本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種矢量信號分析裝置及方法。

背景技術(shù)：

數(shù)字調(diào)制信號相對于傳統(tǒng)的模擬信號，具有抗干擾性強(qiáng)、帶寬效率高、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前信號通信的主要形式，在雷達(dá)、衛(wèi)星通信、電子對抗等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因此數(shù)字調(diào)制信號的矢量分析成為一個(gè)關(guān)鍵問題。矢量信號分析(vsa)能夠?qū)?fù)雜的調(diào)制信號進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測量，與頻譜分析相比，更適合于分析突發(fā)信號和調(diào)制信號。

在測試測量領(lǐng)域，矢量信號分析裝置多采用臺(tái)式儀器的結(jié)構(gòu)形式，以硬件平臺(tái)+駐機(jī)軟件的方式實(shí)現(xiàn)，硬件平臺(tái)中包含cpu模塊、射頻前端信號調(diào)理模塊、模擬信號處理模塊等，實(shí)現(xiàn)對信號的前端處理，駐機(jī)軟件在臺(tái)式儀器中運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對信號的解調(diào)分析，硬件平臺(tái)和駐機(jī)軟件需要同時(shí)使用來完成。

而現(xiàn)有矢量信號分析方法主要有采用固定采樣率對中頻信號進(jìn)行采集，在可編程邏輯器件(fpga等)進(jìn)行正交解調(diào)、iq變換以及小數(shù)倍抽取濾波后，得到整數(shù)倍符號速率的iq數(shù)據(jù)，然后通過總線將數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)，由駐機(jī)軟件進(jìn)行解調(diào)分析和顯示。

基于臺(tái)式儀器結(jié)構(gòu)的矢量信號分析裝置在雷達(dá)、電子對抗、艦載設(shè)備、車載設(shè)備等領(lǐng)域進(jìn)行現(xiàn)場測試時(shí)，由于受到系統(tǒng)體積和空間大小等的限制，不能滿足各領(lǐng)域?qū)y試裝備與測試系統(tǒng)的小型化、靈活性等的需求。同時(shí)，硬件平臺(tái)與軟件為一對一的關(guān)系，硬件和軟件的可復(fù)用性均較差。

同時(shí)，現(xiàn)有矢量信號分析方法在可編程邏輯器件中進(jìn)行正交解調(diào)、iq變換以及小數(shù)倍抽取濾波，可在調(diào)制域進(jìn)行矢量分析，但不能充分利用采集的原始信號數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行全面準(zhǔn)確的信號分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種矢量信號分析裝置及方法，設(shè)計(jì)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有良好的效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種矢量信號分析裝置，包括射頻變頻單元、本振單元以及中頻采樣單元，并配置有上位機(jī)軟件；

射頻變頻單元包括功率保護(hù)電路、固定衰減器、第一選擇開關(guān)、第二選擇開關(guān)、第三選擇開關(guān)、第四選擇開關(guān)、第五選擇開關(guān)、第六選擇開關(guān)、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第一程控衰減器、第二程控衰減器、第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第一帶通濾波器、第二帶通濾波器以及第三帶通濾波器；功率保護(hù)電路、固定衰減器、第一選擇開關(guān)的一端通過線路依次連接，第一選擇開關(guān)的另一端分別與第二選擇開關(guān)的一端、第三選擇開關(guān)的一端通過線路連接，第二選擇開關(guān)的另一端通過第一放大器或直通通路與第一程控衰減器的一端通過線路連接，第一程控衰減器的另一端、第三放大器、第一混頻器、第一帶通濾波器、第二混頻器、第二帶通濾波器的一端通過線路依次連接，第三選擇開關(guān)的另一端通過第二放大器或直通通路與第二程控衰減器的一端通過線路連接，第二程控衰減器的另一端、第四放大器、第三混頻器、第三帶通濾波器的一端通過線路依次連接，第二帶通濾波器的另一端和第三帶通濾波器的另一端通過線路分別連接至第六選擇開關(guān)的一端；

本振單元包括10mhz晶振、100mhz晶振、模擬開關(guān)、鑒相器、功分器、第一10分頻器、第二10分頻器、10倍頻器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、本振鎖相環(huán)、1ghz濾波器、100mhz濾波器、10mhz濾波器、第一6db衰減器、第二6db衰減器以及第三6db衰減器；

