CN114374446B - 一种基于脉冲信号的幅相特性测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于脉冲信号的幅相特性测量方法，所述方法包括如下步骤设置信号源和接收机的多项参数，将信号源产生脉冲信号送入待测量接收机，接收机内置的数据采集模块执行数据采集，获取基带IQ数据；依据获取所述基带IQ数据上升沿或下降沿部分，通过差分后获取系统冲激响应信息；对冲激响应信息进行快速傅里叶变换FFT并计算带内幅频曲线和相频曲线。采用本发明的基于脉冲信号的幅相特性测量方法，只用通过一次信号采集，即可分析出当前通道的幅相特性曲线，可用于之后的通道校准。与梳状波校准信号相比，在具有混频、带通滤波的接收机模型下，脉冲可配置载波频率对接收机不同频段进行通道校准。

Description

一种基于脉冲信号的幅相特性测量方法

技术领域

本发明属于无线电接收机通道校准技术领域，涉及一种基于脉冲信号的幅相特性测量方法。

背景技术

幅度平坦度和相位线性度是影响接收机性能提高的重要因素，本发明涉及接收机通道校准技术领域，基于脉冲信号对接收机通道的幅频响应和相频响应进行测量。

梳状波校准信号要求校准源发出的梳状波幅度平坦、相位为理想线性相位，实际工程上很难做到，而采用脉冲信号测量通道幅相特性，其原理与梳状波不同，采用的是信号与系统理论中的阶跃响应测量系统的特性。与阶跃校准信号相比，在具有混频、带通滤波的接收机模型下，脉冲可配置载波频率对接收机不同频段进行通道校准。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于脉冲信号的幅相特性测量方法，所述方法包括如下步骤

步骤1，设置信号源和接收机的多项参数，将信号源产生脉冲信号送入待测量接收机，接收机内置的数据采集模块对接收的脉冲信号执行数据采集，获取基带IQ数据；

步骤2，依据获取所述的基带IQ数据的上升沿或下降沿部分，通过差分处理后获取系统冲激响应信息；

步骤3，对冲激响应信息进行快速傅里叶变换FFT并计算带内幅频曲线和相频曲线。

进一步的，所述接收机包括混频模块、模拟数字变换器ADC及信号采集模块、数字下转换DDC模块。

进一步的，步骤1中获取IQ基带数据包括以下子步骤：

步骤1.1，接收机接收信号源输出的载有脉冲形式的包络信号的载频；由所述混频模块对所述载频执行下变频转换，输出中频信号；

步骤1.2，所述中频信号经过所述模拟数字变换器ADC及信号采集模块，执行模拟数字变换和数据采集，输出IQ基带数据；

步骤1.3，所述DDC模块解调IQ数据得到方波形式的脉冲信号。

进一步的，步骤2包括如下子步骤：

步骤2.1，从接收到的方波形式的脉冲信号中提取方波信号的上升沿信号或者下降沿信号，积累一个周期的上升沿信号或者下降沿信号；

步骤2.2，对提取出的所述一个周期的上升沿信号或者所述下降沿信号进行阶跃差分运算；求出冲激响应数据；

步骤2.3，对冲激响应数据执行快速傅里叶变换FFT，由FFT频域信号中提取幅频响应信号和相频响应信号。

进一步的，所述冲激响应数据表述为：

h[n]＝y[n]-y[n-1]

其中，y[n]是单位阶跃信号与系统冲激响应的卷积结果。

进一步的，当冲激响应长度为N，傅里叶变换后系统函数表述为：

则系统的幅频响应和相频响应分别为：

Mag(ω)＝|H(ω)|

Phase(ω)＝arg{H(ω)}其中，ω是脉冲频率，|·|表示取复数的模，arg表述取复数的辐角。

进一步的，步骤2.1中优先采取提取下降沿信号的方式。

采用本发明的基于脉冲信号的幅相特性测量方法，只用通过一次信号采集，即可分析出当前通道的幅相特性曲线，可用于之后的通道校准。与梳状波校准信号相比，在具有混频、带通滤波的接收机模型下，脉冲可配置载波频率对接收机不同频段进行通道校准。

本方法计算量小、速度快，易于工程实现。本测量方法可用于离线校准也可用于在线校准，算法测量精度高、速度快，能适应高速率、实时性的信号处理过程。

附图说明

图1为本发明提出的LTI系统示意图；

图2为本发明提出的脉冲信号计算幅相曲线信号处理流程图；

图3是接收到的基带信号包络和差分后的冲激响应包络；

图4是冲激响应频谱图和带内频响曲线；

图5是通道幅频曲线；

图6是通道相频曲线。

具体实施方式

本发明基于脉冲信号对接收机通道的幅频响应和相频响应进行测量。

本发明提供一种基于脉冲信号的幅相特性测量方法，只用通过一次信号采集，即可分析出当前通道的幅相特性曲线，可用于之后的通道校准。与梳状波校准信号相比，梳状波校准信号要求校准源发出的梳状波幅度平坦、相位为理想线性相位，实际工程上很难做到，而采用脉冲信号测量通道幅相特性，其原理与梳状波不同，采用的是信号与系统理论中的阶跃响应测量系统的特性。与阶跃校准信号相比，在具有混频、带通滤波的接收机模型下，脉冲可配置载波频率对接收机不同频段进行通道校准。

