一种利用网络分析仪定位、跟踪动态信号的方法及系统

摘要

本发明涉及动态信号的测试技术，属于测试技术领域，尤其涉及一种利用网络分析仪定位和跟踪被测动态信号、以确定其频谱信息的方法及系统，其利用矢量网络分析仪的数字中频处理模块的不同带宽的数据处理能力，在单通道中设置矢量网络分析仪为较宽的中频带宽，在用户指定频率范围内扫描被测信号，在双通道中设置矢量网络分析仪为较窄的中频带宽，利用数字中频滤波器的线性频率、相位关系计算得到最终的被测信号频率，从而降低测试成本，提高测量灵活性和可扩展性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态信号的测试技术，尤其涉及一种利用网络分析仪 定位和跟踪被测动态信号、以确定其频谱信息的方法及系统，属于测试技 术领域。

背景技术

现有技术中，矢量网络分析仪是用于测试动态信号的常用设备，其主 要用于测试被测件在测量范围内指定频率点的幅度及相位信息，但无法主 动定位输入信号的幅频信息。而在雷达测控及变频器测量等诸多应用当中， 亟需分析仪确定地知道被测信号的幅频信息并进行跟踪测量，以取得最佳 测量效果。因此，以往的被测信号定位与跟踪往往需要结合使用硬件锁相 模块(PLL电路)予以实现，即将被测信号和矢量网络分析仪的源信号置于 一个锁相环内，锁相后的信号再经过下变频等处理转换为中频信号，最后 送入数字处理模块得到最终的测量信息。如此则需要对原有测量仪器进行 改动，增设硬件锁相模块，增加了测试成本，使得测量仪器的灵活性和扩 展性受到极大限制。

因此，能否设计一种全新的定位、跟踪动态信号的方法及系统，无需 专门的锁相硬件，无需改动原有仪器，也能实现动态信号的定位和跟踪， 成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种利用网络分析仪定位和 跟踪被测动态信号、以确定其频谱信息的方法及系统，其利用矢量网络分 析仪本身的数字中频特性结合特定的方法步骤锁定被测信号，实现定位和 跟踪。其采用的技术方案如下：

该利用网络分析仪定位、跟踪动态信号的方法包括如下步骤：

1)信号采集步骤：矢量网络分析仪通过信号采集模块进行信号采集；

2)信号定位步骤：设置矢量网络分析仪为测量信号模式和宽中频带宽， 在用户指定频率范围内扫描被测信号，通过极值搜索、分析和镜频抑制， 逐步缩小频率搜索范围和矢量网络分析仪的中频带宽，分析输入信号频谱， 给出被测信号的幅频信息；

3)信号跟踪步骤：在双通道中设置矢量网络分析仪为较窄的中频带宽， 利用数字中频滤波器的线性频率、相位关系计算得到最终的被测信号频率， 实现实时跟踪。

优选地，该方法中还包括用户交互步骤。

优选地，所述信号定位步骤包括如下子步骤：

2.1)将矢量网络分析仪设置为如下测量信号模式：单通道、扫频特 性、绝对幅值格式、宽中频带宽，使输入到矢量网络分析仪的被测信号， 经过分析仪的测量通道直接进入数字中频处理模块，得到被测信号全频率 带宽内的幅度信息；

2.2)分析测量数据，通过矢量网络分析仪的光标搜索功能得到用户 指定频率范围内的极值，分析极值所在频率是否为镜频信号并对镜频信号 进行去除，去除镜频信号是通过改变矢量网络分析仪测量点数，重新扫描 并分析测量结果，如果此极值所在频率是镜频信号则改变扫描点数后将搜 索不到此极值；镜频去除后得到的极值所在频率即是被测信号的粗略频谱 信息；

