CN108710027B - 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法 - Google Patents

通道间相位差、幅度差的高精度测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108710027B
CN108710027B CN201810502059.9A CN201810502059A CN108710027B CN 108710027 B CN108710027 B CN 108710027B CN 201810502059 A CN201810502059 A CN 201810502059A CN 108710027 B CN108710027 B CN 108710027B
Authority
CN
China
Prior art keywords
channels
channel
conversion
data
phase difference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810502059.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108710027A (zh
Inventor
庞豪
王江
赵蓓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Jiujin Technology Co ltd
Original Assignee
Chengdu Jiujin Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Jiujin Technology Co ltd filed Critical Chengdu Jiujin Technology Co ltd
Priority to CN201810502059.9A priority Critical patent/CN108710027B/zh
Publication of CN108710027A publication Critical patent/CN108710027A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108710027B publication Critical patent/CN108710027B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Phase Differences (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

本发明特别涉及一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：（A）假设多通道输入信号为
Figure 353360DEST_PATH_IMAGE001
；（B）对各通道进行数字下变频处理并抽取滤波器得到下变频后的IQ数据
Figure 79001DEST_PATH_IMAGE002
；（C）选择任一通道
Figure 560798DEST_PATH_IMAGE003
作为参考通道，对
Figure 584249DEST_PATH_IMAGE004
取共轭得到
Figure 467891DEST_PATH_IMAGE005
；（D）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：
Figure 66232DEST_PATH_IMAGE006
；（F）根据得到的复数信号、计算第
Figure 707429DEST_PATH_IMAGE007
通道与第
Figure 659204DEST_PATH_IMAGE008
通道之间的相位差
Figure 23452DEST_PATH_IMAGE009
和幅度差
Figure 668060DEST_PATH_IMAGE010
：通过对共轭相乘后的直流分量进行均值滤波，不存在频谱泄露，因此计算精度相比传统的FFT计算精度高；采用一阶CIC滤波器实现均值滤波，相较于传统的FFT法，运算量要小很多，特别是在通道数比较多的情况下，优势更为明显。

