數(shù)字信號(hào)處理（DSP）概念
數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing)，是以數(shù)字運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換、濾波、檢測、估值、調(diào)制解調(diào)以及快速算法等處理的一門學(xué)科。數(shù)字信號(hào)處理具有高精度、高可靠性、可程序控制、可時(shí)分復(fù)用、便于集成化等優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。
實(shí)時(shí)頻譜分析儀中的數(shù)字信號(hào)處理路徑
圖 2-3 顯示了泰克 RSA 系列中使用的主要數(shù)字信號(hào)處理模塊。來自 RF 輸入的頻段被轉(zhuǎn)換成模擬 IF 信號(hào)，然后進(jìn)行通帶濾波和數(shù)字化。然后對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正信號(hào)路徑的幅度平坦度、相位線性度和其它不理想特點(diǎn)。某些校正實(shí)時(shí)進(jìn)行，其它校正則在信號(hào)處理路徑較遠(yuǎn)的下行方向進(jìn)行。
數(shù)字下變頻和壓縮過程把A/D樣點(diǎn)轉(zhuǎn)換成同相(I)和正交(Q)基帶信號(hào)流，如圖 2-4 所示。所需信號(hào)的這個(gè) IQ 表示方式是所有 RSA 表示信號(hào)的基本形式。然后使用 DSP，執(zhí)行所有進(jìn)一步的信號(hào)調(diào)節(jié)和測量。RSA 同時(shí)使用實(shí)時(shí) DSP 和批處理模式 DSP。
IF 數(shù)字轉(zhuǎn)換器
RSA一般會(huì)數(shù)字化以中間頻率(IF)為中心的一個(gè)頻段。這個(gè)頻段是可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的最寬的頻率范圍。在高IF上進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、而不是在DC或基帶上進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，具有多種信號(hào)處理優(yōu)勢(雜散性能、DC 抑制、動(dòng)態(tài)范圍等)。選擇的采樣率應(yīng)使所需的 IF 帶寬落在內(nèi)奎斯特區(qū)域內(nèi)，如圖2-5所示。
采樣率必須至少是IF帶寬的兩倍。如果整個(gè)帶寬落在0與1/2、1 1/2、2 3/2的采樣頻率之間，那么可以實(shí)現(xiàn)采樣，而沒有人工信號(hào)。IF 濾波器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式要求典型的采樣率至少是 IF帶寬的 2.5 倍。
校正
RSA 幅度平坦度、相位線性和電平精度等指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過構(gòu)成信號(hào)路徑模擬RF和IF信號(hào)調(diào)節(jié)部分的元件的性能。泰克 RSA 結(jié)合使用工廠校準(zhǔn)和內(nèi)部自行校準(zhǔn)，補(bǔ)償信號(hào)路徑中的模擬元件變化(溫度、容限、老化等等)。
出廠校準(zhǔn)
RSA 在輸入頻率范圍內(nèi)的頻響在出廠時(shí)測量。采集帶寬中心的 RF 行為在某個(gè)溫度范圍內(nèi)是可以預(yù)測的，在儀器老化時(shí)變化不大。在出廠測量后，RF 響應(yīng)存儲(chǔ)在校正表中，校正表裝在非易失性存儲(chǔ)器中。
內(nèi)部對(duì)準(zhǔn)
采集帶寬中的響應(yīng)受到構(gòu)成IF處理路徑的混頻器、濾波器和放大器組成的影響。這些組件在RSA采集的寬帶寬上可能會(huì)有細(xì)顆粒的幅度和相位波紋。內(nèi)部對(duì)準(zhǔn)過程測量相對(duì)于中心頻率偏置的幅度和相位響應(yīng)。對(duì)準(zhǔn)在使用儀器的時(shí)間和地點(diǎn)完成，可以手動(dòng)觸發(fā)或相對(duì)于溫度觸發(fā)。這個(gè)響應(yīng)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
校正流程
RSA 校正過程把工廠中測量的 RF 響應(yīng)與內(nèi)部對(duì)準(zhǔn)過程中測量的 IF 響應(yīng)結(jié)合在一起，為一套校正濾波器生成FIR系數(shù)，補(bǔ)償輸入連接器和ADC之間整個(gè)路徑的幅度平坦度和相位響應(yīng)。這些校正濾波器在實(shí)時(shí)數(shù)字硬件中實(shí)現(xiàn)，或在基于軟件的 DSP 中實(shí)現(xiàn)，具體視 RSA 型號(hào)而定，并應(yīng)用到數(shù)字化 IQ 流中。
數(shù)字下變頻器(DDC)
