专利名称：一种超外差式微波分析仪器中的频率瞬变特征检测检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种超外差式微波分析仪器中的频率瞬变特征检测检测装置及方法。
背景技术：
现在微波射频设备越来越复杂，越来越多的频率随时间变化的微波信号也需要进行测试分析，从而让工程师了解信号频率在短期内的行为方式。超外差式微波信号分析仪器中为了解决这个问题，通常采用实时触发方法，实时检测信号特征，将信号特征与预设的检测条件进行对比判定，并将满足检测条件的时刻发生前后的数据信息存储下来，从而进行详细的事后分析。一般超外差式微波分析仪器通常首先将被测信号通过滤波混频后变频到中频，中 频信号经过滤波放大后进行数字化，高速ADC量化后的中频信号再经过数字下变频和抽取滤波处理，将中频信号变成零中频的数字IQ复信号，然后存储到一个大容量的数据存储器中，信号分析几乎都是基于这些IQ数据进行的分析处理。为了分析一些特殊的信号或者感兴趣的信号，微波信号分析仪通常利用触发检测机制，实时检测信号特征，对满足预设特征条件的信号数据进行选择性存储，从而分析感兴趣的信号数据。目前的超外差式微波信号分析仪器都是通过各种触发来稳定或截获各种信号从而进行测试分析的。但是超外差式微波信号分析仪器中通过被测量信号的特征触发的手段只有视频触发或功率触发，即检测被测量信号的幅度变化。而频率瞬变信号的频率随时间变化，信号幅度不发生变化或变化很�。虼宋薹ń衅德仕脖涮卣鞯募觳獯シ�。为了检测异常的信号频率变化并存储记录信号数据，目前已有的技术是采用实时频谱模板触发技术，该技术的原理由于信号频率变化时，信号的频谱也发生变化，频谱模板触发根据频谱模板定义比较每一个频谱的变化，对满足模板定义的信号频谱进行检测并触发。实现方案如图I所示，超外差式微波分析仪器通常首先将被测信号变频到中频，然后经过中频滤波放大后进行数字化，高速ADC量化后的中频信号首先需要经过数字下变频和抽取滤波处理，将中频信号变成零中频的数字IQ复信号，IQ信号分成两路，一路数据进行实时频谱计算，通过实时计算信号FFT频谱获得信号的瞬时频谱，另一路进入数据存储器，该存储器通过控制实现先进先出的数据缓存。当计算的实时频谱通过与预设的频谱模板比较后，满足触发预设触发检测条件时，将产生一次触发事件，此时将该时间段内的信号数据进行存储。当信号的频率频谱(201)没有进入预设的频谱模板区域(203)时，则不产生触发，当计算的信号频谱(301)进入预设的频谱模板区域(302)进行触发。此时将信号从频谱(201)变成频谱(301)的时间范围内的信号IQ数据存储下来，从而可以实现频率瞬变信号的检测。目前实时频谱分析仪中的频谱模板触发技术虽然可以通过实时检测信号频谱的变化来检测频率瞬变信号，从而将被测量的频率瞬变信号捕获存储下来，从而进行测试分析，但是频谱模板触发技术检测信号的频率变化是通过计算信号的FFT频谱得到的，受到傅立叶变换理论的限制，这种技术检测的信号频率变化的时间分辨率受到FFT时间长度的限制，因此不能检测频率快速变化的信号特征，尤其是对那些频率变化时间短于FFT时间长度的信号更不适用。
发明内容
针对上述缺点，本发明用软件无线电理论，采用数字包络检波实时监测被测信号功率，采用相位差分法实时测量信号的瞬时频率， 利用检测装置来判断信号频率变化规律是否满足检测条件，从而将信号频率变化时的信号数据采集并存储下来，进而进行相关的测试分析。其中检测装置通过与设置的信号功率门限和信号频率门限来检测信号频率变化是否满足预先设置的检测条件。本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的一种超外差式微波分析仪器中的频率瞬变特征检测检测装置，该装置用于对频率瞬变信号进行检测并存储，采用可编程门阵列实现。