Description

通道间相位差、幅度差的高精度测量方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法。
背景技术
传统的通道间的相位差及幅度差测量方法大都是采用快速傅里叶变换（即FFT）进行频域测量，无论是直接进行实数FFT运算还是基带复数FFT的模式，都会存在由于非整数周期的FFT的频谱泄露，从而造成算法本身会引入一定误差，因此会降低幅度差以及相位差测量精度。为了提高测量精度，现有的方案中一般采用双通道下变频2级HB抽取后进行除法运算，同时采用FFT计算零频直流分量，该专利虽然相对于传统的DDC+FFT或者FFT精度有所提高，但是其采用FFT运算计算量比较大，同时，其采用的2级HB滤波器对带外杂散及噪声抑制不够，会造成测量精度损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：（A）假设多通道输入信号为
Figure 957370DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 451937DEST_PATH_IMAGE002
表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的；（B）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据
Figure 204123DEST_PATH_IMAGE003
，其中
Figure 543969DEST_PATH_IMAGE002
；（C）选择任一通道
Figure 399798DEST_PATH_IMAGE004
作为参考通道，
Figure 862003DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 711273DEST_PATH_IMAGE006
中的任一值，对
Figure 900815DEST_PATH_IMAGE007
取共轭得到
Figure 627462DEST_PATH_IMAGE008
；（D）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：
Figure 480143DEST_PATH_IMAGE009
，其中
Figure 190610DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 121526DEST_PATH_IMAGE010
；（F）根据得到的复数信号按如下公式计算第
Figure 437101DEST_PATH_IMAGE011
通道与第
Figure 991841DEST_PATH_IMAGE005
通道之间的相位差
Figure 720763DEST_PATH_IMAGE012
和幅度差
Figure 268419DEST_PATH_IMAGE013
：
Figure 891030DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 865939DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 82157DEST_PATH_IMAGE010
。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过对共轭相乘后的直流分量进行均值滤波，不存在频谱泄露，因此计算精度相比传统的FFT计算精度高；同时由于已知需要计算的直流分量，这样采用一阶CIC滤波器实现均值滤波，相较于传统的FFT法，运算量要小很多，特别是在通道数比较多的情况下，优势更为明显。
附图说明
图1是本发明中各通道进行数字下变频处理流程图；
图2是本发明中各通道基带数据共轭相乘处理流程图；
图3是本发明中采用一阶CIC滤波器实现均值滤波处理流程图；
图4是本发明的流程框图。
具体实施方式
下面结合图1至图4，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1-4，一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：（A）假设多通道输入信号为
Figure 653078DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 208824DEST_PATH_IMAGE002
表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的；（B）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据
Figure 807164DEST_PATH_IMAGE003
，其中
Figure 510678DEST_PATH_IMAGE002
；（C）选择任一通道
Figure 603399DEST_PATH_IMAGE004
作为参考通道，
Figure 776103DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 155132DEST_PATH_IMAGE006
中的任一值，不失一般性，图中都是以第0通道作为参考通道，对
Figure 486887DEST_PATH_IMAGE007
取共轭得到
Figure 242353DEST_PATH_IMAGE008
；（D）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：
Figure 21959DEST_PATH_IMAGE009
，其中
Figure 181677DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 125362DEST_PATH_IMAGE010
；（F）根据得到的复数信号按如下公式计算第
Figure 310618DEST_PATH_IMAGE011
通道与第
Figure 695463DEST_PATH_IMAGE005
通道之间的相位差
Figure 416294DEST_PATH_IMAGE012
和幅度差
Figure 706330DEST_PATH_IMAGE013
：
Figure 475703DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 308530DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 826361DEST_PATH_IMAGE010
。通过对共轭相乘后的直流分量进行均值滤波，不存在频谱泄露，因此计算精度相比传统的FFT计算精度高；同时由于已知需要计算的直流分量，这样采用一阶CIC滤波器实现均值滤波，相较于传统的FFT法，运算量要小很多，特别是在通道数比较多的情况下，优势更为明显。
作为本发明的优选方案，所述的输入信号包括序列采样时刻，步骤A、B、C、D、F修改为如下步骤：（A1）假设多通道输入信号为
Figure 479059DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 52123DEST_PATH_IMAGE002
表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的，
Figure 864090DEST_PATH_IMAGE016
为序列采样时刻；（B1）对各通道进行数字下变频处理，并进行抽取滤波器得到下变频后的IQ数据
Figure 192303DEST_PATH_IMAGE017
，其中
Figure 942084DEST_PATH_IMAGE002
；（C1）选择任一通道
Figure 381156DEST_PATH_IMAGE018
作为参考通道，
Figure 345832DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 720313DEST_PATH_IMAGE006
中的任一值，对
Figure 82024DEST_PATH_IMAGE019
取共轭得到
Figure 449420DEST_PATH_IMAGE020
；（D1）将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：
Figure 517870DEST_PATH_IMAGE021
，其中
Figure 187886DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 662992DEST_PATH_IMAGE010
；（E1）将复数信号
Figure 709445DEST_PATH_IMAGE022
的实部、虚部分别进行N点均值滤波得到：
Figure 632402DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 597953DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 934256DEST_PATH_IMAGE010
；（F1）根据得到的复数信号按如下公式计算第
Figure 394188DEST_PATH_IMAGE011
通道与第
Figure 187962DEST_PATH_IMAGE005
通道之间的相位差
Figure 199781DEST_PATH_IMAGE012
和幅度差
Figure 351276DEST_PATH_IMAGE013
：
Figure 208374DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 309185DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 180320DEST_PATH_IMAGE010
。这里添加了步骤E1，可以进一步提高测量精度，下面通过具体的计算来阐述上述步骤所具有的优点。
假设原始输入信号的表达式为：
Figure 225637DEST_PATH_IMAGE025
乘以本振信号后为：
Figure 27371DEST_PATH_IMAGE026
Figure 372901DEST_PATH_IMAGE027
Figure 647894DEST_PATH_IMAGE028
Figure 55872DEST_PATH_IMAGE029
经过低通滤波器滤除高频分量
Figure 785931DEST_PATH_IMAGE030
后，获得低通滤波以后的信号
Figure 408805DEST_PATH_IMAGE031
Figure 808693DEST_PATH_IMAGE032
令
Figure 828602DEST_PATH_IMAGE033
；
Figure 221406DEST_PATH_IMAGE034
；
各通道与第
Figure 948053DEST_PATH_IMAGE005
通道进行共轭乘法运算：
Figure 909056DEST_PATH_IMAGE035
Figure 30641DEST_PATH_IMAGE036
Figure 836923DEST_PATH_IMAGE037
Figure 683656DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 674615DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 669115DEST_PATH_IMAGE010
，其实，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
时式子也是可以计算的，
Figure 108449DEST_PATH_IMAGE040
参考通道自身的共轭乘法结果为实数并作为幅度参考值。从上面的公式可以看出，经过共轭相乘之后的数据为直流分量，不存在高频分量，为了进一步提高测量精度可以采用均值滤波的方式。另外由于信号为直流分量，可以看做对于任意点数的滤波或者求和都是周期性的，因此不存在频谱泄露，由此可知该方法计算出的相位差的精度要比FFT出现频谱泄露计算时的精度要高。
优选地，通过ADC采集各通道信号并输出至FPGA或上位机软件中进行处理，这里的ADC也即模数转换器，采用FPGA或上位机软件进行处理都是可以的，但是相对来说选用FPGA进行处理更方便、快捷。在进行通道间的相位一致性测试时，必须保证各通道间是相参同源的，否则由于通道之间存在频差会导致通道间的相差随着时间而变化，从而无法测量。为保证通道之间是相参的，必须保证各级电路都是同源的且采集ADC的时钟以及采样触发信号都是同步的。
作为本发明的优选方案，所述的步骤B1中，下变频是通过采用常规的级联CIC+HB+FIR滤波器实现的。多级滤波器的实现一方面可以提供可变采样率的数据，另一方面还能提供更纯净的信号。
优选地，所述的步骤E1中，均值滤波器为一阶一级CIC滤波器，CIC的***函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
一阶一级CIC滤波器进行均值滤波时，其运算量非常小，这里选用它进行滤波，可以进一步减小计算量。

