CN114691437A - 一种测试校正装置及方法 - Google Patents

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CN114691437A CN202210361356.2A CN202210361356A CN114691437A CN 114691437 A CN114691437 A CN 114691437A CN 202210361356 A CN202210361356 A CN 202210361356A CN 114691437 A CN114691437 A CN 114691437A
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Abstract

本发明旨在提供一种能够改善测试系统的非线性、减小系统谐波失真的测试校正装置及方法。所述测试校正装置包括信号发生模块、信号采集模块、信号处理模组、波形发生模块、波形分析模块以及THD分析模块，所述信号处理模组与波形发生模块、波形分析模块相连接，所述信号发生模块和所述信号采集模块均与所述信号处理模组、所述THD分析模块连接；校正方法通过多项式函数来校正装置的非线性以改善装置的THD性能。本发明应用于声学信号测试校正的技术领域。

Description

一种测试校正装置及方法
技术领域
本发明应用于声学信号测试校正的技术领域,特别涉及一种测试校正装置及方法。
背景技术
随着社会的发展，技术的进步，几乎所有的消费电子产品都有声音相关的功能，如手机的麦克风可以接受声音信号，扬声器可以放出声音。用户对于高保真声音的需求也是越来越强烈，高保真的声音信号需要用失真度极低的测试系统来保证测试结果的准确。以电声学测试仪器为例，其测量的电信号的动态范围要求已经超过120dB，并要求同时具有足够低的失真如谐波失真小于0.0001%。通常有电声学测量的声卡对音频功放、高保真芯片、扬声器以及麦克风等需要测量的产品测量进行要降低总谐波失真（Total HarmonicDistortion，简称THD）。
由于电子元器件尤其是半导体元件，其本身就有较强的非线性，无论如何优化系统设计都没法完全消除其带来的影响。系统非线性是导致信号失真的主要原因，若要做到足够低的失真，必须要改善系统的非线性。通常都会用传输特性曲线来描述电路的非线性，通过不断改变电路或装置的输入，并记录每个输入值对应的输出值，把输入值做x轴，输出值做y轴然后作图，就可以得到一条曲线，此曲线即为装置的传输特性曲线。
通常都会对非线性的环节加入校正电路或者选用更高性能的元件。校正电路需要结合实际的非线性设计对应的电路且不易调节，对于数字化的仪器则可以引入校正算法来改善非线性。得到曲线后就可以用一个函数表达式y=h(x)描述这条曲线，但是精确的得到这个表达式十分困难，若考虑对此函数进行泰勒级数展开，就会得到一个多项式函数，而多项式函数的系数可以直接对曲线拟合得到，用有限阶次的多项式函数来近似h(x)，就可以把拟合的误差做的足够小。测试仪器多用分段一次函数，但是对于电声测试仪器这类有着极低失真要求的仪器，简单的分段函数已经不能满足要求。只能保证端点的误差最小或校正区间内均方误差最小，不能完全校正非线性。在分段校准方式中，端点之间用直线拟合，这和系统固有曲线不同，故而又引入了新的失真；且分段的区间或者近似折线的段数会直接影响最终的校正结果。同时，系统传递特性多是基于静态输入，没有考虑到系统对交流信号的响应会有延时，延时导致的失真没法被消除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种能够改善测试系统的非线性、减小系统谐波失真的测试校正装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：本发明包括信号发生模块、信号采集模块以及信号处理模组，所述信号处理模组与输入输出信号相连接，所述信号发生模块和所述信号采集模块均与所述信号处理模组连接，所述信号发生模块的输出端与被测声学对象的输入端连接，所述信号采集模块与被测声学对象的响应端配合，所述信号处理模组包括预校正模块和后校正模块，所述预校正模块的输入端与输入信号端口连接，所述预校正模块的输出端与所述信号发生模块的输入端连接，所述后校正模块的输出端与输出信号端口连接，所述后校正模块的输入端与所述信号采集模块的输出端相连接，所述测试校正装置还包括波形发生模块、波形分析模块以及THD分析模块，所述THD分析模块的输入端短接在所述信号发生模块的输出端和所述信号采集模块的输入端之间，所述THD分析模块的输出端与所述预校正模块和所述后校正模块相连接，所述波形发生模块与所述波形分析模块以及所述预校正模块连接，所述波形分析模块与所述后校正模块连接。
由上述方案可见，所述信号发生模块和所述信号采集模块为电声学测量的声卡中结构，所述信号处理模组用于对所述信号发生模块和所述信号采集模块进行预校正或后校正，进而降低测试时测试系统的非线性失真，提高测试精度。其中，所述信号发生模块和所述信号采集模块均可以单独工作，单独进行校正，所述信号发生模块工作时，通过所述THD分析模块和所述波形分析模块分别采集转换后和转换前的信号波形，进而获取所述信号发生模块中的谐波参数，通过将谐波参数反馈至所述预校正模块中，实现对所述预校正模块中的校正函数进行调整，达到对所述信号发生模块校正的效果，同理进行所述信号采集模块的后校正。同时设置波形分析模块以及THD分析模块，并分别连接在信号发生模块和信号采集模块后端，且波形分析模块与波形发生模块，实现对信号转换模块的输入输出信号进行采集，保证采集信号数据的准确可靠性，通过输入输出信号获取校正参数。进而实现减小测试系统的谐波失真。所述波形发生模块用于生成声学测试常用的正弦信号、扫幅、扫频信号，以及把波形文件发送到所述信号发生模块。所述波形分析模块把所述信号采集模块采集回来的信号保存为特定的格式，用于接收测量部分处理后的数字信号，分析测量转换后的数字信号的指标，如幅值、频率、谐波、噪声等。所述信号发生模块完成数字量到实际模拟量的转换，输出电信号如电压或电流，模拟后端把数模转换输出的电信号调理为合适大小的电信号。所述信号采集模块的模拟前端把输入电信号幅值调理为适合模数转换的幅值，把输入的单端或差分信号转换为适合模数转换的差分信号，由模数转换把输入的模拟信号转换为对应的数字量。所述THD分析模块为THD分析仪，把模拟信号或对应的数字量的谐波和基波分离，并给出THD计算结果，在需要校正的时候使用，如出厂时的调试、周期性标定的时候。
一个优选方案是，所述预校正模块和所述后校正模块接收所述THD分析模块输出的校正参数，并分别对输入信号进行预校正和对输出信号进行后校正。
