CN110988936A - 一种射频信号记录与回放装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频信号记录与回放装置及其使用方法，属于电子测量技术领域。本发明装置包括射频接收单元、ADC采集单元、存储单元、DAC转换单元、射频发射单元、辅助信息标识单元和信号数据联合分析单元。本发明可以对射频信号进行记录，同时将与射频信号相关的时间信息、位置信息、视频信息、温度信息等进行同时记录，记录完成后可以对所有信息进行关联回放和分析。

Description

一种射频信号记录与回放装置及其使用方法

技术领域

本发明属于电子测量技术领域，具体涉及一种射频信号记录与回放装置及其使用方法。

背景技术

无线电技术飞速发展，现代通信、雷达等电子系统设计日益复杂，外场真实条件下的电磁信号数据对于电子与通信系统设备研制、测试与试验过程中具有重要价值。电磁信号记录与回放系统，可以将外场电磁空间中的射频信号数据进行接收采集记录下来，然后还可以通过信号发生设备将记录的信号数据回放出来，也就是将外场真实信号数据搬到实验室。用于对无线收发系统研制过程中的算法性能验证，系统在真实环境下的性能验证等工作。当外场工作的无线系统出现故障，分析是空间电磁环境造成的问题是，还可以采用电磁信号记录与回放系统对记录的信号数据进行事后分析，从而对外场电磁空间记录的异常信号数据进行详细分析，排除故障原因。

现有的电磁信号记录与回放系统的技术方案，如图1所示，首先空间电磁信号通过天线接收下来，通过下混频方式变换中频或者直接高速ADC采集后变成数字信号数据，这些实时的信号数据流不间断的传输到存储单元；其次存储后的信号数据还可以传输到高速DAC单元，然后通过上混频或者直接通过功放在将空间电磁信号在模拟还原出来。

图1中所示的技术方案中，现有的电磁信号记录与回放系统通常仅对外场射频信号进行记录和回放，缺点是不能对与射频信号数据相关的时间信息、地理位置信息、视频信息等进行关联记录和回放，不能对记录的射频信号数据与关联的信息进行分析。

对于具备GNSS接收能力，可以对采集的信号数据进行时间戳标识，并将标识信息与电磁信号数据一并记录到存储单元中，但是信号数据分析单元通常使用时间戳标识进行信号数据的快速搜索和查找，没有充分利用系统接收的导航定位信息，包括时间信息、地理位置信息，高度信息等与信号数据进行关联的分析。

进行这种关联分析与显示的必要性在很多实际应用场合是非常有价值的。例如当进行测试的移动无线收发系统，例如机载通信雷达通信系统、汽车自动驾驶系统、无线对讲机系统等，系统故障原因可能是因为某些特殊地区电磁环境异常而造成的，或者是因为系统故障原因可能是系统在高海拔无法正常工作而造成的，而执行这些联合分析对于排除系统故障具有重要作用。例如进行某汽车自动驾驶算法验证时，需要记录各个地区的射频电磁环境信号，在实验室环境下，通过对记录的射频电磁环境信号进行注入，分析算法在不同地区环境的适应性。但是当算法验证出现问题时，却因缺少射频信号记录数据相关的具体位置信息，高度信息，或者体现周围障碍物的视频信息而无法对算法进行问题根源分析、更无法对算法适应性进行改进。

发明内容

针对现有技术中存在的电磁信号数据与辅助信息标识关联分析问题，本发明提出了一种射频信号记录与回放装置及其使用方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种射频信号记录与回放装置，包括射频接收单元、ADC采集单元、存储单元、DAC转换单元、射频发射单元、辅助信息标识单元和信号数据联合分析单元；

射频接收单元，被配置为用于将待记录的射频信号变频到中频或者零中频；

ADC采集单元，被配置为用于量化采集射频接收单元输出的中频信号，并进行IQ变换，变换成IQ数据；

存储单元，被配置为用于存储ADC采集单元量化处理后的数字IQ数据，并同时存储辅助信号标识单元形成的IQ数据标识信息；

DAC转换单元，被配置为用于将存储单元存储的数字IQ数据转换成模拟IQ基带信号或者中频信号；

射频发射单元，被配置为用于将DAC转换单元输出的模拟IQ基带信号或者中频信号调制到射频载波上发射出去；

辅助信息标识单元，被配置为用于生成与记录IQ数据相关的辅助信息；辅助信息包括时间信息、地理位置信息，高度信息、速度信息、温度信息、视频流信息或者其他同步事件标识信息；