包括数据存储单元、功率计算单元、相位计算单元、信号瞬时频率计算单元、规则比较器和存储控制单元，其中数据存储单元505，功率计算单元502和相位计算单元503同时接收数字下变频抽取滤波单元输出的IQ数据流501，功率计算单元502输出的信号瞬时功率和预设的最低信号功率门限506输入到门限比较器507，相位计算单元503输出的信号瞬时相位输入到信号瞬时频率计算单元504，信号频率计算单元504输出的信号瞬时频率和预设信号瞬时频率上限508输入到门限比较器511，信号频率计算单元504输出的信号瞬时频率和预设信号瞬时频率上限509输入到门限比较器510 ;门限比较器输出的比较结果均输入到规则比较器515，通过规则处理器515综合判定，当信号满足预设规则条件时，规则处理器515输出到存储控制单元516 —个控制信号，该控制信号决定当前对应的IQ数据存放在数据存储单元505中的地址，存储控制单元516用来控制存储的IQ数据流的访问。一种检测频率瞬变特征的方法，其特征在于，该方法包括五个步骤(I)给出仪器检测频率瞬变特征的三个预设参数频率上限、频率下限和最小可检测信号功率，频率下限和频率上限代表的频率区间表示了信号频率范围；(2)给出仪器检测频率瞬变特征的预设规则，信号状态任意两个之间的切换定义为N个动作，这N个动作则表示出了频率瞬变特征的N个预设规则；(3)将两个预设参数设置到对应门限比较器的输入寄存器，分别是预设信号瞬时频率上限508、预设信号瞬时频率下限509和预设的最低信号功率门限506 ；(4)对当前实时获取的IQ数据流的频率特征进行实时检测，直到规则处理器515输出合法的控制信号；(5)存储控制单元516根据规则处理器515输出合法的控制信号，决定继续获取多少IQ数据，并将获取的IQ数据存储到已知的位置；(6)读取获得的满足预设规则的IQ数据并分析。
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。图I实时频谱模板触发技术原理
图2 —般超外差式微波信号分析仪器的基本原理3用于检测频率瞬变特征的实时检测的检测装置
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。本发明给出了一种用于检测频率瞬变特征的实时检测方法和检测装置，用于对频率瞬变信号进行检测并存储。该装置可以采用FPGA(可编程门阵列)实现，如图5所示，包括以下几个部分数据存储单元505，功率计算单元502和相位计算单元503同时接收数字下变频抽取滤波单元输出的IQ数据流501，功率计算单元502输出的信号瞬时功率与预设的最低信 号功率门限506输入到门限比较器507，相位计算单元503输出的信号瞬时相位输入到信号瞬时频率计算单元504，信号频率计算单元504输出的信号瞬时频率与预设信号瞬时频率上限508输入到门限比较器511，信号频率计算单元504输出的信号瞬时频率与预设信号瞬时频率上限509输入到门限比较器510 ;门限比较器507、511和510输出的比较结果512、513和514均输入到规则比较器515，通过规则处理器515综合判定，当信号满足预设规则条件时，规则处理器515输出到存储控制单元516 —个控制信号，该控制信号决定当前对应的IQ数据存放在数据存储单元505中的地址。存储控制单元516用来控制存储的IQ数据流的访问。本发明给出的检测频率瞬变特征的方法包括五个步骤第一步，给出仪器检测频率瞬变特征的三个预设参数频率上限F2、频率下限Fl和最小可检测信号功率A0。频率下限和频率上限代表的频率区间表示了信号频率范围(Fl，F2)。第二步，给出仪器检测频率瞬变特征的预设规则，如果将获得的信号瞬时频率用F表示，信号功率用A表示。则信号存在M个状态，例如状态F G $1，？2)且六>八0 ；FG (Fl,F2)且A < AO ;F > R)且A > AO等，将这M个状态任意两个之间的切换定义为N个动作。这N个动作则表示出了频率瞬变特征的N个预设规则。第三步，将三个预设参数设置到对应门限比较器的输入寄存器，分别是预设信号瞬时频率上限508、预设信号瞬时频率下限509和预设的最低信号功率门限506。第四步，对当前实时获取的IQ数据流的频率特征进行实时检测，直到规则处理器515输出合法的控制信号。第五步，存储控制单元516根据规则处理器515输出合法的控制信号，决定继续获取多少IQ数据，并将获取的IQ数据存储到已知的位置。第六步，读取获得的满足预设规则的IQ数据并分析。
