CN106597098B - 一种频谱分析仪的数据处理方法和装置 - Google Patents

一种频谱分析仪的数据处理方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种频谱分析仪的数据处理装置，包括获取模块、拟合模块、数据转换器、处理器和失真校准模块，利用获取模块获取到被测信号的线性点频率和线性点幅值，通过数据转换器将线性点频率转换为对数点频率，同时利用拟合模块通过数据拟合得到拟合函数，再利用处理器根据拟合函数和对数点频率计算出对数点幅值，得到生成对数波形需要的数据，进一步，通过利用失真校准模块消除因频率转换出现的数据失真现象，使得在频谱分析仪的显示屏上准确、方便地显示被测信号在对数频率下的波形形状，该装置占用FPGA资源较少，成本较低，实施较为容易。相应地，本申请还公开了一种频谱分析仪的数据处理方法。

Description

一种频谱分析仪的数据处理方法和装置
技术领域
本申请涉及电子仪器领域，尤其是一种频谱分析仪的数据处理方法和装置。
背景技术
在现代测试测量领域，工程师在使用电子测量仪器时，在某些场景下不仅希望能够看到被测信号在线性频率下的形状，还希望看见在对数频率下的形状。频谱分析仪为一适当而必备的量测仪器，频谱分析仪的主要功能是测量信号的频率响应，横轴代表频率，纵轴代表被测信号功率或电压的数值，可用来显示量测的结果。为了直接观察到对数波形，传统的方法采用硬件方法实现,利用对数方式扫描，从而得到对数波形数据，这样的方案比较复杂、成本比较高，而且占用的FPGA资源较多、实施代价太大、成本较高。
发明内容
本申请提供一种频谱分析仪的数据处理方法和装置，将线对数波形数据直接显示在频谱分析仪屏幕上，并解决线性数据转换成对数数据失真的问题。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种频谱分析仪的数据处理方法，包括：
获取步骤，获取线性点数据，所述线性点数据包括线性点频率和线性点幅值；
转换步骤，将所述线性点频率转换为对应的对数点频率；
拟合步骤，将所述线性点数据进行拟合，得到拟合函数；
计算步骤，根据所述拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值，得到所有对数点数据，所述对数点数据包括对数点频率和对数点幅值。
在一些实施例中，在所述计算步骤之后，还包括判断步骤：当多个线性点对应同一个对数点时，根据频谱分析仪检波方式，从所述多个线性点中，挑选出与所述对数点最接近的线性点的幅值作为所述对数点的幅值。
在一些实施例中，其特征在于，所述频谱分析仪检波方式是指频谱分析仪的功能，包括峰值检波和平均值检波。
在一些实施例中，在所述计算步骤之后，还包括判断步骤：当多个对数点对应同一个线性点时，将所述线性点的幅值作为与所述线性点最接近的对数点的幅值，其余的对数点根据拟合函数计算得出对数点的幅值。
在一些实施例中，在所述计算步骤之后，还包括失真处理步骤，包括：
遍历所有对数点，对于每一个对数点，找出左右相邻的对数点，即前对数点和后对数点，
在所述线性点频率中，找到大于所述前对数点频率的最小线性频率点和小于所述后对数点频率的最大线性频率点；
在所述线性点幅值中，找出所述最小线性点频率与最大线性点频率范围内最大线性点幅值；
比较对数点的幅值与所述最大线性点幅值，若所述对数点的幅值小于所述最大线性点幅值，所述对数点的幅值不变，若所述对数点的幅值大于所述最大线性点幅值，用所述最大线性点幅值作为所述对数点的幅值。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种频谱分析仪的数据处理装置，包括：
获取模块，与所述数据处理装置的输入端相连接，用于获取线性点数据，所述线性点数据包括线性点频率和线性点幅值；
数据转换器，用于将所述线性点频率转换为对应的对数点频率；
拟合模块，用于将所述线性点数据进行拟合，得到拟合函数；
处理器，用于根据所述拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值；
