[发明专利]相位信息可恢复的扫频源法

说明书

技术领域

相位信息可恢复的扫频源法属计量测试领域。是在宽带取样示波器的扫频源校准法基础上利用Hilert变换，恢复扫频源法丢失的相位信息，从而重构示波器的阶跃响应，实现对示波器的精确校准的一种方法。

背景技术

宽带系统(宽带取样示波器)的校准方法有详尽模型法，标准脉冲法，“NTN”(鼻子对鼻子)校准技术和扫频源法。这些方法各有优缺点。详尽模型法受到电路尺寸的限制，其可校准的系统带宽在十几GHz以下。标准脉冲法需要一个比被校准系统有更快的且参数已知的脉冲信号源，这一点有时难以做到。“NTN”校准技术同时需要三台昂贵的取样示波器两两对接进行三次测量，并且需要大量数据处理。扫频源法又称为功率测量法，它是用已校准的宽带扫频正弦信号作为信号源去校准示波器，可得到示波器的幅频响应。其优点是简单易行，缺点是丢失了相位信息。如果这时假定各个频率分量具有零相位，变换到时域时将造成很大的误差，构造的冲激响应和阶跃响应无法使用。

发明内容

本发明的目的是克服前述问题，在扫频源法的基础上将丢失的相位进行恢复，重构示波器的冲激响应或阶跃响应。

本校准方法的基本思想是利用离散Hilbert(希尔伯特)变换可以从最小相位系统的幅频响应恢复其相位信息。

当信号或系统的冲激响应(单位样值响应)是因果稳定实序列时，其傅立叶变换的实部和虚部之间存在着可以互相表达的关系，人们称之为Hilbert变换关系。

如果h(n)是最小相位序列，则其傅立叶变换H(e^jω)的零点和极点都在单位圆内，其倒谱(即ln[H(e^jω)]的傅立叶反变换)是因果稳定实序列，倒谱的傅立叶变换的实部和虚部(即H(e^jω)的幅度和相位)满足Hilbert变换关系。

示波器的信道电路可以等效为一个多级RC放大电路，它可视作一个最小相位系统。因此其傅立叶变换后的幅度和相位满足离散Hilbert变换关系。我们利用扫频源法得到示波器的幅频响应后，先用离散Hilbert变换求出其相频响应，再由幅频响应和相频响应构成的对数形式的传递函数经过取指数和IFFT(快速傅立叶反变换)就得到示波器的冲激响应，最后，进行积分运算，可得示波器的阶跃响应。

传统的示波器扫频源校准技术只能校准示波器的幅频响应。本发明是在传统的扫频源校准方法得到的幅频响应的基础上，利用离散Hilbert变换，恢复丢失的相位信息，再由幅频响应和相频响应恢复示波器的阶跃响应波形。

本发明的技术方案如图1、图2、图3所示。相位信息可恢复的扫频源法包括扫频源和示波器构成标准的示波器扫频源校准系统。在本系统中，扫频源(1)输出已校准过的等幅正弦波扫描信号，示波器(2)得到示波器的幅频响应，在计算机处理器(3)中完成对数据的处理，最后示波器的时域参数在输出设备(4)上打印输出，其特征在于该方法在计算机处理器中还依次包括下述步骤：①在计算机处理器中对幅频响应数据进行预处理，通过使频域窗加宽和给延长部分的数据加一定幅度的噪声，使数据更实际并防止数据混叠；②利用Hilbert变换恢复其相位，以得到完整的包括有幅频和相频响应的数据；③对所得数据进行取指数运算和IFFT变换，则得到示波器的冲激响应，然后积分得到阶跃响应，并从中可求其时域参数。

该方法中对幅频响应数据进行预处理的方法特征为：①将频域窗加宽，也就是将数据长度延长，一般将其延长一倍，即从f_H扩展到2f_H，延长部分补成零；②将步骤①延长部分补成零的数据加一定幅度的噪声，与幅度数值相比，噪声电平控制在-36dB左右；③对上述数据关于最大值进行归一化，即用数据的最大值去除所有的数据；④使数据点数N为2的整数次幂，即N＝2^L(L为整数)；⑤将上述数据镜象延拓，即得到|H(e^jω)|的完整数据，也就是以数字频率π为中心镜象延拓，得到(0，2π)内的完整的幅频响应。