权利要求
1.一种超外差式微波分析仪器中的频率瞬变特征检测检测装置，包括数据存储单元、功率计算单元、相位计算单元、信号瞬时频率计算单元、规则比较器和存储控制单元，其特征在于，数据存储单元(505)，功率计算单元(502)和相位计算单元(503)同时接收数字下变频抽取滤波单元输出的IQ数据流(501)，功率计算单元(502)输出的信号瞬时功率和预设的最低信号功率门限(506)输入到门限比较器(507)，相位计算单元(503)输出的信号瞬时相位输入到信号瞬时频率计算单元(504)，信号频率计算单元(504)输出的信号瞬时频率和预设信号瞬时频率上限(508)输入到门限比较器(511)，信号频率计算单元(504)输出的信号瞬时频率和预设信号瞬时频率上限(509)输入到门限比较器(510);门限比较器输出的比较结果均输入到规则比较器(515)，通过规则处理器(515)综合判定，当信号满足预设规则条件时，规则处理器(515)输出到存储控制单兀(516) 一个控制信号,该控制信号决定当前对应的IQ数据存放在数据存储单元(505)中的地址，存储控制单元(516)用来控制存储的IQ数据流的访问。
2.如权利要求I所述的一种超外差式微波分析仪器中的频率瞬变特征检测检测装置，其特征在于该装置用于对频率瞬变信号进行检测并存储，采用可编程门阵列实现。
3.—种检测频率瞬变特征的方法，其特征在于，该方法包括五个步骤 (1)给出仪器检测频率瞬变特征的三个预设参数频率上限、频率下限和最小可检测信号功率，频率下限和频率上限代表的频率区间表示了信号频率范围； (2)给出仪器检测频率瞬变特征的预设规则，信号状态任意两个之间的切换定义为N个动作，这N个动作则表示出了频率瞬变特征的N个预设规则； (3)将两个预设参数设置到对应门限比较器的输入寄存器，分别是预设信号瞬时频率上限(508)、预设信号瞬时频率下限(509)和预设的最低信号功率门限(506)； (4)对当前实时获取的IQ数据流的频率特征进行实时检测，直到规则处理器(515)输出 合法的控制信号； (5)存储控制单元(516)根据规则处理器(515)输出合法的控制信号，决定继续获取多少IQ数据，并将获取的IQ数据存储到已知的位置；(6)读取获得的满足预设规则的IQ数据并分析。
全文摘要
一种超外差式微波分析仪器中的频率瞬变特征检测检测装置及方法，包括数据存储单元、功率计算单元、相位计算单元、信号瞬时频率计算单元、规则比较器和存储控制单元，通过数字包络检波实时监测信号功率，与预设的信号功率门限进行比较，从而判断信号功率是否满足预设的功率检测条件。通过相位差分法实时测量信号瞬时频率，与预设的信号频率范围进行比较，从而判定信号频率变化是否满足预设的频率检测条件。通过检测装置判定信号的频率变化特征是否满足预设的频率变化特征，并将当前获得的信号数据存储下来，从而进行相应的测试分析。
文档编号G01R23/02GK102735924SQ20121019555
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者孟庆立, 张超, 战云, 詹永卫 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所
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