2.3)改变矢量网络分析仪搜索条件，采用逐次逼近法，减小矢量网 络分析仪的中频带宽并缩小频率搜索范围，重复2.2步骤中的极值分析和镜 频抑制步骤，分析两次搜索结果，如果两次频率之差小于分析仪中频带宽， 则存储最后一次搜索结果成功退出信号定位模块，如果极值搜索失败或者 重复搜索次数超出用户指定范围，则提示失败并退出。

优选地，所述信号跟踪步骤包括如下子步骤：

3.1)将矢量网络分析仪设置为如下跟踪信号模式：双通道、点频特 性、相位模式、比值格式、窄中频带宽；

3.2)分析测量数据，当被测信号位于矢量网络分析仪中频带宽内时， 利用最小二乘法对被测信号的时间、相位特性进行线性拟合；

3.3)计算出当前的误差频率，据此设置矢量网络分析仪的当前扫描 频率；

3.4)重复步骤3.3，直至频率误差在用户设置允许的范围内。

本发明还公开了一种利用网络分析仪定位、跟踪动态信号的系统，其 包括有：

信号采集模块：矢量网络分析仪通过该信号采集模块进行信号采集；

信号定位模块：设置矢量网络分析仪为测量信号模式和宽中频带宽， 在用户指定频率范围内扫描被测信号，通过极值搜索、分析和镜频抑制， 逐步缩小频率搜索范围和矢量网络分析仪的中频带宽，分析输入信号频谱， 给出被测信号的幅频信息；

信号跟踪模块：在双通道中设置矢量网络分析仪为较窄的中频带宽， 利用数字中频滤波器的线性频率、相位关系计算得到最终的被测信号频率， 实现实时跟踪。

优选地，该系统中还包括用户交互模块。

优选地，所述信号定位模块包括如下子模块：

定位设置子模块：将矢量网络分析仪设置为如下测量信号模式：单通 道、扫频特性、绝对幅值格式、宽中频带宽，使输入到矢量网络分析仪的 被测信号，经过分析仪的测量通道直接进入数字中频处理模块，得到被测 信号全频率带宽内的幅度信息；

定位分析子模块：分析测量数据，通过矢量网络分析仪的光标搜索功 能得到用户指定频率范围内的极值，分析极值所在频率是否为镜频信号并 对镜频信号进行去除，去除镜频信号是通过改变矢量网络分析仪测量点数， 重新扫描并分析测量结果，如果此极值所在频率是镜频信号则改变扫描点 数后将搜索不到此极值；镜频去除后得到的极值所在频率即是被测信号的 粗略频谱信息；

定位搜索子模块：改变矢量网络分析仪搜索条件，采用逐次逼近法， 减小矢量网络分析仪的中频带宽并缩小频率搜索范围，重复执行定位分析 子模块中的极值分析和镜频抑制，分析两次搜索结果，如果两次频率之差 小于分析仪中频带宽，则存储最后一次搜索结果成功退出信号定位模块， 如果极值搜索失败或者重复搜索次数超出用户指定范围，则提示失败并退 出。

优选地，所述信号跟踪模块包括如下子模块：

跟踪设置子模块：将矢量网络分析仪设置为如下跟踪信号模式：双通 道、点频特性、相位模式、比值格式、窄中频带宽；

跟踪分析子模块：分析测量数据，当被测信号位于矢量网络分析仪中 频带宽内时，利用最小二乘法对被测信号的时间、相位特性进行线性拟合；

扫描频率重置子模块：计算出当前的误差频率，据此设置矢量网络分 析仪的当前扫描频率；

跟踪完成子模块：重复运行扫描频率重置子模块，直至频率误差在用 户设置允许的范围内。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

采用现有测量仪器结合方法步骤来定位并跟踪被测信号，无需专门的 锁相硬件，无需改动原有仪器，仅利用矢量网络分析仪的本身数字中频特 性，利用算法锁定被测信号，灵活易用、节约成本、可扩展性强。

