本發(fā)明涉及時(shí)間交織采樣信號(hào)校正領(lǐng)域，具體涉及一種基于周期時(shí)變?yōu)V波器的時(shí)間交織采樣系統(tǒng)校準(zhǔn)方法及計(jì)算機(jī)裝置。

背景技術(shù)：

1、示波器是分析高速信號(hào)的重要儀器，對(duì)于光學(xué)性能檢測、超快現(xiàn)象研究以及高速光通信網(wǎng)絡(luò)檢測都有著重要的作用。目前，由于adc（analog-to-digital?converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）集成工藝限制，成熟商用產(chǎn)品的單片adc的最高指標(biāo)僅為10.4gsa/s采樣率、8ghz帶寬和12-bit有效位，難以滿足日益增長的采集系統(tǒng)高采樣率和高帶寬的設(shè)計(jì)需求?；跁r(shí)間交替ti采樣架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集方法是提升系統(tǒng)采樣率的有效手段，該技術(shù)利用m個(gè)并行的子adc進(jìn)行交替采樣，每個(gè)子adc的采樣率為，在數(shù)字端將m路采樣數(shù)據(jù)流按時(shí)間順序拼合成1路采樣數(shù)據(jù)流，此時(shí)的采樣數(shù)據(jù)流的采樣率就變成了?；跁r(shí)間交織的采樣架構(gòu)突破了單adc采樣率低的限制，實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)字采集。

2、然而時(shí)間交織采樣系統(tǒng)的各個(gè)采集通道物理參數(shù)不一致導(dǎo)致采樣結(jié)果存在采樣失配誤差，使得系統(tǒng)的性能被大大降低?。為了提高系統(tǒng)的性能，需要消除采集系統(tǒng)的誤差，從而實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的精確重構(gòu)。傳統(tǒng)的誤差模型采用的是固定適配誤差模型，其建立在假設(shè)增益誤差系數(shù)、時(shí)間延遲誤差系數(shù)和偏置誤差系數(shù)不隨信號(hào)輸入頻率的變化而變化的前提上。但對(duì)于寬帶采集系統(tǒng)而言，各個(gè)采集通道頻響存在差異以及不同adc的采樣時(shí)刻與理想采樣時(shí)刻的偏移，因而固定適配誤差模型不適合寬帶采集系統(tǒng)的誤差估計(jì)和校正。為了解決寬帶時(shí)間交織采樣系統(tǒng)誤差校正問題，基于隨機(jī)交替采樣、帶寬失配模型等與之相關(guān)的方法相繼被提出，這些方法能解決特殊時(shí)間交織系統(tǒng)的采樣非一致性誤差校正問題，但無法滿足任意通道數(shù)、任意通道頻響的寬帶時(shí)間交織采集系統(tǒng)誤差估計(jì)和校正需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于周期時(shí)變?yōu)V波器的時(shí)間交織采樣系統(tǒng)校準(zhǔn)方法及計(jì)算機(jī)裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意通道頻響的寬帶時(shí)間交織采樣的誤差估計(jì)和校正。

2、本發(fā)明采取如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種基于周期時(shí)變?yōu)V波器的時(shí)間交織采樣系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，包括：

3、s1、正弦信號(hào)掃頻；

4、進(jìn)行正弦信號(hào)掃頻，采集經(jīng)過時(shí)間交織采樣系統(tǒng)拼合后的信號(hào)，信號(hào)源輸入不同頻點(diǎn)的正弦信號(hào)，將頻率劃分成 n等份，所對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)為，掃頻步進(jìn)頻率間隔為， n表示大于0的整數(shù)，表示對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的集合，分別表示將頻率劃分成 n等份所對(duì)應(yīng)的各個(gè)頻點(diǎn)；

5、s2、頻響估計(jì)；

6、各個(gè)通道的測量頻響計(jì)算：

7、利用快速傅里葉變換得到各個(gè)通道采集信號(hào)在不同頻率處的幅度和相位，若時(shí)間交織采樣系統(tǒng)共有m個(gè)通道，第m通道下，采集頻率為的正弦信號(hào)經(jīng)過單adc采樣后的輸出信號(hào)為，對(duì)進(jìn)行 k點(diǎn)傅里葉變換，得到其頻譜，設(shè) k點(diǎn)傅里葉變換后信號(hào)的頻域?yàn)椋?

8、

9、其中分別表示信號(hào)經(jīng)過 k點(diǎn)傅里葉變換后在第1,2，…,k-1個(gè)點(diǎn)的結(jié)果；

10、若單頻點(diǎn)信號(hào)的長度為 l，則有，則 k點(diǎn)傅里葉變換包含的信號(hào)周期數(shù)p為，若p為整數(shù)，則信號(hào)頻率為頻率分辨率的整數(shù)倍，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生頻譜泄露，m表示通道總個(gè)數(shù)，為大于0的整數(shù)，m表示具體通道數(shù)，為大于0的整數(shù)，p表示信號(hào)周期數(shù)，表示采樣率；

11、設(shè)中的第個(gè)點(diǎn)處的幅頻值和相頻值為頻率的實(shí)測幅度和相位值，其中，若為位置對(duì)應(yīng)的模擬角頻率，則頻率的直流偏置、幅度和相位分別為、和；

