宽带突发信号频谱分析仪及宽带突发信号分析方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带突发信号频谱分析仪及宽带突发信号分析方法，属于电子测量技术领域。本发明专利技术技术方案执行带宽大于仪器采集分析带宽的信号分析能力更强；本发明专利技术的技术方案的测量效率高，对于信号出现的时间、频率和持续时间均未知的突发信号，本发明专利技术的技术方案对信号的检测截获能力优于传统的技术方案；本发明专利技术专利方案，调谐本振可以根据输入信号变化特征进行调谐频率步进，可以快速获得感兴趣的信号频谱数据。

Spectrum analyzer of broadband burst signal and analysis method of broadband burst signal

【技术实现步骤摘要】
宽带突发信号频谱分析仪及宽带突发信号分析方法
本专利技术属于电子测量
，具体涉及一种宽带突发信号频谱分析仪及宽带突发信号分析方法。
技术介绍
随着数字技术的发展，各种宽带信号、突发信号层出不穷。能够在超宽频率范围内快速的搜索或测量这些突发信号体现无线电接收设备技术水平的重要标志。在宽频带范围内搜索或测量无线电信号，是无线电测量或监测工作的重要内容之一。超外差调谐接收与处理设备可以在极宽的频率范围内进行调谐接收，具有宽频率覆盖、大动态范围、高灵敏度和高性价比等优点，得到广泛应用。为了提高超外差调谐接收与处理系统对突发信号的截获能力，提高系统的调谐速度和处理速度成为超外差接收系统的不断追求的目标。第一种常用的技术方案是高速连续扫频频谱分析处理，例如扫频式微波频谱分析仪。该技术方案可以在宽频率范围内快速进行频谱测量，其扫描速度主要取决于本振调谐速率和中频分辨率带宽滤波器的响应速度。以50GHz的频率跨度、3MHz的分辨率带宽为例，扫频频谱分析仪扫描时间约100ms，但是对于电磁空间中的突发信号，信号功率普遍较低，为了提高频谱测量的灵敏度，需要减小频谱测量的分辨率带宽，在小分辨率带宽时，频谱分析仪的扫描速度主要受到中频分辨率带宽滤波器的响应时间的限制，扫描过快就会造成“失敏”(也称“钝化”)现象。频谱测量时间与分辨率带宽的平方成反比，为100MHz的频率跨度,10kHz的分辨率带宽，扫频频谱分析仪扫描时间约2.5秒。即使采用了“基于数字本振对射频信号高速扫频频谱测量的系统及方法”(201210580327.1)专利方法也不能消除中频滤波器响应时间的限制。因此对于宽的频率范围，高频率分辨率的情况下，扫频频谱分析方案对于突发信号的检测和截获能力变差。为了提高小分辨率带宽下的扫描速度，第二种技术方案是FFT频谱分析的方案，该技术方案最典型的代表就是中频数字化频谱分析仪，原理如图1所示。输入信号通过与一个频率可调谐的本振信号混频变成一个中频信号，中频信号经过滤波器滤除镜频信号，ADC对滤波后的中频信号数字化和预处理，预处理后的数字信号进行实时频谱计算，计算的频谱数据形成谱图进行显示，谱图表达了输入信号频谱随时间的变化，利于分析宽带突发信号。扫描控制器用于控制本振信号的调谐。第二技术方案中，分析的频率跨度为(F2-F1)，F1代表分析的起始频率，F2表示分析的终止频率为F2，且|F2-F1|<BIF，BIF为最大分析带宽。通过扫描控制器控制本振信号的调谐输出频率，可以对在仪器整个调谐频率范围内任意F1到F2的频率跨度进行实时傅里叶变换频谱生成。但是当|F2-F1|>BIF时，第二技术方案的本振将通过步进调谐，每一次步进，对接收的中频信号进行采集和快速傅里叶变换(FFT)处理获得当前调谐频率对应频段的信号频谱，然后通过扫描控制器将本振步进调谐到下一个频点，再进行FFT频谱处理，依次类推，直到获得全部频率跨度的频谱信息。如图2所示，假定分析的频率跨度|F2-F1|为6倍的BIF，如图2A所示，可以通过将本振频率首先调谐为FLO1，此时接收并分析从频率F1到频率(F1+BIF)的信号，分析完成后，再通过扫描控制器将本振频率调谐为FLO2，此时接收并分析从频率(F1+BIF)到频率(F1+2BIF)的信号，分析完成后，再通过扫描控制器将本振频率调谐为FLO3，依次类推，直到完成所有频率(F1+5BIF)到频率F2的信号分析处理任务。至此，完成了一次频率跨度为(F2-F1)的频谱数据的获取，接下来再花费TC时间通过扫描控制器将本振频率调谐为FLO1，周而复始。图2C所示，TC表示两次频率测量时间的参数设置时间，也称为软硬件恢复时间。第二技术方案相对于第一个技术方案来说，在宽频率范围，高频率分辨率的情况下，频谱测量速度具有相当大的优势。可以看出第二技术方案中，频谱测量时间ST＝N*TP，其中N表示步进次数，TP表示每次步进的停留时间。