显示器，用于根据所述对数点频率和对数点的幅值，显示对数点波形。
在一些实施例中，所述处理器包括第一处理模块、判断模块、第二处理模块和检波模块；
所述第一处理模块用于根据所述拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值；
所述判断模块用于判断是否存在多个线性点对应同一个对数点或多个对数点对应同一个线性点；
所述第二处理模块用于当多个线性点对应同一个对数点时，根据频谱分析仪检波方式，从所述多个线性点中，挑选出与所述对数点最接近的线性点的幅值作为所述对数点的幅值；当多个对数点对应同一个线性点时，将所述线性点的幅值代替与所述线性点最接近的对数点的幅值，其余的对数点由所述处理器根据拟合函数得出对数点的幅值；
所述检波模块用于设置频谱分析仪的功能。
在一些实施例中，所述检波模块的检波方式包括峰值检波和平均值检波。
在一些实施例中，还包括失真处理模块，连接于所述处理器和显示器之间，用于消除因线性点频率转换为对数点频率而引起的数据失真现象。
本申请的有益效果是：由于本申请的频谱分析仪的数据处理方法和装置通过采用较容易实现的线性扫描方式获取得到被测信号的线性点数据，再通过频率转换得到对数点频率，并通过数据拟合，由拟合函数求出对数点幅值，得到生成对数波形所需要的数据，进一步，通过失真校准处理，消除了因频率转换出现的数据失真现象，使得在频谱分析仪的显示屏上准确、方便地显示了被测信号在对数频率下的波形形状。整个过程实施方式简单、易行，需购置的装置较少，占用FPGA资源较少，成本较低，实施较为容易。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种频谱分析仪的数据处理装置结构框图；
图2为本申请实施例提供的数据处理装置的处理器的结构框图；
图3为本申请实施例提供的一种频谱分析仪的数据处理方法流程图。
具体实施方式
请参考图1，本申请提供了一种频谱分析仪的数据处理装置，包括获取模块1、存储器2、拟合模块3、数据转换器4、处理器5、失真校准模块6和显示器7。
获取模块1，与数据处理装置的输入端相连接，用于获取线性点数据，所述线性点数据包括线性点频率和线性点幅值。频谱分析仪采用线性扫描的方式扫描被测试对象，获得被测信号的频率值和幅值均为线性数据，称为线性点频率和线性点幅值。线性扫描的方式为频谱分析仪常用的扫描方式，实现方式容易、占用资源少。频谱分析仪每次扫描的频率步进是变化的，因此，对于每一次获取到的数据也是变化的。假设被测试对象的波形宽度为n，线性点频率区间为[f0,fn]，每次获取的线性点频率区间为[m,m+p]，m为任意值，p>0且为可变参数，则[fstart,fstop]＝[f0,fn]，fstart为线性点的起始频率，fstop为线性点的终止频率。
存储器2，用于存储获取模块1获取到的线性点数据，包括线性点频率和线性点幅值。
拟合模块3，用于将获取模块1获取到的线性点数据进行拟合，得到拟合函数。具体地，将每一次获取到的频率数据[m,m+p]与已经获取的频率数据[f0,m]进行拟合，得到频率区间为[f0,m+p]的拟合函数。
数据转换器4，用于根据转换公式，将所述线性点频率转换为对应的对数点频率。转换公式为
其中，fx为对数点频率，n为波形宽度，fstart为线性点的起始频率，fstop为线性点的终止频率。
根据上述转换公式，每次获取的线性点频率区间为[m,m+p]被转换为对数点频率区间为[k,k+l]，l>0且与p有关；对数点的波形宽度也为n，整个波形频率为[f0,fn]。
参考图2，为本申请实施例提供的数据处理装置的处理器的结构框图，处理器5包括第一处理模块51、判断模块52、第二处理模块53和检波模块54。
第一处理模块51用于根据拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值；
判断模块52用于判断是否存在多个线性点对应同一个对数点或多个对数点对应同一个线性点。若不存在多个线性点对应同一个对数点或多个对数点对应同一个线性点，则计算得到的对数点幅值数据直接输出至后级的失真校准模块6，反之，对数点幅值数据被输出至第二处理模块53。