进一步的优选方案是，所述信号采集模块包括相连接的数模转换器和模拟后端，所述数模转换器将输入的数字信号转换成模拟信号，所述模拟后端将模拟信号进行调理并输出，所述信号采集模块包括模拟前端和模数转换器，所述模拟前端接收物理信号并转换为模拟信号，所述模数转换器将模拟信号转换为数字信号并输出。
所述测试校正装置的测量校正方法包括以下步骤：
步骤S1、首先，对所述预校正模块和所述后校正模块中设置的多项式校正函数进行初始化，设校正函数中的一次项系数为1，其余项系数均设为0，同时将所述信号发生模块的输出端和所述信号采集模块的输入端短接；
步骤S2、确定预校正函数和后校正函数中多项式的阶数M、N，阶数M、N由用户设定或通过自动选择方法确定，其中自动选择方法为所述波形发生模块生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块和所述信号采集模块的输出端进行初步信号分析，分别获得两个节点对应各次谐波的幅值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，获取两个节点幅值中最高次谐波的次数M、N，设定次数M为预校正函数的阶数，设定次数N为后校正函数的阶数；
步骤S3、对预校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数M调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数，所述波形发生模块生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块的输出端和所述输入信号端口进行信号分析，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 228420DEST_PATH_IMAGE001
以及所述输入信号端口输出信号的各次谐波的分析幅值
Figure 194496DEST_PATH_IMAGE002
，将参考幅值
Figure 708654DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 166180DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 528022DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 209539DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
的值，更新预校正函数的各次项系数
Figure 584895DEST_PATH_IMAGE004
为当前计算值，并重复执行分析和更新系数直至误差
Figure 518216DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数，此时输出上次循环得出的各次项系数
Figure 144DEST_PATH_IMAGE004
的值，作为预校正函数最终的各次项系数
Figure 790245DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤S4、对后校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数N调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 870807DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数，所述波形发生模块生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块的输出端和所述后校正模块的输出端进行信号分析，获得所述信号发生模块输出模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 466874DEST_PATH_IMAGE001
以及所述后校正模块校正后输出的测量信号的各次谐波的分析幅值
Figure 537729DEST_PATH_IMAGE002
，将参考幅值
Figure 295470DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 583100DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 389382DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 845903DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
的值，更新后校正函数的各次项系数
Figure 823479DEST_PATH_IMAGE005
为当前计算值，并重复执行分析和更新系数直至误差
Figure 614718DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数，此时输出上次循环得出的各次项系数
Figure 241002DEST_PATH_IMAGE005
的值，作为后校正函数最终的各次项系数
Figure 66876DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤S5、完成预校正函数的项数M和各次项系数
Figure 150107DEST_PATH_IMAGE004
，和后校正函数的项数N和各次项系数
Figure 163063DEST_PATH_IMAGE005
的校正。
由上述方案可见，通过多项式函数来校正装置的非线性以改善装置的THD性能，其中首先通过初始化校正函数使一次项系数为1，其余项系数均设为0，进而实现传递未处理的信号至所述信号发生模块和所述信号采集模块，分别对两个输出节点进行信号分析获取各次谐波的幅值，通过分析得到两个节点幅值中最高次谐波的次数M、N，进而确定对信号影响较大高次项，通过保留影响较大的高次项忽略后部的高次项，进而得到最适合的多项式校准函数。确定阶数后先进行所述预校正模块的调整，通过分析所述信号发生模块的输入输出波形的各次谐波的幅值，计算当前误差，再根据当前误差计算各次项系数，实现对预校正函数进行调整，通过比对设定阈值和循环次数的方式，得出最准确的各次项系数并设入所述预校正模块，进而完成对所述信号发生模块的预校正调整。同理，进行所述信号采集模块的后校正调整。进而调整校正函数，实现有效减小测试系统的谐波失真。
一个优选方案是，所述步骤S2中自动选择方法包括如下具体步骤：
步骤S2.1、所述波形发生模块生成一定频率的正弦波G并输出至所述预校正模块；