TP通常包括系统上升时间、采集时间和FFT频谱计算时间，图2所示的技术方案中，FFT频谱计算可以进行实时处理，即FFT频谱计算时间小于等于采集时间，可以将采集和FFT频谱计算以流水线方式并行处理，Tp时间主要包括系统上升时间和采集时间。图2假定了本振步进调谐的频率切换时间TF为零，实际工程中TF不可能为零。图3表示了TF时间不为零的时间关系图。可以看出，第二技术方案中频率测量时间ST＝N*TP+(N-1)*TF，其中N表示步进次数，TP表示每次步进的停留时间，主要包括系统上升时间和采集时间，TF表示步进调谐的频率切换时间。为了进一步提高对突发信号的截获能力，针对第二技术方案，改进的技术方案主要包括：一是尽量增加每次步进的频率宽度。即加大中频带宽BIF，减小步进次数N；二是加快每次步进FFT频谱的处理速度，尽量减小每次步进的停留时间TP；三是尽量减小每次步进调谐的频率切换时间TF。四是尽量减小两次测量之间的调谐参数设置时间TC。第二技术方案中，增加分析带宽必然造成对中频采集速度的提高，受当前ADC器件的制约，ADC采集速度越高，通常采集位数越少，信噪比和动态范围降低，影响了微弱突发信号的截获能力；中频带宽BIF增加，为了达到所要求的频率分辨率，必然导致采集点数和FFT点数的增加，FFT点数增加N倍，FFT运算量将增加Nlog2N倍，因此处理速度也将受到影响，可能造成TP时间的增加，另外FFT点数也有最大点数的限制。同时第二技术方案中，减小频率切换时间TF或TC采用的技术手段通常造成硬件设计难度大幅增加，成本增加，或者降低了接收机的相位噪声等性能。另外在目前的技术条件下，Tf时间往往占比较大，对速度的影响尚不能忽略。因此在大于分析带宽的频率跨度内测量宽带突发信号时，第二技术方案分析能力会大幅降低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种宽带突发信号频谱分析仪及宽带突发信号分析方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种宽带突发信号频谱分析仪，包括超外差变频接收单元、本振单元、滤波器、ADC采集和预处理单元、信号特征提取单元、扫描控制器、频谱处理单元和显示单元；超外差变频接收单元，被配置为用于将输入信号与一个频率可调谐的本振信号混频成一个中频信号；本振单元，被配置为用于提供超外差变频接收单元所需的本振信号。滤波器，被配置为用于滤除镜频信号；ADC采集和预处理单元，被配置为用于对中频信号进行采集和预处理，预处理包括为实现所要求的分析带宽和频率分辨率而进行的数字变频和抽取滤波处理；信号特征提取单元，被配置为用于根据信号瞬时功率波形提取被测输入信号的出现时刻、持续时间和消失时刻，重复周期的基本特征，或根据信号瞬时频率特征提取被测输入信号的频率切换时刻的基本特征；扫描控制器，被配置为用于依据信号特征提取单元提取的信号特征控制调谐本振的频率切换和某一调谐频点的驻留时间，具体来说，被测信号的出现、消失或频率切换的时间特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带突发信号频谱分析仪，其特征在于：包括超外差变频接收单元、本振单元、滤波器、ADC采集和预处理单元、信号特征提取单元、扫描控制器、频谱处理单元和显示单元；/n超外差变频接收单元，被配置为用于将输入信号与一个频率可调谐的本振信号混频成一个中频信号；/n本振单元，被配置为用于提供超外差变频接收单元所需的本振信号。/n滤波器，被配置为用于滤除镜频信号；/nADC采集和预处理单元，被配置为用于对中频信号进行采集和预处理，预处理包括为实现所要求的分析带宽和频率分辨率而进行的数字变频和抽取滤波处理；/n信号特征提取单元，被配置为用于根据信号瞬时功率波形提取被测输入信号的出现时刻、持续时间和消失时刻，重复周期的基本特征，或根据信号瞬时频率特征提取被测输入信号的频率切换时刻的基本特征；/n扫描控制器，被配置为用于依据信号特征提取单元提取的信号特征控制调谐本振的频率切换和某一调谐频点的驻留时间，具体来说，被测信号的出现、消失或频率切换的时间特征能用于控制本振的切换，被测信号的持续时间、重复周期的时间特征能用于控制本振的频点驻留时间；/n频谱处理单元，被配置为用于对加窗的实时FFT变换处理和对多帧FFT频谱数据进行的频谱统计处理或对多帧FFT频谱数据进行的最大保持处理、平均处理和最小保持处理；同时将多次测量的不同频率区间的频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的频谱轨迹