10mhz晶振鑒相器和模擬開關(guān)連接，鑒相器、功分器、第一6db衰減器和第一10分頻器組成鎖相環(huán)電路，模擬開關(guān)和鎖相環(huán)電路的鑒相器連接，第二6db衰減器的一端和鎖相環(huán)電路的功分器連接，第二6db衰減器的另一端分別和第一放大器的一端、第二放大器的一端通過線路連接，第一放大器的另一端和本振鎖相環(huán)通過線路連接，第二放大器的另一端和10倍頻器、1ghz濾波器通過線路依次連接，第三放大器的一端和鎖相環(huán)電路的第一6db衰減器連接，第三放大器的另一端和第三6db衰減器的一端通過線路連接，第三6db衰減器的另一端分別和100mhz濾波器、第二10分頻器的一端通過線路連接，第二10分頻器的另一端和10mhz濾波器通過線路連接；

中頻采樣單元包括信號調(diào)理模塊、高速ad采集模塊、高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、ram以及pxi接口；信號調(diào)理模塊、高速ad采集模塊、高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊通過線路依次連接，時(shí)鐘產(chǎn)生模塊通過線路與高速ad采集模塊連接，ram與高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊中的ram存儲(chǔ)邏輯單元通過線路連接，pxi接口與高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊中的pxi接口控制邏輯單元通過線路連接；

上位機(jī)軟件包括測量信號解調(diào)分析、參考信號生成和誤差參數(shù)分析三大功能模塊；

測量信號解調(diào)分析模塊，被配置為用于對中頻信號進(jìn)行正交分解、數(shù)字濾波、采樣率變換、匹配濾波、定時(shí)修正、頻偏修正、相偏修正、定時(shí)誤差估計(jì)、頻率誤差估計(jì)、相位誤差估計(jì)；

參考信號生成模塊，被配置為用于將測量信號進(jìn)行符號判決和碼元映射，然后通過成型濾波器生成參考信號；

誤差參數(shù)分析模塊，被配置為用于將測量信號和參考信號進(jìn)行比對，提取包括幅度矢量誤差、相位誤差、幅度誤差、iq偏置、原點(diǎn)偏移和正交誤差在內(nèi)的一系列調(diào)制質(zhì)量誤差指標(biāo)，并將結(jié)果顯示給用戶。

優(yōu)選地，低頻段信號為9khz～500mhz；高頻段信號為500mhz～3ghz。

此外，本發(fā)明還提到一種矢量信號分析方法，該方法采用如上所述的一種矢量信號分析裝置，包括如下步驟：

步驟1：本振單元首先通過模擬開關(guān)進(jìn)行內(nèi)外參考信號選擇，內(nèi)參考信號由10mhz晶振提供，外參考信號由外部10mhz信號輸入；然后將通過模擬開關(guān)選擇的參考信號提供給鑒相器，作為100mhz晶振的參考，100mhz信號經(jīng)過功分器后分為五路：第一路經(jīng)過第一6db衰減器和第一10分頻器后，將輸出的10mhz信號作為鑒相器的鑒相輸入，與輸入的參考信號進(jìn)行比較，完成100mhz信號的鎖相；第二路經(jīng)過第二6db衰減器、第一放大器后進(jìn)入本振鎖相環(huán)作為本振鎖相環(huán)的參考，輸出25mhz～3ghz的本振信號，提供給步驟2進(jìn)行混頻使用；第三路經(jīng)過經(jīng)過第二6db衰減器、第二放大器、10倍頻后，通過1ghz濾波器輸出1ghz信號；第四路經(jīng)過第三6db衰減器后，通過100mhz濾波器輸出100mhz信號，提供給步驟3中的中頻采樣單元；第五路經(jīng)過第三6db衰減器、第二10分頻器后，通過10mhz濾波器輸出10mhz信號；

步驟2：射頻信號通過射頻輸入端口進(jìn)入射頻變頻單元，首先經(jīng)過功率保護(hù)電路與固定衰減器，通過第一選擇開關(guān)分為高頻段和低頻段兩路信號，低頻段信號經(jīng)過第二選擇開關(guān)后通過第一放大器或直通通路后進(jìn)入第四選擇開關(guān)，經(jīng)過第一程控衰減器、第三放大器進(jìn)行功率調(diào)整與來自本振單元產(chǎn)生的782.259mhz～1285.25mhz信號通過第一混頻器進(jìn)行混頻，得到782.25mhz第一中頻信號，經(jīng)過第一帶通濾波器后，與射頻變頻單元中的719.75mhz固定頻率信號通過第二混頻器進(jìn)行混頻，得到62.5mhz第二中頻信號，經(jīng)過第二帶通濾波器進(jìn)行濾波；高頻段信號經(jīng)過第三選擇開關(guān)后通過第二放大器或直通通路后進(jìn)入進(jìn)入第五選擇開關(guān)，經(jīng)過第二程控衰減器、第四放大器進(jìn)行功率調(diào)整后與來自本振單元產(chǎn)生的687.5mhz～2812.5mhz信號通過第三混頻器進(jìn)行混頻，經(jīng)過第三帶通濾波器后，得到187.5mhz第三中頻信號；高低頻段中頻信號經(jīng)過帶通濾波器后，通過第六選擇開關(guān)合為一路輸出，送入步驟3中的中頻采樣單元進(jìn)行處理；

步驟3：經(jīng)過步驟2中射頻變頻單元處理的中頻信號首先在中頻采樣單元的信號調(diào)理模塊進(jìn)行包括幅度控制、差分變換在內(nèi)的采樣前的信號調(diào)理，然后由時(shí)鐘產(chǎn)生模塊利用步驟1提供的100mhz時(shí)鐘產(chǎn)生250mhz采樣時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)高速ad采集模塊進(jìn)行adc轉(zhuǎn)換，量化為數(shù)字信號后進(jìn)入高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后使用ram進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，高速ad采集模塊輸出的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行降速緩存后，組合并位進(jìn)行ram的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)，通過pxi接口將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)軟件進(jìn)行后續(xù)分析；

步驟4：上位機(jī)軟件對步驟3中采集的中頻信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理；具體包括如下步驟：

步驟4.1：測量信號解調(diào)分析模塊對中頻信號進(jìn)行正交分解，將正交分解后的i/q信號進(jìn)行包括數(shù)字濾波、采樣率變換、匹配濾波、定時(shí)修正、頻偏修正、相偏修正、定時(shí)誤差估計(jì)、頻率誤差估計(jì)和相位誤差估計(jì)在內(nèi)的算法進(jìn)行處理，獲得被測信號的基帶信號；

步驟4.2：參考信號生成模塊根據(jù)被測信號的基帶信號進(jìn)行符號判決和碼元映射，得到原始信號的碼流信息，通過參考基帶信號發(fā)生器和參考信號濾波器進(jìn)行成型濾波生成調(diào)制質(zhì)量分析所需的理想?yún)⒖夹盘枺?/p>

步驟4.3：誤差參數(shù)分析模塊將測量信號和參考信號進(jìn)行比對，提取包括幅度矢量誤差、相位誤差、幅度誤差、iq偏置、原點(diǎn)偏移和正交誤差在內(nèi)的一系列調(diào)制質(zhì)量誤差指標(biāo)，并將結(jié)果顯示給用戶。

本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果：

基于模塊化儀器的矢量信號分析裝置具有體積小、重量輕、成本低、易于系統(tǒng)擴(kuò)展等特點(diǎn)，并且硬件模塊與軟件相互獨(dú)立，提高了硬件模塊的復(fù)用性和軟件的可移植性。同時(shí)，該矢量信號分析方法可對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域、頻域、調(diào)制域進(jìn)行多角度全面分析，提高信號分析的準(zhǔn)確度。

附圖說明

圖1為矢量信號分析裝置的原理框圖。

圖2為射頻變頻單元的原理框圖。

圖3為本振單元的原理框圖。

圖4為中頻采樣單元原理框圖。

圖5為上位機(jī)軟件的信號處理流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

實(shí)施例1：

如圖1所示，一種矢量信號分析裝置，包括射頻變頻單元、本振單元以及中頻采樣單元，并配置有上位機(jī)軟件；

射頻變頻單元(如圖2所示)包括功率保護(hù)電路、固定衰減器、第一選擇開關(guān)、第二選擇開關(guān)、第三選擇開關(guān)、第四選擇開關(guān)、第五選擇開關(guān)、第六選擇開關(guān)、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第一程控衰減器、第二程控衰減器、第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第一帶通濾波器、第二帶通濾波器以及第三帶通濾波器；功率保護(hù)電路、固定衰減器、第一選擇開關(guān)的一端通過線路依次連接，第一選擇開關(guān)的另一端分別與第二選擇開關(guān)的一端、第三選擇開關(guān)的一端通過線路連接，第二選擇開關(guān)的另一端通過第一放大器或直通通路與第一程控衰減器的一端通過線路連接，第一程控衰減器的另一端、第三放大器、第一混頻器、第一帶通濾波器、第二混頻器、第二帶通濾波器的一端通過線路依次連接，第三選擇開關(guān)的另一端通過第二放大器或直通通路與第二程控衰減器的一端通過線路連接，第二程控衰減器的另一端、第四放大器、第三混頻器、第三帶通濾波器的一端通過線路依次連接，第二帶通濾波器的另一端和第三帶通濾波器的另一端通過線路分別連接至第六選擇開關(guān)的一端；

本振單元(如圖3所示)包括10mhz晶振、100mhz晶振、模擬開關(guān)、鑒相器、功分器、第一10分頻器、第二10分頻器、10倍頻器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、本振鎖相環(huán)、1ghz濾波器、100mhz濾波器、10mhz濾波器、第一6db衰減器、第二6db衰減器以及第三6db衰減器；

10mhz晶振鑒相器和模擬開關(guān)連接，鑒相器、功分器、第一6db衰減器和第一10分頻器組成鎖相環(huán)電路，模擬開關(guān)和鎖相環(huán)電路的鑒相器連接，第二6db衰減器的一端和鎖相環(huán)電路的功分器連接，第二6db衰減器的另一端分別和第一放大器的一端、第二放大器的一端通過線路連接，第一放大器的另一端和本振鎖相環(huán)通過線路連接，第二放大器的另一端和10倍頻器、1ghz濾波器通過線路依次連接，第三放大器的一端和鎖相環(huán)電路的第一6db衰減器連接，第三放大器的另一端和第三6db衰減器的一端通過線路連接，第三6db衰減器的另一端分別和100mhz濾波器、第二10分頻器的一端通過線路連接，第二10分頻器的另一端和10mhz濾波器通過線路連接；

中頻采樣單元(如圖4所示)包括信號調(diào)理模塊、高速ad采集模塊、高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、ram以及pxi接口；信號調(diào)理模塊、高速ad采集模塊、高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊通過線路依次連接，時(shí)鐘產(chǎn)生模塊通過線路與高速ad采集模塊連接，ram與高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊中的ram存儲(chǔ)邏輯單元通過線路連接，pxi接口與高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊中的pxi接口控制邏輯單元通過線路連接；

上位機(jī)軟件(如圖5所示)包括測量信號解調(diào)分析、參考信號生成和誤差參數(shù)分析三大功能模塊；

測量信號解調(diào)分析模塊，被配置為用于對中頻信號進(jìn)行正交分解、數(shù)字濾波、采樣率變換、匹配濾波、定時(shí)修正、頻偏修正、相偏修正、定時(shí)誤差估計(jì)、頻率誤差估計(jì)、相位誤差估計(jì)；

參考信號生成模塊，被配置為用于將測量信號進(jìn)行符號判決和碼元映射，然后通過成型濾波器生成參考信號；

誤差參數(shù)分析模塊，被配置為用于將測量信號和參考信號進(jìn)行比對，提取包括幅度矢量誤差、相位誤差、幅度誤差、iq偏置、原點(diǎn)偏移和正交誤差在內(nèi)的一系列調(diào)制質(zhì)量誤差指標(biāo)，并將結(jié)果顯示給用戶。

低頻段信號為9khz～500mhz；高頻段信號為500mhz～3ghz。

實(shí)施例2：

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提到一種矢量信號分析方法，包括如下步驟：

步驟1：本振單元首先通過模擬開關(guān)進(jìn)行內(nèi)外參考信號選擇，內(nèi)參考信號由10mhz晶振提供，外參考信號由外部10mhz信號輸入；然后將通過模擬開關(guān)選擇的參考信號提供給鑒相器，作為100mhz晶振的參考，100mhz信號經(jīng)過功分器后分為五路：第一路經(jīng)過第一6db衰減器和第一10分頻器后，將輸出的10mhz信號作為鑒相器的鑒相輸入，與輸入的參考信號進(jìn)行比較，完成100mhz信號的鎖相；第二路經(jīng)過第二6db衰減器、第一放大器后進(jìn)入本振鎖相環(huán)作為本振鎖相環(huán)的參考，輸出25mhz～3ghz的本振信號，提供給步驟2進(jìn)行混頻使用；第三路經(jīng)過經(jīng)過第二6db衰減器、第二放大器、10倍頻后，通過1ghz濾波器輸出1ghz信號；第四路經(jīng)過第三6db衰減器后，通過100mhz濾波器輸出100mhz信號，提供給步驟3中的中頻采樣單元；第五路經(jīng)過第三6db衰減器、第二10分頻后，通過10mhz濾波器輸出10mhz信號；

步驟2：射頻信號通過射頻輸入端口進(jìn)入射頻變頻單元，首先經(jīng)過功率保護(hù)電路與固定衰減器，通過第一選擇開關(guān)分為高頻段和低頻段兩路信號，低頻段信號經(jīng)過第二選擇開關(guān)后通過第一放大器或直通通路后進(jìn)入第四選擇開關(guān)，經(jīng)過第一程控衰減器、第三放大器進(jìn)行功率調(diào)整與來自本振單元產(chǎn)生的782.259mhz～1285.25mhz信號通過第一混頻器進(jìn)行混頻，得到782.25mhz第一中頻信號，經(jīng)過第一帶通濾波器后，與射頻變頻單元中的719.75mhz固定頻率信號通過第二混頻器進(jìn)行混頻，得到62.5mhz第二中頻信號，經(jīng)過第二帶通濾波器進(jìn)行濾波；高頻段信號經(jīng)過第三選擇開關(guān)后通過第二放大器或直通通路后進(jìn)入進(jìn)入第五選擇開關(guān)，經(jīng)過第二程控衰減器、第四放大器進(jìn)行功率調(diào)整后與來自本振單元產(chǎn)生的687.5mhz～2812.5mhz信號通過第三混頻器進(jìn)行混頻，經(jīng)過第三帶通濾波器后，得到187.5mhz第三中頻信號；高低頻段中頻信號經(jīng)過帶通濾波器后，通過第六選擇開關(guān)合為一路輸出，送入步驟3中的中頻采樣單元進(jìn)行處理；

步驟3：經(jīng)過步驟2中射頻變頻單元處理的中頻信號首先在中頻采樣單元的信號調(diào)理模塊進(jìn)行包括幅度控制、差分變換在內(nèi)的采樣前的信號調(diào)理，然后由時(shí)鐘產(chǎn)生模塊利用步驟1提供的100mhz時(shí)鐘產(chǎn)生250mhz采樣時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)高速ad采集模塊進(jìn)行adc轉(zhuǎn)換，量化為數(shù)字信號后進(jìn)入高速數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后使用ram進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，高速ad采集模塊輸出的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行降速緩存后，組合并位進(jìn)行ram的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)，通過pxi接口將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)軟件進(jìn)行后續(xù)分析；

步驟4：上位機(jī)軟件對步驟3中采集的中頻信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理；具體包括如下步驟：

步驟4.1：測量信號解調(diào)分析模塊對中頻信號進(jìn)行正交分解，將正交分解后的i/q信號進(jìn)行包括數(shù)字濾波、采樣率變換、匹配濾波、定時(shí)修正、頻偏修正、相偏修正、定時(shí)誤差估計(jì)、頻率誤差估計(jì)和相位誤差估計(jì)在內(nèi)的算法進(jìn)行處理，獲得被測信號的基帶信號；

步驟4.2：參考信號生成模塊根據(jù)被測信號的基帶信號進(jìn)行符號判決和碼元映射，得到原始信號的碼流信息，通過參考基帶信號發(fā)生器和參考信號濾波器進(jìn)行成型濾波生成調(diào)制質(zhì)量分析所需的理想?yún)⒖夹盘枺?/p>

步驟4.3：誤差參數(shù)分析模塊將測量信號和參考信號進(jìn)行比對，提取包括幅度矢量誤差、相位誤差、幅度誤差、iq偏置、原點(diǎn)偏移和正交誤差在內(nèi)的一系列調(diào)制質(zhì)量誤差指標(biāo)，并將結(jié)果顯示給用戶。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。