步骤S2.2、所述预校正模块通过初始化后的校正函数对正弦波G进行校正并输出至所述信号发生模块，所述THD分析模块采集所述信号发生模块输出的模拟波形W，对模拟波形W进行分析并输出各次谐波的幅值
Figure 186513DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S2.3、所述波形分析模块分析所述信号采集模块对模拟波形W的测量值S，并输出各次谐波的幅值
Figure 853512DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S2.4、获取各次谐波的幅值
Figure 858377DEST_PATH_IMAGE001
中最高次谐波的次数M以及获取各次谐波的幅值
Figure 109361DEST_PATH_IMAGE002
中最高次谐波的次数N。
一个优选方案是，所述步骤S3中包括如下具体步骤：
步骤S3.1、对预校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数M调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 857874DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数；
步骤S3.2、所述波形发生模块生成一定频率的正弦波，所述预校正模块根据更新后预校正函数对正弦波进行校正并输出至所述信号发生模块；
步骤S3.3、所述THD分析模块采集并分析所述信号发生模块输出的模拟波形，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 376449DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S3.4、所述波形分析模块采集并分析所述波形发生模块生成的正弦波，获得正弦波的各次谐波的分析幅值
Figure 224319DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S3.5、将参考幅值
Figure 290495DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 249224DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 373038DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 971902DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 446746DEST_PATH_IMAGE004
的值，更新预校正函数的各次项系数
Figure 22215DEST_PATH_IMAGE004
为当前计算值，并返回步骤S3.2执行循环，直至误差
Figure 531694DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数；
步骤S3.6、输出上次循环得出的各次项系数
Figure 32951DEST_PATH_IMAGE004
的值，作为预校正函数最终的各次项系数
Figure 995091DEST_PATH_IMAGE004
。
一个优选方案是，所述步骤S4中包括如下具体步骤：
步骤S4.1、对后校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数N调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 374251DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数；
步骤S4.2、所述波形发生模块生成一定频率的正弦波，所述预校正模块根据步骤S3更新后的预校正函数对正弦波进行校正并输出至所述信号发生模块，所述信号采集模块采集所述信号发生模块生成的模拟波形，所述后校正模块对所述信号采集模块采集的测量信号进行后校正并输出；
步骤S4.3、所述THD分析模块采集并分析所述信号发生模块输出的模拟波形，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 738236DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S4.4、所述波形分析模块采集并分析所述后校正模块校正后的测量信号，获得校正后测量信号的各次谐波的分析幅值
Figure 401606DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S4.5、将参考幅值
Figure 851042DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 33892DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 986805DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 95444DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 766597DEST_PATH_IMAGE005
的值，更新后校正函数的各次项系数
Figure 753139DEST_PATH_IMAGE005
为当前计算值，并返回步骤S4.2执行循环，直至误差
Figure 826137DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数；
步骤S4.6、输出上次循环得出的各次项系数
Figure 108607DEST_PATH_IMAGE005
的值，作为后校正函数最终的各次项系数
Figure 267056DEST_PATH_IMAGE005
。
一个优选方案是，所述步骤S3更新阶数M以及系数
Figure 526130DEST_PATH_IMAGE004
后所述预校正函数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
，其中D为所述预校正模块的输出值，G为所述波形发生模块生成的波形值，m与阶数M相匹配，所述步骤S4更新阶数N以及系数
Figure 765219DEST_PATH_IMAGE005
后所述后校正函数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
，其中S为所述预校正模块输出的测量校正值，A为所述信号采集模块的输出值，n与阶数N相匹配。