信号数据联合分析单元，被配置为用于在对记录IQ数据执行包括频谱分析、时域分析和解调分析在内的分析工作时，同时将记录的辅助信息标识出来，表示出记录IQ数据与标识信息的关系。

此外，本发明还提到一种射频信号记录与回放装置的使用方法，该方法采用如上所述的一种射频信号记录与回放装置，具体流程如下：

当对感兴趣频段的射频信号进行记录时，首先将射频接收单元调谐到感兴趣的射频信号频率上，然后启动ADC转换单元对射频接收单元输出的中频或者零中频信号进行量化采集，并生成连续不断的IQ数据流，同时辅助信息标识单元实时提取GNSS信号中的时间信息、地理位置信息，高度信息、速度信息、温度信息、视频流信息或者其他同步事件标识信息，并按照一定的时间分辨率进行打包生成辅助信息标识数据；例如打包时间信息时间分辨率可以为1us、1ms等；温度信息时间分辨率可以设计为1s或10s等，视频信息标识时间分辨率可以为40ms或者100ms等。最后辅助信息标识单元打包生成的辅助信息标识数据和ADC转换单元生成的IQ数据流一同存储到存储单元；在记录射频信号数据的同时，存储单元也能将数据同时传输到信号数据联合分析单元进行同步分析观测信号特征，并根据信号特征变化直接增加信号特征时间戳标识；

当对记录的射频信号数据进行回放重建时，首先存储单元将需要回放重建的IQ信号数据实时输出到DAC转换单元，DAC转换单元控制IQ数据输出速度与记录时采集速度相同，并将IQ数据变换成模拟中频信号，模拟中频信号输入到射频发射单元恢复成原来的射频信号，在射频信号回放重建的同时，存储单元也能将数据同时传输到信号数据联合分析单元进行同步观测信号特征，将辅助标识信息与地图信息进行关联指示。

当对记录的射频信号数据进行回放分析时，首先信号数据联合分析单元从存储单元将需要分析的IQ信号数据读出来，对IQ信号数据执行频谱分析、时域分析或者解调分析，同时也将辅助标识信息读出来，在进行信号分析的同时，将对应的IQ信号数据的辅助标识信息进行同步展示。

本发明所带来的有益技术效果：

1.解决了现有射频信号记录回放系统在外场环境下仅仅记录射频信号数据，不能同时记录时间标记信息，经纬度信息和外场视频信息的问题；

2.解决了现有射频信号回放系统仅重建射频信号，不能同时回放相应的时间标记信息、经纬度信息和外场视频信息的问题；

本发明可以对射频信号进行记录，同时将与射频信号相关的时间信息、位置信息、视频信息、温度信息等进行同时记录，记录完成后可以对所有信息进行关联回放和分析。

附图说明

图1为现有的电磁信号记录与回放系统结构示意图。

图2为本发明射频信号记录与回放仪器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图2所述，一种射频信号记录与回放装置，包括射频接收单元、ADC采集单元、存储单元、DAC转换单元、射频发射单元、辅助信息标识单元和信号数据联合分析单元；

射频接收单元，被配置为用于将待记录的射频信号变频到中频或者零中频；

ADC采集单元，被配置为用于量化采集射频接收单元输出的中频信号，并进行IQ变换，变换成IQ数据；

存储单元，被配置为用于存储ADC采集单元量化处理后的数字IQ数据，并同时存储辅助信号标识单元形成的IQ数据标识信息；

DAC转换单元，被配置为用于将存储单元存储的数字IQ数据转换成模拟IQ基带信号或者中频信号；

射频发射单元，被配置为用于将DAC转换单元输出的模拟IQ基带信号或者中频信号调制到射频载波上发射出去；

辅助信息标识单元，被配置为用于生成与记录IQ数据相关的辅助信息；辅助信息包括时间信息、地理位置信息，高度信息、速度信息、温度信息、视频流信息或者其他同步事件标识信息；

信号数据联合分析单元，被配置为用于在对记录IQ数据执行包括频谱分析、时域分析和解调分析在内的分析工作时，同时将记录的辅助信息标识出来，表示出记录IQ数据与标识信息的关系。