表示通帶信號(hào)常用的、計(jì)算效率高的方式是使用波形的復(fù)數(shù)基帶表示方式。即將射頻（高頻）或中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)。
想象一個(gè)高速ADC接收到一個(gè)很高頻的信號(hào)，而我們要用的信號(hào)以某種復(fù)雜的方式調(diào)制在這個(gè)高頻信號(hào)中。假如直接采樣，則處理器的采樣頻率需要和ADC相匹配；但假如先用DDC對(duì)信號(hào)下變頻，則可以大大降低采樣率，同時(shí)得到有用的信號(hào)。所以使用DDC的最終目的是以較少的采樣率得到有用的信號(hào)。
RSA 使用 Cartesian 復(fù)數(shù)形式，把時(shí)間采樣的數(shù)據(jù)表示為信號(hào)的 I(同相)和 Q(正交)基帶成分。這使用數(shù)字下變頻器(DDC)實(shí)現(xiàn)，如圖 2-3 所示。
一般來說，DDC 包含一個(gè)數(shù)字振蕩器，數(shù)字振蕩器在關(guān)心的中心頻段上生成正弦和余弦。正弦和余弦以數(shù)字方式乘以數(shù)字化 IF，生成 I 和 Q 基帶樣點(diǎn)流，其中包含原始 IF 中包含的所有信息。DDC 不僅用來把數(shù)字化 IF 信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，還用來在RSA中實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。
IQ 基帶信號(hào)
圖2-5顯示了獲得頻段、并使用正交下變頻把其轉(zhuǎn)換到基帶中的過程。在1.5倍采樣頻率和采樣頻率之間的空間中包含著原始IF信號(hào)。采樣在零和1.5倍采樣頻率之間生成這個(gè)信號(hào)的像頻干擾。然后信號(hào)乘以關(guān)心的傳輸頻帶中心的相干正弦和余弦信號(hào)，生成I和Q基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)是實(shí)數(shù)值，在原點(diǎn)兩邊對(duì)稱。正負(fù)頻率中包含著同樣的信息。原始傳輸頻帶中包含的所有調(diào)制也包含在這兩個(gè)信號(hào)中。每個(gè)信號(hào)要求的最低采樣頻率現(xiàn)在是原始頻率的一半，然后可以兩兩壓縮。
壓縮
內(nèi)奎斯特定理指出，對(duì)基帶信號(hào)，只需以等于關(guān)心的最高頻率兩倍的速率采樣。對(duì)通帶信號(hào)，采樣率至少是帶寬的兩倍。在所需的帶寬小于最大值時(shí)，可以降低采樣率。通過降低采樣率或壓縮，可以平衡頻寬、處理時(shí)間、記錄長度和存儲(chǔ)器使用量。
例如，泰克 RSA6000系列在模數(shù)轉(zhuǎn)換器上使用100 MS/s采樣率，數(shù)字化40 MHz帶寬或頻寬。I和Q記錄DDC之后的結(jié)果，這個(gè)40MHz頻寬濾波和壓縮的有效采樣率是原始采樣率的一半，即50MS/s。樣點(diǎn)的總數(shù)沒有變化：我們得到兩個(gè)樣點(diǎn)集合，每個(gè)集合的有效采樣率是50MS/s，而不是速率為100MS/s的單集。對(duì)更窄的頻寬將進(jìn)一步進(jìn)行壓縮，導(dǎo)致對(duì)相同數(shù)量的樣點(diǎn)得到更長的時(shí)間記錄。降低有效采樣率的缺點(diǎn)是降低了時(shí)間分辨率，優(yōu)點(diǎn)是在時(shí)間記錄一定時(shí)減少了計(jì)算工作，降低了存儲(chǔ)器使用量。
壓縮濾波
在壓縮時(shí)，必須也遵守內(nèi)奎斯特要求。如果數(shù)據(jù)速率下降兩倍，那么數(shù)字信號(hào)的帶寬也必須下降兩倍。在降低采樣率前，必須使用數(shù)字濾波器完成這一點(diǎn)，以防止出現(xiàn)假信號(hào)。泰克RSA使用多種壓縮等級(jí)。每種等級(jí)都包含一個(gè)數(shù)字濾波器，然后減少樣點(diǎn)數(shù)。壓縮和濾波的另一個(gè)優(yōu)勢是在帶寬下降時(shí)噪聲下降，這種噪聲下降通常稱為處理增益。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-456747.html
把時(shí)域波形轉(zhuǎn)換到頻域
頻譜分析也稱為傅立葉分析，用來把一個(gè)輸入信號(hào)的各種頻率成分隔開。典型的頻譜分析儀顯示畫面繪制各個(gè)頻率成分相對(duì)于頻率的電平。曲線開始頻率和結(jié)束頻率之差是頻寬。在執(zhí)行重復(fù)離散傅立葉變換(DFT)時(shí)，如果其執(zhí)行方式使得信號(hào)處理與輸入信號(hào)保持一致，那么我們把頻譜分析稱為實(shí)時(shí)頻譜分析，如圖2-6所示。
在沒有嚴(yán)格滿足實(shí)時(shí)要求時(shí)，還可以使用重復(fù)傅立葉變換，發(fā)現(xiàn)、捕獲和分析頻域中的偶發(fā)瞬態(tài)事件。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-456747.html
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