一个优选方案是，所述步骤S3和所述步骤S4获取误差
Figure 779443DEST_PATH_IMAGE003
的值后通过LMS算法计算各次项新系数。
附图说明
图1是所述测试校正装置的连接关系图；
图2是校正函数的使用流程图；
图3是所述校正方法的信号传递示意图；
图4是所述校正方法的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，在本实施例中，所述测试校正装置包括信号发生模块1、信号采集模块2以及信号处理模组，所述信号处理模组与输入输出信号相连接，所述信号发生模块1和所述信号采集模块2均与所述信号处理模组连接，所述信号发生模块1的输出端与被测声学对象的输入端连接，所述信号采集模块2与被测声学对象的响应端配合，所述信号处理模组包括预校正模块3和后校正模块4，所述预校正模块3的输入端与输入信号端口连接，所述预校正模块3的输出端与所述信号发生模块1的输入端连接，所述后校正模块4的输出端与输出信号端口连接，所述后校正模块4的输入端与所述信号采集模块2的输出端相连接，所述测试校正装置还包括波形发生模块5、波形分析模块6以及THD分析模块7，所述THD分析模块7的输入端短接在所述信号发生模块1的输出端和所述信号采集模块2的输入端之间，所述THD分析模块7的输出端与所述预校正模块3和所述后校正模块4相连接，所述波形发生模块5与所述波形分析模块6以及所述预校正模块3连接，所述波形分析模块6与所述后校正模块4连接。
在本实施例中，所述预校正模块3和所述后校正模块4接收所述THD分析模块7输出的校正参数，并分别对输入信号进行预校正和对输出信号进行后校正。
在本实施例中，所述信号采集模块2包括相连接的数模转换器和模拟后端，所述数模转换器将输入的数字信号转换成模拟信号，所述模拟后端将模拟信号进行调理并输出，所述信号采集模块2包括模拟前端和模数转换器，所述模拟前端接收物理信号并转换为模拟信号，所述模数转换器将模拟信号转换为数字信号并输出。
电路存在非线性是个普遍现象，通常都会用传输特性曲线来描述电路的非线性。通过不断改变电路或装置的输入，并记录每个输入值对应的输出值，把输入值做x轴，输出值做y轴然后作图，就可以得到一条曲线，此曲线即为装置的传输特性曲线。得到曲线后就可以用一个函数表达式y=h(x)描述这条曲线，但是精确的得到这个表达式十分困难，若考虑对此函数进行泰勒级数展开，就会得到一个多项式函数，而多项式函数的系数可以直接对曲线拟合得到，用有限阶次的多项式函数来近似h(x)，就可以把拟合的误差做的足够小。
现在做定性的分析，假设传递函数的多项式表达式如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
；其中a1 、a2至an为各次项的系数。
假设输入为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，代入多项式函数，为了方便分析，忽略3次以上系数，可以得到输出表达式：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
其中第一项为直流分量，第二项为基波信号，后两项则是2、3次谐波。
观察每个分量的系数，可以看出偶次项系数会影响直流分量和偶次谐波的幅值，奇次项系数只会影响基波和奇次谐波的幅值。把各谐波的幅值带入THD计算公式后，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
可以看出THD还受输入信号幅值影响，若2次以上系数都为0即传输特性为1次函数，则系统无谐波失真。
现在做定量分析，假定各系数如下，并改变3次项系数，代入THD公式得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
若3次项系数小于2次项系数，则主要是2次项影响THD值，对于大多数装置其线性度已经很好如0.1%，可简单认为其二次项系数也小于0.1%，若要提高其THD必须想办法减小二次项系数到0.1%以下，即让系统特性尽量线性。
对于多数测试系统，常用分段函数来逼近系统的传递函数，这种做法有限的折线来逼近曲线，能够满足基本应用需求，但是对于声学测试仪器而言，所选用的元器件本身的非线性已经很小，简单的一次函数已经不能满足其对THD的要求。如前所述，系统的传递特性可以用多项式逼近，同理其反函数也可以用多项式来逼近。用有限项的多项式函数来逼近理想的校正函数，虽然存在一定的误差，但是从前面的分析可以看出，影响THD测试结果的主要是系数较大的高次项，如前面举例的2次项。
通过观测输出信号的谐波构成，可以决定哪些高次项的需要保留。输出信号频谱中有明显谱线，且是基波整数倍的就是需要保留的高次项，如2、3次谐波明显，则需要保留2、3次项，其他高次项就可以忽略。如此即可确定校正函数的阶数。
如图2所示，校正函数的使用通常会有两种形式。若信号先通过校正函数处理，再进入实际的信号装置，称之为预校正方式，反之则为后校正方式。信号测量或采集装置使用后校正方式，把校正函数后置，测量装置测回的失真信号通过特定的后置校正函数后，解析出最原始的输入信号。信号发生装置使用预校正方式，把校正函数前置，使输入发生装置的信号有一定程度可控的失真，若失真方向刚好和系统非线性导致的失真相反，则实际输出的模拟信号失真就会被抵消，从而改善输出信号的谐波失真。
校正函数中各次项的系数，可以在获取装置传输特性曲线时通过曲线拟合得到。即把传输特性曲线的输出y作为校正函数的x，传输特性曲线的输入x作为校正函数的输出y。拟合后的函数即是传输特性曲线的反函数。还可以对各系数给定一个初始值，通过自适应的学习算法，不断调整各系数，同时观测系统的的THD值变化，当THD值趋于某个恒定值时，停止调整系数，就可以得到指定阶数下校正系数的最佳值，此方法不需要预先获取装置的传递函数。
校正函数中各次项的系数，可以在获取装置传输特性曲线时通过曲线拟合得到。即把传输特性曲线的输出y作为校正函数的x，传输特性曲线的输入x作为校正函数的输出y。拟合后的函数即是传输特性曲线的反函数。通过所述所述校正方法不断调整各系数，同时观测系统的的THD值变化，当THD值趋于某个恒定值时，停止调整系数，就可以得到指定阶数下校正系数的最佳值，此方法不需要预先获取所述信号发生模块1、信号采集模块2的传递函数。
如图3和图4所示，在本实施例中，所述测量校正方法包括以下步骤：
步骤S1、首先，对所述预校正模块3和所述后校正模块4中设置的多项式校正函数进行初始化，设校正函数中的一次项系数为1，其余项系数均设为0，同时将所述信号发生模块1的输出端和所述信号采集模块2的输入端短接；