附图说明

图1：本发明的利用网络分析仪定位、跟踪动态信号的方法流程图；

图2：图1中的信号定位步骤的流程图；

图3：图1中的信号跟踪步骤的流程图；

图4：本发明的利用网络分析仪定位、跟踪动态信号的系统结构示意图。

具体实施方式

下面先简述发明原理：

无需硬件PLL锁相方式来锁定外部输入信号，利用测试仪器中已有的 矢量网络分析仪结合特定的信号定位、跟踪步骤(可采用软件算法功能模 块来实现)即可实现定位和跟踪被测信号：利用矢量网络分析仪的数字中 频处理模块的不同带宽的数据处理能力，在单通道中设置矢量网络分析仪 为较宽的中频带宽，在用户指定频率范围内扫描被测信号，然后在双通道 中设置矢量网络分析仪为较窄的中频带宽，利用数字中频滤波器的线性频 率、相位关系计算得到最终的被测信号频率。从而降低测试成本，提高测 量灵活性和可扩展性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，该利用网络分析仪定位、跟踪动态信号的方法包括如下 步骤：

1)信号采集步骤：矢量网络分析仪通过信号采集模块进行信号采集；

2)信号定位步骤：设置矢量网络分析仪为测量信号模式和宽中频带宽 (此处的“宽”是相对于步骤3中的中频带宽而言，下同)，在用户指定频 率范围内扫描被测信号，通过极值搜索、分析和镜频抑制，逐步缩小频率 搜索范围和矢量网络分析仪的中频带宽，分析输入信号频谱，给出被测信 号的幅频信息；

3)信号跟踪步骤：在双通道中设置矢量网络分析仪为较窄的中频带宽 (此处的“窄”是相对于步骤2中的中频带宽而言，下同)，利用数字中频 滤波器的线性频率、相位关系计算得到最终的被测信号频率，实现实时跟 踪。

该方法中还可包括用户交互步骤，用户根据实际测试需要，在测试的 各个步骤、阶段中输入测试参数、设置交互界面(例如对话框)等，这在 现有测控技术中十分常见，在此不再赘述。

该方法的主要内容分为两部分，一是步骤2的信号定位步骤，二是步 骤3的信号跟踪步骤。

图2是信号定位步骤的流程图，用于进行被测信号的定位。其具体包 括如下子步骤：

2.1)将矢量网络分析仪设置为如下测量信号模式：单通道、扫频特 性、绝对幅值格式、宽中频带宽，使输入到矢量网络分析仪的被测信号， 经过分析仪的测量通道直接进入数字中频处理模块，得到被测信号全频率 带宽内的幅度信息；

2.2)分析测量数据，通过矢量网络分析仪的光标搜索功能得到用户 指定频率范围内的极值，分析极值所在频率是否为镜频信号并对镜频信号 进行去除，去除镜频信号是通过改变矢量网络分析仪测量点数，重新扫描 并分析测量结果，如果此极值所在频率是镜频信号则改变扫描点数后将搜 索不到此极值；镜频去除后得到的极值所在频率即是被测信号的粗略频谱 信息；

2.3)改变矢量网络分析仪搜索条件，采用逐次逼近法，减小矢量网 络分析仪的中频带宽并缩小频率搜索范围，重复2.2步骤中的极值分析和镜 频抑制步骤，分析两次搜索结果，如果两次频率之差小于分析仪中频带宽， 则存储最后一次搜索结果成功退出信号定位模块，如果极值搜索失败或者 重复搜索次数超出用户指定范围，则提示失败并退出。