第二处理模块53用于对数点幅值数据进一步处理，当多个线性点对应同一个对数点时，根据频谱分析仪检波方式，从所述多个线性点中，挑选出与所述对数点最接近的线性点的幅值作为所述对数点的幅值；当多个对数点对应同一个线性点时，将所述线性点的幅值代替与所述线性点最接近的对数点的幅值，其余的对数点根据拟合得出幅值；
检波模块54用于设置频谱分析仪的功能，检波方式包括峰值检波和平均值检波。
失真校准模块6用于消除因线性点频率转换为对数点频率而引起的数据失真现象。数据失真现象是指原态数据在转换过程中失去了准确还原为原生数据的现象，本数据处理装置由于将线性点频率转换为对数点频率，不可避免地出现数据失真现象，失真校准模块6通过对对数点的数据进行一系列处理，解决了这一问题，详细的失真校准方法见下文。
显示器7用于根据对数点频率和对数点幅值，将被测信号的对数波形直接显示在频谱分析仪的显示器上，便于频谱分析仪用户观察。
基于上述频谱分析仪的数据处理装置，本申请还提供了一种频谱分析仪的数据处理方法。
参考图3，为本申请实施例提供的一种频谱分析仪的数据处理方法流程图，包括：
获取步骤10，获取线性点数据，所述线性点数据包括线性点频率和线性点幅值；频谱分析仪采用线性扫描的方式扫描被测试对象，获得被测信号的线性点频率值和线性点幅值；
转换步骤20，根据转换公式，将所述线性点频率转换为对应的对数点频率；转换公式为
其中，fx为对数点频率，n为波形宽度，fstart为线性点的起始频率，fstop为线性点的终止频率。
根据上述转换公式，每次获取的线性点频率区间为[m,m+p]被转换为对数点频率区间为[k,k+l]，l>0且与p有关；对数点的波形宽度也为n，整个波形频率为[f0,fn]。
拟合步骤30，将所述线性点数据进行拟合，得到拟合函数；
具体地，将每一次获取到的频率数据[m,m+p]与已经获取的频率数据[f0,m]进行拟合，得到频率区间为[f0,m+p]的拟合函数。
计算步骤40，根据所述拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值，得到对数点幅值A；
判断步骤50，在计算步骤之后，遍历所有线性点，判断是否存在多个线性点对应同一个对数点或多个对数点对应同一个线性点；
具体地，当多个线性点对应同一个对数点时，根据频谱分析仪检波方式，从所述多个线性点中，挑选出与所述对数点最接近的线性点的幅值作为所述对数点的幅值；当多个对数点对应同一个线性点时，将所述线性点的幅值代替并表示与所述线性点最接近的对数点的幅值，其余的对数点根据拟合函数计算得出对数点的幅值；
失真校准步骤60，在判断步骤之后，遍历所有对数点，对对数点幅值进行失真校准；
具体地，失真校准方法为:
对于每一个对数点，找出左右相邻的对数点，即前对数点f1和后对数点f2；在线性点频率中，找到大于所述前对数点频率f1的最小线性频率点f1’和小于所述后对数点频率f2的最大线性频率点f2’；在线性点幅值中，找出所述最小线性点频率与最大线性点频率范围内，即区间[f1’,f2’]内，最大线性点幅值A’；比较所述对数点的幅值A与所述最大线性点幅值A’，若所述对数点的幅值小于所述最大线性点幅值，即A>A’，所述对数点的幅值不变，若所述对数点的幅值大于所述最大线性点幅值，即A<A’，用所述最大线性点幅值A’作为所述对数点的幅值。
综上所述，由于本申请的频谱分析仪的数据处理方法和装置通过采用较容易实现的线性扫描方式获取得到被测信号的线性点数据，再通过频率转换得到对数点频率，并通过数据拟合，由拟合函数求出对数点幅值，得到生成对数波形所需要的数据，进一步，通过失真校准处理，消除了因频率转换出现的数据失真现象，使得在频谱分析仪的显示屏上准确、方便地显示了被测信号在对数频率下的波形形状。整个过程实施方式简单、易行，需购置的装置较少，占用FPGA资源较少，成本较低，实施较为容易。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (7)