步骤S2、确定预校正函数和后校正函数中多项式的阶数M、N，阶数M、N由用户设定或通过自动选择方法确定，其中自动选择方法为所述波形发生模块5生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块1和所述信号采集模块2的输出端进行初步信号分析，分别获得两个节点对应各次谐波的幅值
Figure 474123DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 192680DEST_PATH_IMAGE002
，获取两个节点幅值中最高次谐波的次数M、N，设定次数M为预校正函数的阶数，设定次数N为后校正函数的阶数；
步骤S3、对预校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数M调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 489538DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数，所述波形发生模块5生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块1的输出端和所述输入信号端口进行信号分析，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 596034DEST_PATH_IMAGE001
以及所述输入信号端口输出信号的各次谐波的分析幅值
Figure 276545DEST_PATH_IMAGE002
，将参考幅值
Figure 126690DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 700890DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 496065DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 585243DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 52128DEST_PATH_IMAGE004
的值，更新预校正函数的各次项系数
Figure 543152DEST_PATH_IMAGE004
为当前计算值，并重复执行分析和更新系数直至误差
Figure 929134DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数，此时输出上次循环得出的各次项系数
Figure 286035DEST_PATH_IMAGE004
的值，作为预校正函数最终的各次项系数
Figure 477982DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤S4、对后校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数N调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 636562DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数，所述波形发生模块5生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块1的输出端和所述后校正模块4的输出端进行信号分析，获得所述信号发生模块1输出模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 521341DEST_PATH_IMAGE001
以及所述后校正模块4校正后输出的测量信号的各次谐波的分析幅值
Figure 927107DEST_PATH_IMAGE002
，将参考幅值
Figure 860428DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 326045DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 725933DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 214683DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 263280DEST_PATH_IMAGE005
的值，更新后校正函数的各次项系数
Figure 848982DEST_PATH_IMAGE005
为当前计算值，并重复执行分析和更新系数直至误差
Figure 91875DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数，此时输出上次循环得出的各次项系数
Figure 864659DEST_PATH_IMAGE005
的值，作为后校正函数最终的各次项系数
Figure 985456DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤S5、完成预校正函数的项数M和各次项系数
Figure 425664DEST_PATH_IMAGE004
，和后校正函数的项数N和各次项系数
Figure 839459DEST_PATH_IMAGE005
的校正。
所述步骤S2中自动选择方法包括如下具体步骤：
步骤S2.1、所述波形发生模块5生成一定频率的正弦波G并输出至所述预校正模块3；
步骤S2.2、所述预校正模块3通过初始化后的校正函数对正弦波G进行校正并输出至所述信号发生模块1，所述THD分析模块7采集所述信号发生模块1输出的模拟波形W，对模拟波形W进行分析并输出各次谐波的幅值
Figure 630698DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S2.3、所述波形分析模块6分析所述信号采集模块2对模拟波形W的测量值S，并输出各次谐波的幅值
Figure 755517DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S2.4、获取各次谐波的幅值
Figure 846970DEST_PATH_IMAGE001
中最高次谐波的次数M以及获取各次谐波的幅值
Figure 166087DEST_PATH_IMAGE002
中最高次谐波的次数N。
所述步骤S3中包括如下具体步骤：
步骤S3.1、对预校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数M调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 116726DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数；
