号接受和功率控制装置，其特征在于：包括射频输入端口、射频接收模块、压控衰减器、射频输出模块、ADC模块、FPAG模块、DAC模块；所述射频输入端口输出端与射频接收模块输入端连接，所述射频接收模块输出端与压控衰减器输入端连接，所述压控衰减器输出端与射频输出模块输入端连接，所述射频输出模块输出端与ADC模块输入端连接，所述ADC模块输出端与FPAG模块输入端连接，所述FPAG模块输出端与DAC模块输入端连接，所述DAC模块输出端与压控衰减器输入端连接；在给出期望值的前提下，根据拟合函数得出相应的控制电压，在射频输入端口向射频接收模块输入一个功率已知的信号，需要通过校准，调节压控衰减器，以使得射频输出模块输出给ADC模块的信号电压峰值符合预期，而压控衰减器的衰减量，取决于DAC模块输出的控制电压；所述压控衰减器的衰减量受到DAC模块输出的控制电压大小控制，而DAC模块输出的控制电压是在软件端，对电压与衰减量之间的数学关系拟合找出的合适电压。
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