1.一种频谱分析仪的数据处理方法，其特征在于，包括：
获取步骤，获取线性点数据，所述线性点数据包括线性点频率和线性点幅值；
转换步骤，将所述线性点频率转换为对应的对数点频率；
拟合步骤，将所述线性点数据进行拟合，得到拟合函数；
计算步骤，根据所述拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值，得到所有对数点数据，所述对数点数据包括对数点频率和对数点幅值；
失真校准步骤包括：
遍历所有对数点，对于每一个对数点，找出左右相邻的对数点，即前对数点和后对数点；
在所述线性点频率中，找到大于所述前对数点频率的最小线性频率点和小于所述后对数点频率的最大线性频率点；
在所述线性点幅值中，找出所述最小线性点频率与最大线性点频率范围内最大线性点幅值；
比较对数点的幅值与所述最大线性点幅值，若所述对数点的幅值小于所述最大线性点幅值，所述对数点的幅值不变，若所述对数点的幅值大于所述最大线性点幅值，用所述最大线性点幅值作为所述对数点的幅值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算步骤之后和所述失真校准步骤之前，还包括判断步骤：当多个线性点对应同一个对数点时，根据频谱分析仪检波方式，从所述多个线性点中，挑选出与所述对数点最接近的线性点的幅值作为所述对数点的幅值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述频谱分析仪检波方式是指频谱分析仪的功能，包括峰值检波和平均值检波。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算步骤之后和所述失真校准步骤之前，还包括判断步骤：当多个对数点对应同一个线性点时，将所述线性点的幅值作为与所述线性点最接近的对数点的幅值，其余的对数点根据拟合函数计算得出对数点的幅值。
5.一种频谱分析仪的数据处理装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取线性点数据，所述线性点数据包括线性点频率和线性点幅值；
数据转换器，用于将所述线性点频率转换为对应的对数点频率；
拟合模块，用于将所述线性点数据进行拟合，得到拟合函数；
处理器，用于根据所述拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值；
失真校准模块，与所述处理器连接，用于遍历所有对数点，对于每一个对数点，找出左右相邻的对数点，即前对数点和后对数点，在所述线性点频率中找到大于所述前对数点频率的最小线性频率点和小于所述后对数点频率的最大线性频率点，在所述线性点幅值中找出所述最小线性点频率与最大线性点频率范围内最大线性点幅值，比较对数点的幅值与所述最大线性点幅值，若所述对数点的幅值小于所述最大线性点幅值，所述对数点的幅值不变，若所述对数点的幅值大于所述最大线性点幅值，用所述最大线性点幅值作为所述对数点的幅值；
显示器，与所述失真校准模块连接，用于根据所述对数点频率和所述失真校准模块得到的对数点的幅值，显示对数点波形。
6.如权利要求5所述的数据处理装置，其特征在于，所述处理器包括第一处理模块、判断模块、第二处理模块和检波模块；
所述第一处理模块用于根据所述拟合函数和对数点频率，计算对数点的幅值；
所述判断模块用于判断是否存在多个线性点对应同一个对数点或多个对数点对应同一个线性点；
所述第二处理模块用于当多个线性点对应同一个对数点时，根据频谱分析仪检波方式，从所述多个线性点中，挑选出与所述对数点最接近的线性点的幅值作为所述对数点的幅值；当多个对数点对应同一个线性点时，将所述线性点的幅值代替与所述线性点最接近的对数点的幅值，其余的对数点由所述处理器根据拟合函数得出对数点的幅值；
所述检波模块用于设置频谱分析仪的功能。
7.如权利要求6所述的数据处理装置，其特征在于，所述检波模块的检波方式包括峰值检波和平均值检波。
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