图3是信号跟踪步骤流程图，用于进行被测信号的定位。其具体包括 如下子步骤：

3.1)将矢量网络分析仪设置为如下跟踪信号模式：双通道、点频特 性、相位模式、比值格式、窄中频带宽；

3.2)分析测量数据，当被测信号位于矢量网络分析仪中频带宽内(步 骤2.3中存储的搜索结果)时，利用最小二乘法对被测信号的时间、相位 特性进行线性拟合；

矢量网络分析仪的群延迟可用如下公示计算：其中ω是 角频率，为频响的相位特性函数；矢量网络分析仪的数据处理部分采 用数字滤波技术，数字低通滤波器的通带内拥有线性相位特性，利用这两 者的关系可以推出如下的公式：Δf＝Δθ/Δω。在被测信号位于数字中频带宽 内时，利用最小二乘法的线性拟合算法，对被测信号的时间相位特性进行 拟合，从而可以快速计算得出被测信号的准确频率信息。频率准确度由矢 量网络分析仪的最小中频带宽确定(一般为1Hz)。

3.3)计算出当前的误差频率，据此设置矢量网络分析仪的当前扫描 频率；

3.4)重复步骤3.3，直至频率误差在用户设置允许的范围内。

基于上述步骤的信号跟踪，在分析仪扫描中的合适时刻，实时跟踪被 测信号。

如图4所示，本发明还公开了一种利用网络分析仪定位、跟踪动态信 号的系统，其包括有：

信号采集模块：矢量网络分析仪通过该信号采集模块进行信号采集；

信号定位模块：设置矢量网络分析仪为测量信号模式和宽中频带宽(此 处的“宽”是相对于信号跟踪模块中的中频带宽而言，下同)，在用户指定 频率范围内扫描被测信号，通过极值搜索、分析和镜频抑制，逐步缩小频 率搜索范围和矢量网络分析仪的中频带宽，分析输入信号频谱，给出被测 信号的幅频信息；

信号跟踪模块：在双通道中设置矢量网络分析仪为较窄的中频带宽(此 处的“窄”是相对于信号定位模块中的中频带宽而言，下同)，利用数字中 频滤波器的线性频率、相位关系计算得到最终的被测信号频率，实现实时 跟踪。

该系统中还可包括用户交互模块，用户根据实际测试需要，在测试的 各个步骤、阶段中输入测试参数、设置交互界面(例如对话框)等，这在 现有测控技术中十分常见，在此不再赘述。

信号定位模块包括如下子模块：

定位设置子模块：将矢量网络分析仪设置为如下测量信号模式：单通 道、扫频特性、绝对幅值格式、宽中频带宽，使输入到矢量网络分析仪的 被测信号，经过分析仪的测量通道直接进入数字中频处理模块，得到被测 信号全频率带宽内的幅度信息；

定位分析子模块：分析测量数据，通过矢量网络分析仪的光标搜索功 能得到用户指定频率范围内的极值，分析极值所在频率是否为镜频信号并 对镜频信号进行去除，去除镜频信号是通过改变矢量网络分析仪测量点数， 重新扫描并分析测量结果，如果此极值所在频率是镜频信号则改变扫描点 数后将搜索不到此极值；镜频去除后得到的极值所在频率即是被测信号的 粗略频谱信息；

定位搜索子模块：改变矢量网络分析仪搜索条件，采用逐次逼近法， 减小矢量网络分析仪的中频带宽并缩小频率搜索范围，重复执行定位分析 子模块中的极值分析和镜频抑制，分析两次搜索结果，如果两次频率之差 小于分析仪中频带宽，则存储最后一次搜索结果成功退出信号定位模块， 如果极值搜索失败或者重复搜索次数超出用户指定范围，则提示失败并退 出。

信号跟踪模块用于进行被测信号的定位。其具体包括如下子模块：

跟踪设置子模块：将矢量网络分析仪设置为如下跟踪信号模式：双通 道、点频特性、相位模式、比值格式、窄中频带宽；

跟踪分析子模块：分析测量数据，当被测信号位于矢量网络分析仪中 频带宽内时，利用最小二乘法对被测信号的时间、相位特性进行线性拟合；

扫描频率重置子模块：计算出当前的误差频率，据此设置矢量网络分 析仪的当前扫描频率；

跟踪完成子模块：重复运行扫描频率重置子模块，直至频率误差在用 户设置允许的范围内。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施 例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。