CN110716167B - 任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，获取任意波形信号发生器发出的信号的频率响应的误差曲线；进行当前校准样点的校准操作，计算在误差曲线中将当前校准样点的之后的p区间内的误差抖动及波动因数；基于所述波动因数调整校准样点的间隔，确定下一个校准样点并开始进行校准操作；循环所述上述过程直到校准完成；本公开能够对任意波形发生器线性扫频后的频响误差曲线进行波动情况分析，然后根据分析结果动态的调整校准样点间隔进行多分辨率的校准，能够根据误差的大小及其波动程度自适应的调整校准样点间隔。

Description

任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法及系统
技术领域
本公开涉及任意波形发生器校准技术领域，特别涉及一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
任意波形发生器是一种可提供不同频率、幅度的规则或不规则的复杂波形的信号源，能够在额定的功率、准确度及范围内产生用户需要的任意波形，因其能够对复杂的环境电信号进行准确、逼真的模拟以及产生信号的灵活性的特点，在通信、医疗、教育甚至量子测试等众多领域有着广泛并且迫切的需求。
而由于硬件的差异性，任意波形发生器输出的信号必然存在误差，为保证其准确性，则需要有一种可靠、快速、精准的校准方法来对其输出信号进行校准。
任意波形发生器一般校准方案为将任意波形发生器的输出信号经射频缆接到频谱仪的接收端，然后通过LAN或GPIB将测量结果回读，获取其频响误差，然后通过调整任意波形发生器的微调控制器直到误差降到设定的阈值范围内，则完成该点输出信号的校准。循环该过程直到完成所有样点的校准。校准过程中校准样点的选取是校准的重要环节，样点间隔过大会造成校准不够精确，而样点间隔过小则会造成校准时间复杂度的上升。通常的校准方法都是预先根据经验值设定一个恒定的间隔进行校准样点的选取，或者改进方法有增加局部极值点或分段调整样点间隔来进行校准，但这些方法都有其弊端，对校准精度的提升效果并不明显。
本公开发明人发现，(1)现有的校准方法多为等间隔样点校准，该方法能够实现全频段范围内的较为均匀的校准，但是该方法对于误差变化剧烈的区段不能保证很好的校准精度；(2)改进方法有增加局部极值点或分段调整样点间隔的方法，但增加局部极值点方法在误差波动剧烈区域识别极值点的尺度不好掌控，而且会造成时间复杂度的显著增加；(3)分段调整采样间隔的方法通过误差对频段进行分段，不同的段可以选择不同间隔的样点进行校准，该方法能够在一定程度上改善校准精度，但该方法受分段方法及间隔等级的限制，分段过大或间隔等级过少达不到改善校准精度的效果，分段过小或间隔等级过多则会明显增加时间复杂度。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法及系统，能够对任意波形发生器线性扫频后的频响误差曲线进行波动情况分析，然后根据分析结果动态的调整校准样点间隔进行多分辨率的校准；能够根据误差的大小及其波动程度自适应的调整校准样点间隔，在误差较小较平滑区段进行粗分辨率的稀疏校准，在误差较大波动剧烈区段进行细分辨率的精细校准；能够在校准时间复杂度可控的情况下保证全频段范围内都有较高的校准精度。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法。
一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，步骤如下：
(1-1)获取任意波形信号发生器发出的信号的频率响应的误差曲线；
(1-2)进行当前校准样点的校准操作，计算在误差曲线中将当前校准样点的之后的p区间内的误差抖动及波动因数；
(1-3)基于所述波动因数调整校准样点的间隔，确定下一个校准样点并开始进行校准操作；
(1-4)循环所述(1-2)-(1-3)的过程直到校准完成。
作为可能的一些实现方式，所述频率响应的误差曲线的获取方法，具体为：任意波形发生器执行线性扫频操作，并回读频谱分析仪的测量结果，进而得到频率响应的误差曲线。
作为可能的一些实现方式，通过线性扫频回读结果计算得到误差序列用S(n)表示，n为密集采样点的采样时刻，共N个采样点，映射到从0直到最高频率fmax频率范围内。
作为进一步的限定，所述波动因数的计算方法为：
Figure BDA0002270270740000031
其中，Ei+1为第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量，Ei为第i个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量，δi+1为第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的方差，δi为第i个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的方差，第i个校准样点为当前校准样点。
作为更进一步的限定，第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的计算方法具体为：
Figure BDA0002270270740000041
其中，p表示当前校准样点之后的p个密集采样点，ni表示第i个校准样点对应的密集采样点的位置。
作为更进一步的限定，第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的方差的计算方法具体为：
Figure BDA0002270270740000042