Claims (5)

1.一种通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，包括如下步骤：
(A)假设多通道输入信号为r(k)，其中k＝0，1，2，...，K-1表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的；
(B)对各通道进行数字下变频处理，并通过抽取滤波器进行滤波，得到下变频后的IQ数据rddc(k)，其中k＝0，1，2，...，K-1；
(C)选择任一通道r(m)作为参考通道，m为(0，1，2...，K-1)中的任一值，对rddc(m)取共轭得到
Figure FDA0002403891870000011
(D)将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：
Figure FDA0002403891870000012
其中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m；
(F)根据得到的复数信号按如下公式计算第k通道与第m通道之间的相位差
Figure FDA0002403891870000013
和幅度差AΔ(k)：
Figure FDA0002403891870000014
其中，k＝0，1，2，...，K-1且k≠m。
2.如权利要求1所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：所述的输入信号包括序列采样时刻，步骤A、B、C、D、F修改为如下步骤：
(A1)假设多通道输入信号为r(k，n)，其中k＝0，1，2，...，K-1表示K个通道的通道号，且这K个通道间是相参同源的，n为序列采样时刻；
(B1)对各通道进行数字下变频处理，并通过抽取滤波器进行滤波，得到下变频后的IQ数据rddc(k，n)，其中k＝0，1，2，...，K-1；
(C1)选择任一通道r(m，n)作为参考通道，m为(0，1，2...，K-1)中的任一值，对rddc(m，n)取共轭得到
Figure FDA0002403891870000015
(D1)将其他通道的下变频数据与参考通道的下变频共轭数据相乘得到处理后的复数信号：
Figure FDA0002403891870000021
其中k＝0，1，2，...，K-1且k≠m；
(E1)将复数信号rmul(k，n)的实部、虚部分别进行N点均值滤波得到：
Figure FDA0002403891870000022
其中，k＝0，1，2，...，K-1且k≠m；
(F1)根据得到的复数信号按如下公式计算第k通道与第m通道之间的相位差
Figure FDA0002403891870000023
和幅度差AΔ(k)：
Figure FDA0002403891870000024
其中，k＝0，1，2，...，K-1且k≠m。
3.如权利要求2所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：通过ADC采集各通道信号并输出至FPGA或上位机软件中进行处理，各级电路都是同源的且采集ADC的时钟以及采样触发信号都是同步的。
4.如权利要求2所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：所述的步骤B1中，下变频是通过采用常规的级联CIC+HB+FIR滤波器实现的。
5.如权利要求2所述的通道间相位差、幅度差的高精度测量方法，其特征在于：所述的步骤E1中，均值滤波器为一阶一级CIC滤波器，CIC的***函数为：
Figure FDA0002403891870000031
CN201810502059.9A 2018-05-23 2018-05-23 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法 Active CN108710027B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810502059.9A CN108710027B (zh) 2018-05-23 2018-05-23 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810502059.9A CN108710027B (zh) 2018-05-23 2018-05-23 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108710027A CN108710027A (zh) 2018-10-26
CN108710027B true CN108710027B (zh) 2020-05-15