12、各個(gè)通道的相對(duì)頻響計(jì)算：

13、設(shè)通道1為理想通道，計(jì)算其他通道相對(duì)于通道1的相對(duì)增益誤差系數(shù)和相對(duì)延遲誤差系數(shù)，通道m(xù)模擬角頻率為的相對(duì)增益誤差系數(shù)表示為：

14、，表示相對(duì)增益誤差系數(shù)，表示通道1的直流偏置；

15、以及相對(duì)延遲誤差系數(shù)：

16、，表示相對(duì)延遲誤差系數(shù)，表示通道1的相位，其中表示采樣周期，；

17、則第m通道的模擬角頻率為處相對(duì)頻響表示為：

18、；

19、第m通道的掃頻的相對(duì)頻響為

20、，其中，為虛數(shù)單位，表示頻點(diǎn)為處的相對(duì)頻響，表示頻點(diǎn)為處的相對(duì)頻響，表示頻點(diǎn)為處的相對(duì)頻響；

21、s3、各個(gè)通道頻域?yàn)V波校正；

22、校正參數(shù)計(jì)算：

23、采用基于周期時(shí)變?yōu)V波器形式的誤差校正結(jié)構(gòu)，將通道1的相對(duì)頻響作為為理想相對(duì)頻響，即，表示通道1的相對(duì)頻響；

24、根據(jù)時(shí)間交織采樣模型的通道頻響分解性質(zhì)，第m通道的基于周期時(shí)變?yōu)V波器頻域系數(shù)表示為：

25、；

26、全頻帶的周期時(shí)變?yōu)V波器頻響數(shù)據(jù)獲?。?/p>

27、將周期時(shí)變?yōu)V波器頻域系數(shù)單側(cè)邊沿各加入若干個(gè)等于1的值，得到補(bǔ)齊后的全頻帶周期時(shí)變?yōu)V波器頻響數(shù)據(jù)；

28、假設(shè)全頻帶頻點(diǎn)序列為，表示全頻帶頻點(diǎn)序列，利用全頻帶頻點(diǎn)序列、掃頻區(qū)間頻率以及其對(duì)應(yīng)的周期時(shí)變?yōu)V波器頻響數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，得到指定頻率點(diǎn)的周期時(shí)變?yōu)V波器頻響數(shù)據(jù)；

29、使用三次樣條插值內(nèi)插方法對(duì)初始通道頻響擬合至全頻帶頻點(diǎn)序列長度，得到全頻帶周期時(shí)變?yōu)V波器頻域系數(shù)，最后進(jìn)行濾波校正。

30、進(jìn)一步的是，濾波校正具體包括：

31、使用各個(gè)通道原始數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)減去相對(duì)應(yīng)的均值，之后將采集的拼合后的信號(hào)分成多個(gè)小段，每一個(gè)小段數(shù)據(jù)則為數(shù)據(jù)幀，通過進(jìn)行fft點(diǎn)數(shù)為1024的方式將數(shù)據(jù)幀從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域得到預(yù)處理數(shù)據(jù)，再與進(jìn)行點(diǎn)乘完成頻域?yàn)V波，將濾波后的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行ifft變換得到校正后的各數(shù)據(jù)幀，然后將校正后的數(shù)據(jù)幀再加上對(duì)應(yīng)均值進(jìn)行補(bǔ)償，最后將各個(gè)通道補(bǔ)償后的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行拼合，得到輸出信號(hào)。

32、進(jìn)一步的是，進(jìn)行濾波校正后，步驟s3還包括：

33、進(jìn)行基于周期時(shí)變?yōu)V波器的系數(shù)迭代：

34、將第一次計(jì)算得到的作為一級(jí)校正系數(shù)，之后令作為輸入重復(fù)步驟s2至s3，第c次迭代得到的校正系數(shù)。

35、第二方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)裝置，包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有程序指令，所述程序指令運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行如上述所述的基于周期時(shí)變?yōu)V波器的時(shí)間交織采樣系統(tǒng)校準(zhǔn)方法。

36、本發(fā)明的有益效果為：

37、本發(fā)明采用先估計(jì)再校正策略，即先利用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差估計(jì)，包括增益誤差、偏置誤差和時(shí)間誤差。特別地，誤差估計(jì)的準(zhǔn)確度很大程度決定了校正效果的好壞。在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到系統(tǒng)的校正參數(shù)即周期時(shí)變?yōu)V波器頻域系數(shù)，之后系統(tǒng)在正常輸入時(shí)利用得到的校正參數(shù)對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行校正，以此實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的準(zhǔn)確重構(gòu)。具體而言，先輸入不同頻點(diǎn)的正弦掃頻信號(hào)，然后對(duì)經(jīng)過寬帶時(shí)間交織系統(tǒng)拼合后的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分析，利用傅里葉變換得到各個(gè)通道采集信號(hào)在不同頻點(diǎn)處的幅度和相位，將通道1設(shè)為理想通道，計(jì)算相對(duì)增益誤差系數(shù)和相對(duì)延遲誤差系數(shù)，根據(jù)公式估計(jì)出相對(duì)頻響和周期時(shí)變?yōu)V波器頻域系數(shù)，最后進(jìn)行頻域?yàn)V波校正。實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意通道頻響的寬帶時(shí)間交織采樣的誤差估計(jì)和校正。極大地降低了采樣非一致性誤差。