作为更进一步的限定，当ni+p≥N时，此时为仪器频段的最高频率范围，统一采用最小校准间隔kmin进行精细化校准。
作为进一步的限定，第i+1个校准样点与当前校准样点i的间隔的计算方法具体为：
Figure BDA0002270270740000043
其中，kstep间隔的最小步进值，ρ表示波动的阈值，σ波动因数，ki为当前校准样点的间隔，样点间隔起始为k0。
本公开第二方面提供了一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准系统。
一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准系统，包括任意波形发生器、频谱分析仪、射频信号缆和网线，用射频信号缆连接任意波形发生器的输出接口和频谱分析仪的输入接口，然后用网线连接两种仪器的通信接口；
将任意波形发生器执行线性扫频操作，并通过通信接口将频谱分析仪的测量结果回读，进而得到频响的误差曲线，利用本公开第一方面所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法进行校准。
本公开第三方面提供了一种任意波形信号发生器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的内容能够对任意波形发生器线性扫频后的频响误差曲线进行波动情况分析，然后根据分析结果动态的调整校准样点间隔进行多分辨率的校准。
2、本公开所述的内容能够根据误差的大小及其波动程度自适应的调整校准样点间隔，在误差较小较平滑区段进行粗分辨率的稀疏校准，在误差较大波动剧烈区段进行细分辨率的精细校准。
3、本公开所述的内容通过自适应分辨率算法对极小区间内样点计算误差抖动及波动因数，再根据波动因数实时计算下一个校准样点的位置，动态调整两个校准样点之间的频率间隔，达到粗、细分辨率的及时转换，稀疏校准与精细校准相结合，能够在校准时间复杂度可控的情况下保证全频段范围内都有较高的校准精度。
4、本公开所述的内容对平滑小误差频段进行粗分辨率的稀疏校准，对误差波动剧烈频段进行细分辨率的精细校准，即能够实现全频段范围内的自适应多分辨率校准，在不明显增加时间复杂度的情况下提升校准精度。
5、本公开所述的内容在进行当前校准样点的校准时进行下一个校准样点的确定，充分利用了当前校准样点的校准过程中仪器的操作等待时间，进行算法计算确定下一个校准样点的位置，不增加额外的时间，有效控制校准的时间复杂度。
6、本公开所计算的波动因数既能反应误差的幅度又能反应其波动情况，从而能够对误差进行更全面的表征，兼顾频响误差的幅度与波动情况，自适应的调整校准样点的间隔。
附图说明
图1为本公开实施例1所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法的流程示意图。
图2为本公开实施例1所述的任意波形发生器的频率响应的误差曲线。
图3为本公开实施例1所述的自适应调整校准间隔原理图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
任意波形发生器由于硬件的差异，其频响在不同的频率会表现处不同的特性，所以需要对每台仪器进行校准，即选定校准频率样点，将该点的误差调整到指标要求的范围之内。
本公开实施例1所述的校准策略是根据频响的误差曲线的幅度及波动程度动态调整校准样点的间隔，小误差平滑的区段增大校准样点的间隔进行稀疏校准，而大误差或波动剧烈的区段则减小样点的间隔进行精细校准。
如图1所示，本公开实施例1提供了一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，根据误差情况动态调整样点间隔的算法，本实施例采用的自适应校准算法是在误差曲线中将当前校准样点的之后p个采样点进行当前校准样点的校准操作，计算在误差曲线中将当前校准样点的之后的p区间内的误差抖动及波动因数，基于所述波动因数调整校准样点的间隔，确定下一个校准样点并开始进行校准操作，循环该过程直到校准完成。
任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法需要将任意波形发生器、频谱分析仪、射频信号缆及网线组成校准系统，用射频信号缆连接任意波形发生器的输出接口和频谱分析仪的输入接口，然后用网线连接两种仪器的LAN口。系统搭建完成后将任意波形发生器执行线性扫频操作，并通过LAN将频谱分析仪的测量结果回读，进而得到频响的误差曲线，如图2所示，该曲线作为自适应分辨率校准确定分辨率及样点的依据。
详细的自适应校准算法的原理如图3所示，执行过程如下：
第一，通过线性扫频回读结果计算得到误差序列用S(n)表示，n为密集采样点的采样时间，共N个采样点，映射到从0直到最高频率fmax的频率范围内，校准过程就是从这N个点中选取M个代表点作为校准样点进行校准。
第二，通过自适应分辨率算法确定下一个校准样点的间隔，并进行当前校准样点的校准操作。
具体的计算步骤如下：
(1)计算有限区间p以内的误差能量。p表示当前校准样点之后的p个密集采样点。该区间的误差能量用E表示。
Figure BDA0002270270740000081
ni表示第i个校准样点对应的密集采样点的位置。该参数能够反应误差在该区间内的幅度情况。
(2)计算有限区间p内误差的方差，该参数主要反应误差在该区间的波动情况。
Figure BDA0002270270740000082
(3)计算有限区间p的波动因数，该参数表示下一个校准样点与当前校准样点的误差情况的比较。通过该参数既能反应区间内的幅度情况，又包含误差的波动情况。
Figure BDA0002270270740000083