本方法计算量小、速度快，易于工程实现。本测量方法可用于离线校准也可用于在线校准，算法测量精度高、速度快，能适应高速率、实时性的信号处理过程。

本发明通过如下步骤实现：

(1)设置源和接收机参数，产生脉冲信号，送入待测量接收机，数据采集，获取基带IQ数据；

(2)取数据上升沿或下降沿部分差分后获取系统冲激响应；

(3)对冲激响应进行FFT并计算带内幅频曲线和相频曲线。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。

一个离散时间线性时不变(LTI)系统输入输出示意图如下图1所示：

系统的输出为输入x[n]和系统样值响应h[n]的卷积：

y[n]＝x[n]*h[n]

当输入为单位冲激信号时：

h[n]＝δ[n]*h[n]

则LTI系统的输出为冲激响应y[n]＝h[n]，可完全表征系统的特性。

当输入信号为单位阶跃信号u[n]时，从卷积和的表达式中可知，离散时间LTI系统的阶跃响应是单位阶跃u[n]与系统冲激响应h[n]的卷积：

y[n]＝u[n]*h[n]＝h[n]*u[n]

通过上式，y[n]可以看作是具有冲激响应u[n]的离散时间LTI系统对输入h[n]的响应。由于u[n]是累加器的单位冲激响应。因此，

那么h[n]可利用以下的关系由y[n]恢复：

h[n]＝y[n]-y[n-1]

因此，在离散时间下，可以通过将阶跃信号输入系统，得到系统的阶跃响应，并通过阶跃响应的一阶差分计算系统的冲激响应，即可表征系统特性。

假设当前系统的冲激响应长度为N，其系统函数如下：

则系统的幅频响应和相频响应分别为：

Mag(ω)＝|H(ω)|

Phase(ω)＝arg{H(ω)}

针对接收机模型，输入脉冲信号，接收端经过混频、ADC采集和DDC等获取脉冲形式的包络信号，只采用脉冲的上升沿或下降沿来表征阶跃响应，进而差分得到冲激响应，最终获取系统的带内幅频响应和相频响应。

信号处理流程如图2所示。

仿真

校准源参数：脉冲周期1us，占空比50％，功率-10dBm。

接收机参数：分析带宽160MHz，基带采样率750MHz。

以下降沿为例，如图3所示。接收到的IQ信号包络为方波形式，为获取冲激响应只选取下降沿部分进行差分。图4则是对冲激响应进行FFT后的频谱图，上图显示了整个采样率范围内的频谱可明显看出通道带限特性、带内幅频曲线。

图5则对各种情况下的带内幅频曲线进行比较，可以看出：下降沿与上升沿相比，下降沿信号包络无过冲，获取的幅频曲线纹波更小，曲线更平滑。

图6为测量的相频曲线，经过比较可知：下降沿、上升沿与梳状波获取的相频曲线基本一致，且下降沿误差更小。

从仿真结果可以看出，脉冲信号获取的幅相曲线与梳状波下获取的幅相曲线基本一致，因此，此时测量的幅相曲线可以用来表征当前通道的幅相特性，并用于后续的通道补偿校准。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于脉冲信号的幅相特性测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤

步骤1，设置信号源和接收机的多项参数，将信号源产生脉冲信号送入待测量接收机，接收机内置的数据采集模块对接收的脉冲信号执行数据采集，获取基带IQ数据；

步骤2，依据获取的所述基带IQ数据的上升沿或下降沿部分，通过差分处理后获取系统冲激响应信息；

步骤3，对冲激响应信息进行快速傅里叶变换FFT，由FFT频域信号中提取幅频响应信号和相频响应信号，得到幅频曲线和相频曲线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收机包括混频模块、模拟数字变换器ADC及信号采集模块、数字下转换DDC模块。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中获取IQ基带数据包括以下子步骤：

步骤1.1，接收机接收信号源输出的载有脉冲形式的包络信号的载频；由所述混频模块对所述载频执行下变频转换，输出中频信号；

步骤1.2，所述中频信号经过所述模拟数字变换器ADC及信号采集模块，执行模拟数字变换和数据采集，输出IQ基带数据；

步骤1.3，所述DDC模块解调IQ数据得到方波形式的脉冲信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2包括如下子步骤：

步骤2.1，从接收到的方波形式的脉冲信号中提取方波信号的上升沿信号或者下降沿信号，积累一个周期的上升沿信号或者下降沿信号；

步骤2.2，对提取出的所述一个周期的上升沿信号或者所述下降沿信号进行阶跃差分运算；求出冲激响应数据。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述冲激响应数据表述为：

h[n]＝y[n]-y[n-1]

其中，y[n]是单位阶跃信号与系统冲激响应的卷积结果，n是时间变量。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当冲激响应长度为N，傅里叶变换后系统函数表述为：

则系统的幅频响应和相频响应分别为：

Mag(ω)＝|H(ω)|

Phase(ω)＝arg{H(ω)}

其中，ω是脉冲频率，|·|表示取绝对值，arg表述取反函数。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2.1中优先采取提取下降沿信号的方式。