1.一种频谱扫描测量装置,其特征在于,包括:低通滤波器、同步控制模块、变频链路及模数转换器和数字信号处理模块;
所述低通滤波器用于滤除输入的高频干扰信号,防止高频干扰信号以镜像的方式进入装置,干扰对有效输入信号的测量;
所述同步控制模块用于控制变频链路及模数转换器和数字信号处理模块按照同一时钟的触发,进行同步协调工作;
所述变频链路包括n+1个混频器、n+1个带通滤波波器,以及n个固定本振和一个相位可重复扫频本振;
其中,第0级本振为相位可重复扫频本振,输入信号和第0级本振信号都送入第0个混频器,在该混频器的作用下将产生如下信号:fIF=fLO-fRF
fIM=fLO+fRF
然后,第0级带通滤波器将滤除掉信号fIM,只留下信号fIF;按照ADC的采样频率范围,信号fIF由后n个混频器、后n个带通滤波器,以及n个固定本振组成多级下变频链路进行变频处理,通过级联方式多次降低中频信号的频率,直到满足模数转换器的输入需求;
所述模数转换器将输入的模拟信号进行模数转,使其转变为数字信号,并输入数字信号处理模块;
所述数字信号处理模块通过对输入数字信号依次进行快速傅里叶变换、相位恢复、幅度和相位校准,从而重构出输入信号的时域波形。
2.一种频谱扫描测量装置获取信号时域波形的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、利用低通滤波器滤除输入的高频干扰信号,防止高频干扰信号以镜像的方式进入系统,干扰对有效输入信号的测量;
(2)、同步控制模块控制变频链路及模数转换器和数字信号处理模块按照同一时钟的触发,确保装置按照已知和可控的时间间隔进行频率扫描测量;
(3)、设置相位可重复扫频本振的扫描时间间隔为T,频谱扫描步进间隔为f0;
(4)、通过变频链路对输入信号的频率进行多次变频处理,使变频链路输出的信号频率满足模数转换器的输入需求;
(5)、模数转换器将输入的模拟信号进行模数转换,使其转变为数字信号,并输入数字信号处理模块;
(6)、数字信号处理模块对输入的数字信号进行快速傅里叶变换FFT,将其计算出的频率值分布在一系列间隔为Δf的离散序列上,其中,Δf满足:其中,fs为ADC的采样率,M为FFT变换的点数;
(7)、对FFT变换后的各频率分量的相位进行相位恢复(7.1)、补偿相位可重复扫频本振的滞后时间
设被测的输入信号与第n次相位可重复扫频本振信号nf0混频所得中频信号的频谱中,在mΔf频率处对应的被测输入信号的实际幅度、相位和频率值分别为Anm、 和fnm,则被测的输入信号频率值由该相位可重复扫频本振信号和中频信号表示为:fnm=nf0-mΔf
那么,被测输入信号实际表示为:
由于时间延迟的影响,测量得到的被测输入信号的相位值 为:因此,应补偿由相位可重复扫频本振的滞后时间所引起的相位变化,该频率处输入信号的实际相位为:(7.2)、补偿本振信号相位
设相位可重复扫频本振的第n个扫频本振信号nf0的相位为 则相位实际值表示为:(7.3)、计算各频率分量的相位进行相位恢复后的实际值;
(8)、幅度和相位校准
(8.1)、对幅度和相位进行粗校准
(8.1.1)、利用梳状波发生器产生各频率分量幅度和相位已知的梳状波,其从频域看为频率间隔较为稀疏多重正弦波信号的叠加,此信号的频率范围能够覆盖本装置的整体测量范围;设稀疏多重正弦波信号的频谱间隔为f1,第n1次谐波的幅度和相位分别为 和(8.1.2)、将此稀疏多重正弦波信号作为标准信号,输入本装置进行测量,并按照步骤(7)所述方法对相位的计算结果进行相位恢复,设恢复后的第n1次谐波的幅度和相位分别为 和(8.1.3)、将恢复后的幅度和相位与输入标准信号的已知幅度和相位进行比较,得出装置在整体测量范围内,n1f1频率处的幅度和相位的粗校准值分别为:(8.2)、对幅度和相位进行细校准
(8.2.1)、利用任意波发生器产生各频率分量的幅度和相位已知的密集多重正弦波信号,此信号的频率范围能够覆盖上面稀疏多重正弦波信号的一个频谱间隔范围;设此在第1个粗校准频率间隔范围内,生成密集多重正弦波信号的频率起始点为1f1,频谱间隔为f2,第n2次谐波的幅度和相位分别为 和(8.2.2)、将此密集多重正弦波信号作为标准信号,输入本装置进行测量,并按照步骤(7)所述方法对相位的计算结果进行相位恢复,设恢复后的第n2次谐波的幅度和相位分别为 和(8.2.3)、将恢复后的幅度和相位与输入标准信号的已知幅度和相位进行比较,得出装置在一个粗校准频谱间隔范围内,n2f2频率处的幅度和相位的细校准值分别为:(8.3)、利用细校准值对系装置整体测量范围内的粗校准值进行插值处理插值后,在装置整体测量范围内,n1f1-n2f2频率处的幅度和相位的校准值分别为:那么,经过校准后,重构出各频率分量的幅度和相位的实际值表示为:其中:
nf0-mΔf=n1f1-n2f2
(9)、将重构后的各频率分量相加,重构出输入被测信号的时域波形。