變頻系統(tǒng)群時(shí)延的雙音正交測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種變頻系統(tǒng)群時(shí)延的雙音正交測(cè)量方法，用于變頻系統(tǒng)群時(shí)延的精 密測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 群時(shí)延是描述媒質(zhì)以及收-發(fā)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，與信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)時(shí)的 失真以及時(shí)延大小密切相關(guān)。由于變頻系統(tǒng)的輸入端與輸出端工作頻率不同，變頻系統(tǒng) 群時(shí)延的測(cè)量是群時(shí)延測(cè)量領(lǐng)域的難點(diǎn)。文獻(xiàn)"Groupdelayandphasemeasurements atconvertersandmultistageconverterswithoutL0access'，（ProceedingsofIEEE InternationalConferenceonMicrowaves,Communications,AntennasandElectronics Systems，TelAviv，2009,pp. 1-5.)中提出了一種雙音群時(shí)延測(cè)量方法。在利用該方法測(cè)量 變頻系統(tǒng)的群時(shí)延時(shí)，只需知道本振信號(hào)源的頻率，無(wú)需提供或獲取任何與被測(cè)系統(tǒng)本振 有關(guān)的信號(hào)。然而，由于器件老化以及工作環(huán)境變化等因素的影響，變頻系統(tǒng)的本振頻率可 能會(huì)發(fā)生未知的漂移。本振頻率的漂移將會(huì)影響雙音法的測(cè)量精度。特別在利用快速傅里 葉變換（FFT)及其改進(jìn)算法進(jìn)行數(shù)字相位估計(jì)時(shí)，本振頻率的漂移將會(huì)導(dǎo)致輸出雙音信號(hào) 的頻率處于算法頻率分辨率的非整數(shù)倍位置，引起信號(hào)頻譜泄露。當(dāng)信號(hào)頻譜出現(xiàn)泄露時(shí)， 相位的估計(jì)值將會(huì)是雙音信號(hào)各自相位真值相互作用的結(jié)果，進(jìn)而嚴(yán)重影響群時(shí)延的測(cè)量 精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有雙音法測(cè)量變頻系統(tǒng)群時(shí)延時(shí)的技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供 一種變頻系統(tǒng)群時(shí)延的雙音正交測(cè)量方法，該測(cè)量方法與被測(cè)系統(tǒng)本振信號(hào)完全無(wú)關(guān)，克 服了本振信號(hào)漂移對(duì)群時(shí)延測(cè)量精度的影響。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：通過正交處理，將雙音法測(cè)量群時(shí)延時(shí)，雙音信號(hào)相位 差的估計(jì)轉(zhuǎn)換為頻率為雙音信號(hào)頻差的單音信號(hào)的相位估計(jì)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 變頻系統(tǒng)群時(shí)延的雙音正交測(cè)量方法，包括如下步驟：
[0007] (1)、利用矢量信號(hào)源，產(chǎn)生頻率分別為fJPf2、頻差為Af的雙音信號(hào)：
[0008]
[0009] (2)、將產(chǎn)生的雙音信號(hào)分為兩路，一路輸入第一A/D變換器，另一路在進(jìn)行適當(dāng) 衰減后輸入變頻系統(tǒng)，并將變頻系統(tǒng)的輸出信號(hào)經(jīng)過一定衰減后作為第二A/D變換器的輸 入；然后同步采樣第一A/D變換器和第二A/D變換器的輸入信號(hào)；
[0010] ⑶、將第一A/D變換器得到的數(shù)據(jù)分別乘以Sin(23if'和C〇S(23if'。〇,其 中f^為數(shù)字混頻處理時(shí)的本振頻率，t為時(shí)間變量，然后利用低通濾波器濾除信號(hào)中的 和頻（高頻）部分，并對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行求平方和運(yùn)算，得到用于數(shù)字比相的頻率為Af 的單音參考信號(hào)
[0011]
[0012] 其中叫、、狗分別為輸入雙音信號(hào)中第一個(gè)音的幅度、頻率以及相位；a2、f2、妁 分別為輸入雙音信號(hào)中第二個(gè)音的幅度、頻率和相位；t為時(shí)間變量；
[0013] 對(duì)第二A/D變換器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行與第一A/D變換器相同的正交處理，得到用于 數(shù)字比相的頻率為Af的單音測(cè)量信號(hào)：
[0014]
[0015] 其中A為輸入雙音信號(hào)中第一個(gè)音的頻率；f2為輸入雙音信號(hào)中第二個(gè)音的頻 率；a'ρ滅分別為輸出雙音信號(hào)中第一個(gè)音的幅度與相位；a' 2、成分別為輸出雙音信號(hào) 中第二個(gè)音的幅度與相位；t為時(shí)間變量；
[0016](4)、將求平方和后得到的數(shù)據(jù)減去其均值，以抑制數(shù)據(jù)中的直流分量；然后利用 數(shù)字相位估計(jì)方法，分別估計(jì)出進(jìn)行直流抑制后數(shù)據(jù)中頻率為Af分量的相位奶-奶和 成-餐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)群時(shí)延的估計(jì)：
[0017]
[0018] (5)、維持雙音信號(hào)頻差△f不變，同步改變雙音信號(hào)頻率匕和f2的值，得到變頻 系統(tǒng)帶寬內(nèi)各頻點(diǎn)的群時(shí)延值。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、變頻系統(tǒng)群時(shí)延的測(cè)量完全與被測(cè)系統(tǒng)的本振無(wú)關(guān)，克服了本振信號(hào)漂移對(duì)群 時(shí)延測(cè)量精度的影響。
[0021] 2、通過正交處理，將雙音法測(cè)量變頻系統(tǒng)群時(shí)延時(shí)的雙音信號(hào)的相位差的估計(jì)問 題轉(zhuǎn)換為了單音信號(hào)的相位估計(jì)問題，能夠方便地將單音信號(hào)相位的精密測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于 變頻系統(tǒng)群時(shí)延的精密測(cè)量。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中矢量信號(hào)源產(chǎn)生的雙音信號(hào)的波形。
[0024] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中輸入與輸出雙音信號(hào)在正交處理后的波形。
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的精度改善效果圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的測(cè)量方差的改善效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028] 本發(fā)明變頻系統(tǒng)群時(shí)延的雙音正交測(cè)量方法，包括如下步驟：
[0029] 1、利用矢量信號(hào)源，產(chǎn)生頻率分別為fJPf2、頻差為Af的雙音信號(hào)；
[0030] 2、然后，將產(chǎn)生的雙音信號(hào)分為兩路，一路輸入第一A/D變換器，另一路在進(jìn)行適 當(dāng)衰減后輸入變頻系統(tǒng)，并將變頻系統(tǒng)的輸出信號(hào)經(jīng)過一定衰減后作為第二A/D變換器的 輸入；同步采樣兩個(gè)A/D變換器的輸入信號(hào)。在同步采樣時(shí)，如進(jìn)行欠采樣，要求輸入雙音 信號(hào)的頻率？1和？2的均值、變頻系統(tǒng)輸出雙音信號(hào)的頻率f'JPf' 2的均值均不是采樣 率匕的整數(shù)倍。此外，采樣率f，須滿足：fs> 2Δf。
[0031] 3、將第一A/D變換器得到的數(shù)據(jù)分別乘以Sin(23if'和C〇S(23if'Qt)，然 后利用低通濾波器濾除信號(hào)中的和頻（高頻）部分，并對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行求平方和運(yùn)算； 對(duì)第二A/D變換器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行與第一A/D變換器相同的正交處理。為了便