步骤S3.2、所述波形发生模块5生成一定频率的正弦波，所述预校正模块3根据更新后预校正函数对正弦波进行校正并输出至所述信号发生模块1；
步骤S3.3、所述THD分析模块7采集并分析所述信号发生模块1输出的模拟波形，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 795969DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S3.4、所述波形分析模块6采集并分析所述波形发生模块5生成的正弦波，获得正弦波的各次谐波的分析幅值
Figure 259704DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S3.5、将参考幅值
Figure 998990DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 171346DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 405012DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 674319DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 630512DEST_PATH_IMAGE004
的值，更新预校正函数的各次项系数
Figure 352480DEST_PATH_IMAGE004
为当前计算值，并返回步骤S3.2执行循环，直至误差
Figure 389837DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数；
步骤S3.6、输出上次循环得出的各次项系数
Figure 451334DEST_PATH_IMAGE004
的值，作为预校正函数最终的各次项系数
Figure 532423DEST_PATH_IMAGE004
。
所述步骤S4中包括如下具体步骤：
步骤S4.1、对后校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数N调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 56201DEST_PATH_IMAGE003
的阈值和循环次数；
步骤S4.2、所述波形发生模块5生成一定频率的正弦波，所述预校正模块3根据步骤S3更新后的预校正函数对正弦波进行校正并输出至所述信号发生模块1，所述信号采集模块2采集所述信号发生模块1生成的模拟波形，所述后校正模块4对所述信号采集模块2采集的测量信号进行后校正并输出；
步骤S4.3、所述THD分析模块7采集并分析所述信号发生模块1输出的模拟波形，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 615359DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S4.4、所述波形分析模块6采集并分析所述后校正模块4校正后的测量信号，获得校正后测量信号的各次谐波的分析幅值
Figure 531362DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S4.5、将参考幅值
Figure 534084DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 496224DEST_PATH_IMAGE002
做差获得当前误差
Figure 170657DEST_PATH_IMAGE003
的值，根据误差
Figure 3483DEST_PATH_IMAGE003
的值计算各次项新系数
Figure 364058DEST_PATH_IMAGE005
的值，更新后校正函数的各次项系数
Figure 564226DEST_PATH_IMAGE005
为当前计算值，并返回步骤S4.2执行循环，直至误差
Figure 730765DEST_PATH_IMAGE003
的值小于设定阈值或超出设定循环次数；
步骤S4.6、输出上次循环得出的各次项系数
Figure 924156DEST_PATH_IMAGE005
的值，作为后校正函数最终的各次项系数
Figure 783528DEST_PATH_IMAGE005
。
在本实施例中，所述步骤S3更新阶数M以及系数
Figure 2151DEST_PATH_IMAGE004
后所述预校正函数为
Figure 972381DEST_PATH_IMAGE006
，其中D为所述预校正模块3的输出值，G为所述波形发生模块5生成的波形值，m与阶数M相匹配；所述步骤S4更新阶数N以及系数
Figure 717483DEST_PATH_IMAGE005
后所述后校正函数为
Figure 731444DEST_PATH_IMAGE007
，其中S为所述预校正模块3输出的测量校正值，A为所述信号采集模块2的输出值，n与阶数N相匹配。
在本实施例中，所述步骤S3和所述步骤S4获取误差
Figure 686631DEST_PATH_IMAGE003
的值后通过LMS算法、最小二乘法等自适应的迭代算法或者非迭代算法计算各次项新系数。
步骤S1中如果所述信号发生模块1和所述信号采集模块2具有非常明显的非线性，如大信号幅值和小信号幅值下的传输特性不一致，还可以针对每个信号幅度分别校正，即改变信号发生的幅度，重复以上步骤。
对于有一定延时特性的所述信号发生模块1和所述信号采集模块2，还可以在多项式函数中引入延时补偿项来改善校正效果。具有延时补偿项的多项式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。
所述预校正模块3和所述后校正模块4中设置的校正函数还可以为：
非记忆多项式
Figure 742442DEST_PATH_IMAGE008
；
或非线性抽头延时多项式：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
系数更新算法也不应该限于LMS算法，还可以用其他自适应的迭代算法或者非迭代算法如最常见的最小二乘法。

Claims (9)