Family

ID=63868546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810502059.9A Active CN108710027B (zh) 2018-05-23 2018-05-23 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108710027B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108710027B (zh) * 2018-05-23 2020-05-15 成都玖锦科技有限公司 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法
CN113702701B (zh) * 2021-08-09 2024-06-14 成都玖锦科技有限公司 一种基于梳状波信号的幅相特性测量方法
CN114137474A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 天津光电通信技术有限公司 适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置
CN114264865B (zh) * 2022-03-03 2022-05-24 武汉格蓝若智能技术有限公司 一种电流采集装置在线自校准方法
EP4145151B1 (en) * 2022-07-18 2024-05-08 Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG Signal processing module and measurement instrument

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018713A (zh) * 2012-12-24 2013-04-03 中国电子科技集团公司第五十四研究所 基于导航数字多波束接收阵列天线的卫星跟踪测角方法
CN103117758A (zh) * 2013-01-14 2013-05-22 上海国越信息科技有限公司 Uhf频率测流雷达保持多通道接收机相位一致性的方法
WO2017157122A1 (zh) * 2016-03-18 2017-09-21 中兴通讯股份有限公司 用于pusch信道的相位补偿方法及装置
CN107219496A (zh) * 2017-06-16 2017-09-29 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种改进的相关干涉仪鉴相方法
CN108008188A (zh) * 2017-12-06 2018-05-08 成都玖锦科技有限公司 一种通道间相位差、幅度差的测量方法
CN108710027A (zh) * 2018-05-23 2018-10-26 成都玖锦科技有限公司 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018713A (zh) * 2012-12-24 2013-04-03 中国电子科技集团公司第五十四研究所 基于导航数字多波束接收阵列天线的卫星跟踪测角方法
CN103117758A (zh) * 2013-01-14 2013-05-22 上海国越信息科技有限公司 Uhf频率测流雷达保持多通道接收机相位一致性的方法
WO2017157122A1 (zh) * 2016-03-18 2017-09-21 中兴通讯股份有限公司 用于pusch信道的相位补偿方法及装置
CN107219496A (zh) * 2017-06-16 2017-09-29 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种改进的相关干涉仪鉴相方法
CN108008188A (zh) * 2017-12-06 2018-05-08 成都玖锦科技有限公司 一种通道间相位差、幅度差的测量方法
CN108710027A (zh) * 2018-05-23 2018-10-26 成都玖锦科技有限公司 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
多通道高精度幅相检测模块的设计;王耀磊 等;《电脑知识与技术》;，;20150531(第13期);第256-258页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108710027A (zh) 2018-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108710027B (zh) 通道间相位差、幅度差的高精度测量方法
US20200011911A1 (en) High-precision frequency measuring system and method
CN102955060B (zh) 一种去除电力***故障信号中衰减直流分量的方法
CN108763720B (zh) 采样率可任意下调的ddc的实现方法
CN107561357B (zh) 一种基于信道化的高精度瞬时测频方法和装置
CN101399930B (zh) 智能型扫描频道的方法及其相关装置
JPH09214293A (ja) 周波数推定回路およびそれを用いたａｆｃ回路
CN108918965A (zh) 多通道信号相位、幅度高精度测量方法
CN103823177B (zh) 基于窗函数设计的滤波器性能检测方法和***
US8860505B2 (en) Lock-in amplifier with phase-synchronous processing
CN105445550A (zh) 一种基于无盲区数字信道化的宽带实时谱分析***及方法
CN111049772A (zh) 应用于矢量信号分析仪平台的实现5g信号同步处理的***及其方法
CN102361452B (zh) 多通道频分信号快速检测装置与控制方法
CN117076833B (zh) 一种基于fpga的单比特降维快速傅里叶变换方法
CN107104674B (zh) 电参量计量过程中的噪声功率估计装置
JP2008064684A (ja) 電力系統のインピーダンス測定装置
CN107430159B (zh) 用于无涟波ac功率确定的***及方法
CN112468148A (zh) 一种多采样率的低功耗微机械陀螺数字信号处理方法
Li et al. Design of a Digital Decimation Filter with High Speed and Low Complexity
CN111970003B (zh) Adc频谱测试中非相干采样信号恢复方法
WO2011128881A2 (en) Implementation of complex sampling and time delays calculation
CN112748285A (zh) 一种基于智能跟踪相关运算的相位测量方法
CN104535920A (zh) Bist的测试电路和测试方法
CN117439547B (zh) 一种多相滤波数字下变频方法、装置及雷达***
CN114415933B (zh) 基于fpga的互相关运算器、处理方法和信号处理***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant