寬帶信號(hào)頻譜分析關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、基于數(shù)字處理的信號(hào)頻譜分析技術(shù)具有測(cè)量速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程師的研究熱點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用背景。然而隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在一些技術(shù)領(lǐng)域中，各種電子信號(hào)呈現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化的特征，主要體現(xiàn)在信號(hào)頻率范圍越來(lái)越寬，傳輸載波頻率越來(lái)越高，瞬時(shí)性及復(fù)雜度不斷增加，信號(hào)非平穩(wěn)特性迅速增長(zhǎng)等等?；趥鹘y(tǒng)硬件技術(shù)以及軟件架構(gòu)的模擬或者數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)已難以實(shí)現(xiàn)這一類信號(hào)的快速分析與測(cè)試。
　　寬帶信號(hào)頻譜分析

2、測(cè)量需要實(shí)現(xiàn)高速高精度數(shù)據(jù)采集技術(shù)以及寬帶數(shù)字信號(hào)分析處理技術(shù)的研究突破。電子信號(hào)帶寬及載頻的增長(zhǎng)，對(duì)各種數(shù)字化信號(hào)分析測(cè)量設(shè)備的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（Analog-to-Digital Converter, ADC）采樣速度與精度提出了很高的要求，同時(shí)，ADC輸出采樣數(shù)據(jù)的高速率也給后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理芯片及整個(gè)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)帶來(lái)了很大的壓力。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入寬帶信號(hào)的高速高精度采樣以及頻譜分析測(cè)量是本文的主要研究?jī)?nèi)容。結(jié)合攻讀博士學(xué)位期間參與的相關(guān)

3、項(xiàng)目，針對(duì)寬帶信號(hào)的采樣、頻譜分析等關(guān)鍵技術(shù)，本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究：
　?。?）時(shí)間交替ADC（Time-Interleaved ADC, TIADC）并行采樣系統(tǒng)。建立了等效的通道失配誤差模型。借助于該誤差模型，推導(dǎo)了系統(tǒng)中存在通道線性失配誤差（偏置、增益及時(shí)間誤差）情況下，TIADC采樣輸出信號(hào)的頻譜表達(dá)式，并分析了通道失配誤差對(duì)系統(tǒng)采樣輸出的影響。提出了兩種簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的前臺(tái)通道失配誤差估計(jì)算法：基于離散傅里

4、葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT）的估計(jì)算法以及基于分?jǐn)?shù)延遲和正弦擬合的估計(jì)算法，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了其正確性及有效性；采用了基于FARROW結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)延遲濾波器實(shí)現(xiàn)通道失配誤差的修正和補(bǔ)償。
　?。?）基于混合濾波器組（Hybird Filter Bank, HFB）的ADC并行采樣系統(tǒng)或頻率交替ADC（Frequency-Interleaved ADC, FIADC）并行采樣系統(tǒng)。分析推導(dǎo)了該

5、并行采樣系統(tǒng)中信號(hào)完全重構(gòu)條件，以及通道失配誤差存在條件下系統(tǒng)輸出信號(hào)頻譜表達(dá)式，并對(duì)通道失配誤差對(duì)系統(tǒng)采樣輸出的影響進(jìn)行了分析。
　?。?）數(shù)字下變頻（Digital Down Converter, DDC）技術(shù)。在分析傳統(tǒng)串行DDC結(jié)構(gòu)處理高速ADC采樣輸出數(shù)據(jù)時(shí)的速度限制的基礎(chǔ)上，基于信號(hào)多相表示，分析推導(dǎo)了幾種高效率并行DDC實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，即乘法器后置、最小公倍數(shù)以及二次下變頻結(jié)構(gòu)等，可有效緩解數(shù)字信號(hào)處理芯片的處理速度壓力。

6、
　　（4）數(shù)控振蕩器（Numerically Controlled Oscillator, NCO）實(shí)現(xiàn)技術(shù)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)的幾種高效率并行DDC結(jié)構(gòu)，分析推導(dǎo)了多路并行NCO輸出本振信號(hào)與單路NCO本振信號(hào)相關(guān)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；基于輸入寬帶信號(hào)采樣率及帶寬等信息，分析討論了并行DDC結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)多路NCO時(shí)相關(guān)參數(shù)的選取原則。
　?。?）基于信道化的寬帶信號(hào)頻譜分析技術(shù)。結(jié)合信號(hào)多相理論及DDC理論，提出了基于信道化的寬帶信號(hào)

7、頻譜分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)將輸入寬帶信號(hào)頻帶劃分為多個(gè)子頻帶。將得到的多個(gè)子帶復(fù)信號(hào)分別下變頻至基帶，并分別做快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform, FFT）變換以獲取相應(yīng)的頻譜信息。分析推導(dǎo)了兩種用于輸入信號(hào)頻帶劃分的信道化結(jié)構(gòu)，即多相DFT結(jié)構(gòu)和加權(quán)疊接相加（Weigthed OverLap-Add, WOLA）結(jié)構(gòu)，提出了一種通帶拼接技術(shù)按照一定規(guī)則合成各子帶頻譜信息。
　?。?）信道化后續(xù)頻率測(cè)量。討論了

8、信道化分析結(jié)構(gòu)中，當(dāng)輸入信號(hào)為正弦信號(hào)（或單音信號(hào)）時(shí)的頻率測(cè)量技術(shù)，即利用信道化輸出基帶復(fù)信號(hào)計(jì)算出基帶信號(hào)頻率，再根據(jù)信道劃分方式求出輸入正弦信號(hào)頻率，給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。
　?。?）數(shù)字信號(hào)截?cái)嗾`差抑制。數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中，受一些數(shù)字算法的計(jì)算精度影響，需要對(duì)運(yùn)算過(guò)程中的中間數(shù)據(jù)做位寬截位處理，而直接丟掉低位數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致截位后信號(hào)質(zhì)量下降。本文提出采用 Dither技術(shù)來(lái)抑制數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中出現(xiàn)的信號(hào)截?cái)嗾`差，可有效提高截