为解决电磁信号数据与辅助信息标识关联分析问题，首先空间电磁信号通过天线接收下来，通过下混频方式变换中频或者直接高速ADC采集后变成数字信号数据，这些实时的信号数据流不间断的传输到存储单元；其次存储后的信号数据还可以传输到高速DAC单元，然后通过上混频或者直接通过功放在将空间电磁信号再模拟还原出来。发明技术方案可接收GNSS信号在记录电磁信号数据的同时，实时获得GNSS信号中的时间信息，经纬度、高度等信息，在记录信号数据的同时，对GNSS信息进行记录。可选的，发明技术方案还可以接收来自摄像头、速度、温度等传感器信号，实时获得周围环境的视频信息和移动设备速度信息并与电磁信号数据进行关联记录。该系统在对射频信号进行回放重建或者回放分析时，可以同时依据设备的导航定位信息进行移动轨迹地图展示，可以同时对相关联的视频信息进行视频显示播放，更全面的展示射频信号数据。

如果采用传统射频信号记录仪、导航信息记录仪、温度信息记录仪和视频信息记录仪等多台设备同时进行控制记录，虽然可以将这些信息全部记录，但是多台设备之间却很难完成各种信息的严格时间同步关联，对于宽带射频系统来说，几个us或者ms的时间不同步，就可能造成严重的问题。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种射频信号记录与回放装置，其特征在于：包括射频接收单元、ADC采集单元、存储单元、DAC转换单元、射频发射单元、辅助信息标识单元和信号数据联合分析单元；

射频接收单元，被配置为用于将待记录的射频信号变频到中频或者零中频；

ADC采集单元，被配置为用于量化采集射频接收单元输出的中频信号，并进行IQ变换，变换成IQ数据；

存储单元，被配置为用于存储ADC采集单元量化处理后的数字IQ数据，并同时存储辅助信号标识单元形成的IQ数据标识信息；

DAC转换单元，被配置为用于将存储单元存储的数字IQ数据转换成模拟IQ基带信号或者中频信号；

射频发射单元，被配置为用于将DAC转换单元输出的模拟IQ基带信号或者中频信号调制到射频载波上发射出去；

辅助信息标识单元，被配置为用于生成与记录IQ数据相关的辅助信息；辅助信息包括时间信息、地理位置信息，高度信息、速度信息、温度信息、视频流信息或者其他同步事件标识信息；

信号数据联合分析单元，被配置为用于在对记录IQ数据执行包括频谱分析、时域分析和解调分析在内的分析工作时，同时将记录的辅助信息标识出来，表示出记录IQ数据与标识信息的关系。

2.一种射频信号记录与回放装置的使用方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种射频信号记录与回放装置，具体流程如下：

当对感兴趣频段的射频信号进行记录时，首先将射频接收单元调谐到感兴趣的射频信号频率上，然后启动ADC转换单元对射频接收单元输出的中频或者零中频信号进行量化采集，并生成连续不断的IQ数据流，同时辅助信息标识单元实时提取GNSS信号中的时间信息、地理位置信息，高度信息、速度信息、温度信息、视频流信息或者其他同步事件标识信息，并按照一定的时间分辨率进行打包生成辅助信息标识数据；最后辅助信息标识单元打包生成的辅助信息标识数据和ADC转换单元生成的IQ数据流一同存储到存储单元；在记录射频信号数据的同时，存储单元也能将数据同时传输到信号数据联合分析单元进行同步分析观测信号特征，并根据信号特征变化直接增加信号特征时间戳标识；

当对记录的射频信号数据进行回放重建时，首先存储单元将需要回放重建的IQ信号数据实时输出到DAC转换单元，DAC转换单元控制IQ数据输出速度与记录时采集速度相同，并将IQ数据变换成模拟中频信号，模拟中频信号输入到射频发射单元恢复成原来的射频信号，在射频信号回放重建的同时，存储单元也能将数据同时传输到信号数据联合分析单元进行同步观测信号特征，将辅助标识信息与地图信息进行关联指示。

当对记录的射频信号数据进行回放分析时，首先信号数据联合分析单元从存储单元将需要分析的IQ信号数据读出来，对IQ信号数据执行频谱分析、时域分析或者解调分析，同时也将辅助标识信息读出来，在进行信号分析的同时，将对应的IQ信号数据的辅助标识信息进行同步展示。

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