，具体为将每次步进测量的统计频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的统计频谱轨迹，或将每次步进测量的最大保持频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的最大保持频谱轨迹，或将每次步进测量的平均处理频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的平均处理频谱轨迹，或将每次步进测量的最小保持频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的最小保持频谱轨迹；/n显示单元，被配置为将统计频谱轨迹、最大保持频谱轨迹、平均频谱轨迹或最小保持频谱轨迹以多窗口的形式同时向显示出来；/n超外差变频接收单元将输入信号与本振单元提供的本振信号混频成一个中频信号，中频信号经过滤波器滤除镜频信号后进入ADC采集和预处理单元，ADC采集和预处理单元对中频信号进行采集和预处理，预处理包括为实现所要求的分析带宽和频率分辨率而进行的数字变频和抽取滤波处理，预处理后形成的基带IQ信号数据进入频谱处理单元，经过频谱处理单元处理后，在显示单元上进行显示；扫描控制器据信号特征提取单元输出的特征信息控制本振单元输出期望的本振信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种宽带突发信号频谱分析仪，其特征在于：包括超外差变频接收单元、本振单元、滤波器、ADC采集和预处理单元、信号特征提取单元、扫描控制器、频谱处理单元和显示单元；
超外差变频接收单元，被配置为用于将输入信号与一个频率可调谐的本振信号混频成一个中频信号；
本振单元，被配置为用于提供超外差变频接收单元所需的本振信号。
滤波器，被配置为用于滤除镜频信号；
ADC采集和预处理单元，被配置为用于对中频信号进行采集和预处理，预处理包括为实现所要求的分析带宽和频率分辨率而进行的数字变频和抽取滤波处理；
信号特征提取单元，被配置为用于根据信号瞬时功率波形提取被测输入信号的出现时刻、持续时间和消失时刻，重复周期的基本特征，或根据信号瞬时频率特征提取被测输入信号的频率切换时刻的基本特征；
扫描控制器，被配置为用于依据信号特征提取单元提取的信号特征控制调谐本振的频率切换和某一调谐频点的驻留时间，具体来说，被测信号的出现、消失或频率切换的时间特征能用于控制本振的切换，被测信号的持续时间、重复周期的时间特征能用于控制本振的频点驻留时间；
频谱处理单元，被配置为用于对加窗的实时FFT变换处理和对多帧FFT频谱数据进行的频谱统计处理或对多帧FFT频谱数据进行的最大保持处理、平均处理和最小保持处理；同时将多次测量的不同频率区间的频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的频谱轨迹，具体为将每次步进测量的统计频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的统计频谱轨迹，或将每次步进测量的最大保持频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的最大保持频谱轨迹，或将每次步进测量的平均处理频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的平均处理频谱轨迹，或将每次步进测量的最小保持频谱轨迹构造出全部测量频率跨度的最小保持频谱轨迹；
显示单元，被配置为将统计频谱轨迹、最大保持频谱轨迹、平均频谱轨迹或最小保持频谱轨迹以多窗口的形式同时向显示出来；
超外差变频接收单元将输入信号与本振单元提供的本振信号混频成一个中频信号，中频信号经过滤波器滤除镜频信号后进入ADC采集和预处理单元，ADC采集和预处理单元对中频信号进行采集和预处理，预处理包括为实现所要求的分析带宽和频率分辨率而进行的数字变频和抽取滤波处理，预处理后形成的基带IQ信号数据进入频谱处理单元，经过频谱处理单元处理后，在显示单元上进行显示；扫描控制器据信号特征提取单元输出的特征信息控制本振单元输出期望的本振信号。


2.根据权利要求1所述的宽带突发信号频谱分析仪，其特征在于：超外差变频接收单元为一级或多级变频单元。


3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，许建华，杜会文，王峰，向长波，詹永卫，
申请(专利权)人：中电科仪器仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37