1.一种测试校正装置，它包括信号发生模块（1）、信号采集模块（2）以及信号处理模组，所述信号处理模组与输入输出信号相连接，所述信号发生模块（1）和所述信号采集模块（2）均与所述信号处理模组连接，所述信号发生模块（1）的输出端与被测声学对象的输入端连接，所述信号采集模块（2）与被测声学对象的响应端配合，其特征在于：所述信号处理模组包括预校正模块（3）和后校正模块（4），所述预校正模块（3）的输入端与输入信号端口连接，所述预校正模块（3）的输出端与所述信号发生模块（1）的输入端连接，所述后校正模块（4）的输出端与输出信号端口连接，所述后校正模块（4）的输入端与所述信号采集模块（2）的输出端相连接，所述测试校正装置还包括波形发生模块（5）、波形分析模块（6）以及THD分析模块（7），所述THD分析模块（7）的输入端短接在所述信号发生模块（1）的输出端和所述信号采集模块（2）的输入端之间，所述THD分析模块（7）的输出端与所述预校正模块（3）和所述后校正模块（4）相连接，所述波形发生模块（5）与所述波形分析模块（6）以及所述预校正模块（3）连接，所述波形分析模块（6）与所述后校正模块（4）连接。
2.根据权利要求1所述的一种测试校正装置，其特征在于：所述预校正模块（3）和所述后校正模块（4）接收所述THD分析模块（7）输出的校正参数，并分别对输入信号进行预校正和对输出信号进行后校正。
3.根据权利要求2所述的一种测试校正装置，其特征在于：所述信号采集模块（2）包括相连接的数模转换器和模拟后端，所述数模转换器将输入的数字信号转换成模拟信号，所述模拟后端将模拟信号进行调理并输出，所述信号采集模块（2）包括模拟前端和模数转换器，所述模拟前端接收物理信号并转换为模拟信号，所述模数转换器将模拟信号转换为数字信号并输出。
4.一种根据权利要求1所述的一种测试校正装置的测量校正方法，其特征在于，所述测量校正方法包括以下步骤：
步骤S1、首先，对所述预校正模块（3）和所述后校正模块（4）中设置的多项式校正函数进行初始化，设校正函数中的一次项系数为1，其余项系数均设为0，同时将所述信号发生模块（1）的输出端和所述信号采集模块（2）的输入端短接；
步骤S2、确定预校正函数和后校正函数中多项式的阶数M、N，阶数M、N由用户设定或通过自动选择方法确定，其中自动选择方法为所述波形发生模块（5）生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块（1）和所述信号采集模块（2）的输出端进行初步信号分析，分别获得两个节点对应各次谐波的幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，获取两个节点幅值中最高次谐波的次数M、N，设定次数M为预校正函数的阶数，设定次数N为后校正函数的阶数；
步骤S3、对预校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数M调整预校正函数的项数，并设定误差的阈值和循环次数，所述波形发生模块（5）生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块（1）的输出端和所述输入信号端口进行信号分析，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
以及所述输入信号端口输出信号的各次谐波的分析幅值
Figure 930691DEST_PATH_IMAGE003
，将参考幅值
Figure 847831DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 909459DEST_PATH_IMAGE003
做差获得当前误差
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的值，根据误差
Figure 304669DEST_PATH_IMAGE004
的值计算各次项新系数
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的值，更新预校正函数的各次项系数
Figure 384620DEST_PATH_IMAGE005
为当前计算值，并重复执行分析和更新系数直至误差
Figure 207083DEST_PATH_IMAGE004
的值小于设定阈值或超出设定循环次数，此时输出上次循环得出的各次项系数
Figure 474116DEST_PATH_IMAGE005
的值，作为预校正函数最终的各次项系数
Figure 912DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤S4、对后校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数N调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 669791DEST_PATH_IMAGE004
的阈值和循环次数，所述波形发生模块（5）生成一定频率的正弦波，对所述信号发生模块（1）的输出端和所述后校正模块（4）的输出端进行信号分析，获得所述信号发生模块（1）输出模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 663155DEST_PATH_IMAGE001
以及所述后校正模块（4）校正后输出的测量信号的各次谐波的分析幅值
Figure 417484DEST_PATH_IMAGE003
，将参考幅值
Figure 436387DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 959772DEST_PATH_IMAGE003
做差获得当前误差
Figure 389616DEST_PATH_IMAGE004
的值，根据误差
Figure 631242DEST_PATH_IMAGE004
的值计算各次项新系数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的值，更新后校正函数的各次项系数
Figure 171945DEST_PATH_IMAGE006
为当前计算值，并重复执行分析和更新系数直至误差
Figure 815416DEST_PATH_IMAGE004
的值小于设定阈值或超出设定循环次数，此时输出上次循环得出的各次项系数
Figure 681740DEST_PATH_IMAGE006
的值，作为后校正函数最终的各次项系数
Figure 410662DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤S5、完成预校正函数的项数M和各次项系数
Figure 489476DEST_PATH_IMAGE005
，和后校正函数的项数N和各次项系数
Figure 66082DEST_PATH_IMAGE006
的校正。
5.根据权利要求4所述的测量校正方法，其特征在于，所述步骤S2中自动选择方法包括如下具体步骤：
