基于超低旁瓣频谱分析与数字荧光技术的实时频谱仪关键技术研究

摘要

近年来，无线通信技术飞速发展，各类射频信号发射机比比皆是，其中包括射频识别技术(RFID)、军用雷达系统以及跳频电台，第四代通信技术，蓝牙，WLAN等各种微波功率发射装置。随着射频信号的广泛应用，各个射频设备之间的干扰问题越来越明显，科研人员迫切需要一种捕获射频信号的频谱分析仪器。本文面向射频信号的实时频谱分析，围绕超低旁瓣实时频谱分析展开工作，并通过虚拟仪器的思想完成了超低旁瓣实时频谱仪的工程实现。具体研究内容包括: 研究了实时频谱仪采用的关键技术。介绍了实时频谱仪的基本原理;研究了快速滤波器组FFB算法，并通过Matlab对算法的性能进行了仿真，同时与FFT算法的结果进行对比;介绍了降采样滤波器的结构，并对CIC滤波器、半带滤波器和FIR滤波器的基础理论进行了推导;介绍了两种传输技术——DMA传输技术和P2P传输技术的基本原理;介绍了数字荧光与余辉技术的基本原理。 搭建了实时频谱仪的硬件系统。根据系统的性能参数要求，选择了NI的硬件板卡，并从整体上架构了硬件系统。分别介绍了矢量信号分析仪PXIe5663、高速FPGA处理板卡PXIe7966R以及矢量信号发生器PXIe5673的硬件内部结构和硬件驱动流程，在此基础上给出了相应的驱动程序。 实现了实时频谱仪系统各个模块。设计了整个系统的软件模块;介绍了系统的软件开发环境以及编译环境;实现了实时频谱仪的核心算法模块——FFB算法以及位图统计模块;设计并实现了信号降采样滤波器模块，其中包括CIC抽取滤波器、半带滤波器和FIR滤波器;实现了数字荧光与余辉模块;实现了射频信号留盘与回放模块。 给出了实时频谱仪系统的运行及测试。首先，介绍了系统的运行环境以及软件工具包。接着，应用实际信号源对系统中的功能模块进行测试，将测试结果与理论分析结果进行对比，从而验证系统设计的正确性;最后，在总结本文工作的同时对未来的工作进行了展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外技术发展概况

1．3 论文开展的主要工作

1．4 论文结构

第二章 频谱仪技术基础理论

2．1 传统频谱分析技术

2．2 实时频谱分析技术

2．2．1 实时频谱仪信号处理

2．2．2 实时频谱仪实现结构

2．2．3 实时频谱仪显示

2．3 本章小结

第三章 实时频谱仪关键技术

3．1 实时频谱仪数据处理

3．2 降采样技术研究

3．2．1 降采样滤波器的组成

3．2．2 信号整数倍抽取

3．2．3 积分梳状滤波器

3．2．4 FIR半带滤波器

3．2．5 FIR滤波器多相分解

3．3 频谱分析FFB算法研究

3．3．1 快速滤波器组

3．3．2 节点调制快速滤波器组

3．3．3 低延迟快速滤波器组改进方案

3．4 数字荧光与余辉技术研究

3．5 高速数据传输技术

3．5．1 Peer-to-Peer传输技术

3．5．2 DMA传输技术

3．6 本章小结

第四章 实时频谱仪系统实现

4．1 实时频谱仪硬件架构设计

4．1．1 矢量信号分析仪

4．1．2 FPGA处理模块内部资源

4．1．3 矢量信号发生器

4．2 实时频谱仪系统软件模块设计

4．3 软件开发环境

4．4 实时频谱仪各模块实现

4．4．1 降采样模块

4．4．2 FFB核心算法模块

4．4．3 数字荧光与余辉模块

4．4．4 信号留盘模块

4．4．5 信号回放模块

4．4．6 用户界面模块

4．5 本章小结

第五章 实时频谱仪运行及测试

5．1 实时频谱仪系统平台搭建

5．2 实时频谱仪系统测试结果

5．2．1 正弦信号测试

5．2．2 方波信号测试

5．2．3 WLAN信号测试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参加的项目