一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法
阅读说明：本技术 一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法 (Broadband rapid modulation domain frequency measurement method based on digital phase calculation ) 是由 毛黎明 朱伟 刘强 丁建岽 孙宝征 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉公开了一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法,具体涉及频率测量技术领域。该装置包括功率调理单元、功率监测单元、宽带可变分频器、低通滤波器、高速AD采样模块和FPGA,FPGA包括相位推算单元和频率计算单元；信号输入后分为两路,一路进入功率监测单元,另一路进入功率调理单元；功率调理调理单元包括信号放大和衰减,功率调理单元依据功率监测单元的测量数据对信号进行功率调理后,将信号送入宽带可变分频器,宽带可变分频器将信号频率分频至250MHz以下的较低频率,再通过低通滤波器,滤除分频输出的谐波,之后进入高速AD采样模块,将模拟信号变为数字信号送入FPGA进行运算。(The invention discloses a frequency measurement method of a broadband fast modulation domain based on digital phase estimation, and particularly relates to the technical field of frequency measurement. The device comprises a power conditioning unit, a power monitoring unit, a broadband variable frequency divider, a low-pass filter, a high-speed AD sampling module and an FPGA, wherein the FPGA comprises a phase calculation unit and a frequency calculation unit; after the signal is input, the signal is divided into two paths, wherein one path enters a power monitoring unit, and the other path enters a power conditioning unit; the power conditioning unit comprises signal amplification and attenuation, the power conditioning unit is used for conditioning the power of the signal according to the measurement data of the power monitoring unit, then the signal is sent to the broadband variable frequency divider, the broadband variable frequency divider divides the frequency of the signal to a lower frequency below 250MHz, the harmonic wave output by frequency division is filtered by the low-pass filter, and then the signal enters the high-speed AD sampling module, and the analog signal is converted into a digital signal and sent to the FPGA for operation.)
技术领域
本发明涉及频率测量技术领域，具体涉及一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法。
背景技术
随着电子技术的发展，电子信号覆盖的频域越来越大即信号频带变宽，可到达毫米波频段，每秒内的脉冲数增多即信号密集度变大，信号调制类型也越来越多样化，有复杂脉冲压缩、频率捷变信号、复杂时变波等，要精确分析信号的频率随时间的变化关系，就需要一种宽带、高速的连续无死区频率测量技术。
调制域分析是结合时域分析中的时间参量和频域分析中的频率参量，表征信号频率随时间变化的关系，是分析信号频率随时间变化关系的直观、有效的测试手段。目前调制域测频法方法是频率计数法，原理如图1所示，信号经分频整形后，与闸门同步，测量一个闸门内通过时间计数器和事件计数器的信号次数来测量信号频率，计算公式如下：
其中，事件计数M，时间计数N。闸门时间Tg，时基信号的周期为T0，频率为f0。
为提高测频精度，还需采用内插技术，通常有模拟内插法和数字内插法，受限于内插速度，模拟内插法测频时间一般在1us以上，数字内插法测频时间一般在100ns以上，目前现有调制域分析仪测频时间最快为100ns。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种采用宽带分频技术和数字相位推算相结合，可实现宽带高速频率测量的基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频装置，包括功率调理单元、功率监测单元、宽带可变分频器、低通滤波器、高速AD采样模块和FPGA。
优选地，所述FPGA包括相位推算单元和频率计算单元。
一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法，采用如上所述基于数字相位推算的宽带快速调制域测频装置，包括以下步骤：
信号输入后分为两路，一路进入功率监测单元，另一路进入功率调理单元；
功率调理调理单元包括信号放大和衰减，功率调理单元依据功率监测单元的测量数据对信号进行功率调理后，将信号送入宽带可变分频器，宽带可变分频器将信号频率分频至250MHz以下的较低频率，再通过低通滤波器，滤除分频输出的谐波，之后进入高速AD采样模块，将模拟信号变为数字信号送入FPGA进行运算。
优选地，FPGA进行运算的具体过程为：
假定信号输入为正弦信号，记为：
其中，s(t)为被测信号，t为时间，A为信号幅度，ω为信号角频率，
经宽带分频后，假定分频比为N，
其中，B为分频后信号幅度；
假设高速AD采集中采样速率为fc，采样周期为T，经过高速AD采集后，Ti和Ti+1两个时刻采样点信号为si，si+1，有
假设两个采样点中间点的相位为有
经过三角运算后，得到：
由此推算出信号相位；
再进行频率计算，由式
计算出信号频率f：
经过不间断AD采样，可连续获取si，si+1，由此可以连续计算出信号频率，通过宽带可变分频可实现宽带频率测量。
本发明具有如下有益效果：
该方案采用宽带分频技术和数字相位推算相结合，可实现宽带高速频率测量，频率测量带宽大于1个倍频程，频率测量时间小于10ns，并可实现连续无死区测频，
附图说明
图1为现有的调制域测频法方法原理如图；
图2为基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列。
如图2所示，一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频装置，包括包括功率调理单元、功率监测单元、宽带可变分频器、低通滤波器、高速AD采样模块和FPGA，FPGA包括相位推算单元和频率计算单元；
一种基于数字相位推算的宽带快速调制域测频方法，采用如上所述基于数字相位推算的宽带快速调制域测频装置，包括以下步骤：
信号输入后分为两路，一路进入功率监测单元，另一路进入功率调理单元；
功率调理调理单元包括信号放大和衰减，功率调理单元依据功率监测单元的测量数据对信号进行功率调理后，将信号送入宽带可变分频器，宽带可变分频器将信号频率分频至250MHz以下的较低频率，再通过低通滤波器，滤除分频输出的谐波，之后进入高速AD采样模块，将模拟信号变为数字信号送入FPGA进行运算。
FPGA进行运算的具体过程为：
假定信号输入为正弦信号，记为：
其中，s(t)为被测信号，t为时间，A为信号幅度，ω为信号角频率，
经宽带分频后，假定分频比为N，
其中，B为分频后信号幅度。
假设高速AD采集中采样速率为fc，采样周期为T，经过高速AD采集后，Ti和Ti+1两个时刻采样点信号为si，si+1，有
假设两个采样点中间点的相位为
经过三角运算后，得到：
由此推算出信号相位；
再进行频率计算，由式
计算出信号频率f：
经过不间断AD采样，可连续获取si，si+1，由此可以连续计算出信号频率，通过宽带可变分频可实现宽带频率测量。
假如AD采样频率选择500MHz，采样周期2ns，采样两个点即可计算信号频率，即4ns可测出频率。通过宽带可变分频可实现宽带频率测量，分频比可按如表1中划分：
表1
频率范围
分频比选择
分频后频率
1GHz～3GHz
20
50MHz～150MHz
3GHz～9GHz
60
50MHz～150MHz
9GHz～27GHz
180
50MHz～150MHz
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。