(4)计算下一个校准样点间隔，样点间隔起始为k0，最大、最小间隔分别为kmax、kmin、间隔的最小步进为kstep，ρ表示波动的阈值，波动因数与该值的比值取其整数再乘以步进值即为校准间隔的增量，与当前校准样点的间隔相加即可去确定下一个校准样点的间隔。
Figure BDA0002270270740000084
(5)确定下一个校准样点位置并开始进行校准操作，然后计算第i+2个校准样点的位置，如此循环即可完成整个频段的校准，其中第一个校准样点默认为n＝0，间隔为k0，当ni+p≥N时，此时为仪器频段的最高频率范围，统一采用kmin校准间隔进行精细化校准。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准系统，包括任意波形发生器、频谱分析仪、射频信号缆和网线，用射频信号缆连接任意波形发生器的输出接口和频谱分析仪的输入接口，然后用网线连接两种仪器的通信接口；
将任意波形发生器执行线性扫频操作，并通过通信接口将频谱分析仪的测量结果回读，进而得到频响的误差曲线，利用本公开实施例1所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法进行校准。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种任意波形信号发生器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法中的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，其特征在于，通过线性扫频回读结果计算得到误差序列用S(n)表示，n为密集采样点的采样时刻，共N个采样点，映射到从0直到最高频率fmax频率范围内；具体步骤如下：
(1-1)获取任意波形信号发生器发出的信号的频率响应的误差曲线；
(1-2)进行当前校准样点的校准操作，计算在误差曲线中将当前校准样点的之后的p区间内的误差抖动及波动因数；
(1-3)基于所述波动因数调整校准样点的间隔，确定下一个校准样点并开始进行校准操作；
(1-4)循环所述步骤 (1-2)-(1-3)的过程直到校准完成。
2.如权利要求1所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，其特征在于，所述频率响应的误差曲线的获取方法，具体为：任意波形发生器执行线性扫频操作，并回读频谱分析仪的测量结果，进而得到频率响应的误差曲线。
3.如权利要求1所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，其特征在于，所述波动因数的计算方法为：
Figure FDA0003162674430000011
其中，Ei+1为第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量，Ei为第i个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量，δi+1为第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的方差，δi为第i个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的方差，第i个校准样点为当前校准样点。
4.如权利要求3所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，其特征在于，第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的计算方法具体为：
Figure FDA0003162674430000021
其中，p表示当前校准样点之后的p个密集采样点，ni表示第i个校准样点对应的密集采样点的位置。
5.如权利要求4所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，其特征在于，第i+1个校准样点所对应的有限区间p以内的误差能量的方差的计算方法具体为：
Figure FDA0003162674430000022
6.如权利要求4所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，其特征在于，当ni+p≥N时，此时为仪器频段的最高频率范围，统一采用最小校准间隔kmin进行精细化校准。
7.如权利要求3所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法，其特征在于，第i+1个校准样点与当前校准样点i的间隔的计算方法具体为：
Figure FDA0003162674430000023
其中，kstep为 间隔的最小步进值，ρ表示波动的阈值，σ为 波动因数，ki为当前校准样点的间隔，样点间隔起始为k0。
8.一种任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准系统，其特征在于，包括任意波形发生器、频谱分析仪、射频信号缆和网线，用射频信号缆连接任意波形发生器的输出接口和频谱分析仪的输入接口，然后用网线连接两种仪器的通信接口；
将任意波形发生器执行线性扫频操作，并通过通信接口将频谱分析仪的测量结果回读，进而得到频响的误差曲线，利用权利要求1-7任一项所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法进行校准。
9.一种任意波形信号发生器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的任意波形发生器幅度扫频自适应分辨率校准方法中的步骤。
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