步骤S2.1、所述波形发生模块（5）生成一定频率的正弦波G并输出至所述预校正模块（3）；
步骤S2.2、所述预校正模块（3）通过初始化后的校正函数对正弦波G进行校正并输出至所述信号发生模块（1），所述THD分析模块（7）采集所述信号发生模块（1）输出的模拟波形W，对模拟波形W进行分析并输出各次谐波的幅值
Figure 837729DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S2.3、所述波形分析模块（6）分析所述信号采集模块（2）对模拟波形W的测量值S，并输出各次谐波的幅值
Figure 788368DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤S2.4、获取各次谐波的幅值
Figure 670873DEST_PATH_IMAGE001
中最高次谐波的次数M以及获取各次谐波的幅值
Figure 554516DEST_PATH_IMAGE003
中最高次谐波的次数N。
6.根据权利要求4所述的测量校正方法，其特征在于，所述步骤S3中包括如下具体步骤：
步骤S3.1、对预校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数M调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 497064DEST_PATH_IMAGE004
的阈值和循环次数；
步骤S3.2、所述波形发生模块（5）生成一定频率的正弦波，所述预校正模块（3）根据更新后预校正函数对正弦波进行校正并输出至所述信号发生模块（1）；
步骤S3.3、所述THD分析模块（7）采集并分析所述信号发生模块（1）输出的模拟波形，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 934998DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S3.4、所述波形分析模块（6）采集并分析所述波形发生模块（5）生成的正弦波，获得正弦波的各次谐波的分析幅值
Figure 355615DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤S3.5、将参考幅值
Figure 93764DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 207214DEST_PATH_IMAGE003
做差获得当前误差
Figure 132444DEST_PATH_IMAGE004
的值，根据误差
Figure 887911DEST_PATH_IMAGE004
的值计算各次项新系数
Figure 949408DEST_PATH_IMAGE005
的值，更新预校正函数的各次项系数
Figure 233759DEST_PATH_IMAGE005
为当前计算值，并返回步骤S3.2执行循环，直至误差
Figure 713195DEST_PATH_IMAGE004
的值小于设定阈值或超出设定循环次数；
步骤S3.6、输出上次循环得出的各次项系数
Figure 741194DEST_PATH_IMAGE005
的值，作为预校正函数最终的各次项系数
Figure 922777DEST_PATH_IMAGE005
。
7.根据权利要求4所述的测量校正方法，其特征在于，所述步骤S4中包括如下具体步骤：
步骤S4.1、对后校正函数的各次项系数进行初始化，根据阶数N调整预校正函数的项数，并设定误差
Figure 112450DEST_PATH_IMAGE004
的阈值和循环次数；
步骤S4.2、所述波形发生模块（5）生成一定频率的正弦波，所述预校正模块（3）根据步骤S4.3、更新后的预校正函数对正弦波进行校正并输出至所述信号发生模块（1），所述信号采集模块（2）采集所述信号发生模块（1）生成的模拟波形，所述后校正模块（4）对所述信号采集模块（2）采集的测量信号进行后校正并输出；
步骤S4.4、所述THD分析模块（7）采集并分析所述信号发生模块（1）输出的模拟波形，获得预校正后输出的模拟信号的各次谐波的参考幅值
Figure 277852DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S4.5、所述波形分析模块（6）采集并分析所述后校正模块（4）校正后的测量信号，获得校正后测量信号的各次谐波的分析幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤S4.6、将参考幅值
Figure 843962DEST_PATH_IMAGE001
和分析幅值
Figure 676789DEST_PATH_IMAGE007
做差获得当前误差
Figure 37363DEST_PATH_IMAGE004
的值，根据误差
Figure 424482DEST_PATH_IMAGE004
的值计算各次项新系数
Figure 872912DEST_PATH_IMAGE006
的值，更新后校正函数的各次项系数
Figure 763508DEST_PATH_IMAGE006
为当前计算值，并返回步骤S4.2执行循环，直至误差
Figure 560562DEST_PATH_IMAGE004
的值小于设定阈值或超出设定循环次数；
步骤S4.7、输出上次循环得出的各次项系数
Figure 169398DEST_PATH_IMAGE006
的值，作为后校正函数最终的各次项系数
Figure 874049DEST_PATH_IMAGE006
。
8.根据权利要求4所述的测量校正方法，其特征在于：所述步骤S3更新阶数M以及系数
Figure 884731DEST_PATH_IMAGE005
后所述预校正函数为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，其中D为所述预校正模块（3）的输出值，G为所述波形发生模块（5）生成的波形值，m与阶数M相匹配，所述步骤S4更新阶数N以及系数
Figure 118266DEST_PATH_IMAGE006
后所述后校正函数为
Figure 214398DEST_PATH_IMAGE009
，其中S为所述预校正模块（3）输出的测量校正值，A为所述信号采集模块（2）的输出值，n与阶数N相匹配。
9.根据权利要求4所述的测量校正方法，其特征在于：所述步骤S3和所述步骤S4获取误差
Figure 926002DEST_PATH_IMAGE004
的值后通过LMS算法计算各次项新系数。
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