[发明专利]基于频差法和DDS实现的高采样率等效采样方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于频差法和DDS(Direct Digital frequency Synthesis，直接数字频率合成)实现的高采样率等效采样方法和系统，具体而言，设计了一种对周期性信号进行等效采样的方法和系统。该项方法适用于周期性信号的等效采样。

背景技术

对信号波形的数据采集通常有两种方法：实时采样和等效采样；其中，等效采样又分为三种，顺序等效采样、伪随机等效采样和随机等效采样，其中，伪随机等效采样可以看作是改进的顺序等效采样。

目前的顺序等效采样方法可以分为两种实现方式，一种时域方式，一种频域方式。时域实现方式包含采用延时芯片实现、采用斜波比较法实现和采用特殊工艺法实现等；频域实现方式包含采用频差法实现、采用频率步进法实现等。如专利申请号为201410001964.8的专利所述，采用级联延时芯片实现；如文章名为《时域反射仪高精度步进延迟系统设计》所述，采用了斜波比较法产生步进延时；如文章名为《基于DDFS和恒精度测频法的等效采样系统设计》所述，采用了频差法实现等效采样；如论文名为《频率步进穿墙雷达系统设计及仿真研究》所述，采用频率步进法实现等效采样。

目前的时域方式实现顺序等效采样方法在应用中存在以下问题：

1、步进延时步长长，等效采样率低。采用低采样率的芯片实现等效高采样率，需要精确控制采样时钟信号/待采样信号的步进延时。目前实现步进延时的芯片或者斜波比较法，其等效步进延时步长长，不能够实现高精度的步进延时步长控制，最终实现的等效采样率低；

2、步进延时步长精度低。常用的延时电路采用专用延时芯片来实现，存在延时芯片延时精度不高，不同延时芯片的延时单元量有偏差，这将导致延时精度低，并且线性度差，影响信号的采样质量，进而影响系统的测量精度；

3、需要步进延时系统，控制复杂。实现步进延时的方法包括延时芯片法、斜波比较法和特殊工艺法等，这些方法实现起来控制相对复杂，尤其是总的步进延时比较大，需要进行级联控制时，控制复杂。

目前频域方式实现顺序等效采样方法在应用中存在以下问题：

1、频差法需要一个高精度的输入信号频率测量模块。传统意义的频差法测量，需要一个测量输入信号频率测量模块，之后产生一个与输入信号频率相近采样时钟信号，实现等效采样；

2、频率步进法需要产生一个连续的步进频率信号，该信号的周期在连续改变，会伴随一定的杂散频率，最终输出时会带来较大的抖动，降低信号质量，导致等效采样率低。

针对上述问题，本专利采用频差法实现方式，提出了独特的思路，将时域的问题转移到频域处理，并且将频域的问题处理简单化。本发明提出的一种基于频差法和DDS实现的高采样率等效采样方法和系统，解决了高速采样芯片价格高且难以获取的问题，解决了现有时域法实现等效采样需要延时系统且延时精度不高的问题，降低了系统复杂度，提高了系统稳定性；本发明还解决了频差法需要高精度信号频率测量模块的问题，解决了频率步进法的杂散频率引入的信号抖动，极大地提高了系统的等效采样率。

本发明提出的一种基于频差法和DDS实现的高采样率等效采样方法和系统，可以实现很高的采样率，适用于对周期性的连续波信号和脉冲信号进行顺序采样，配以高带宽、低抖动的取样头或者取样电路，可以实现高精度时空分辨率的测量。在电子学抖动很小或者不考虑抖动的情况下，可以实现1000GS/s以上的等效采样率。

本发明提出的方法和系统，可以广泛应用在各类型雷达中，例如采用周期性脉冲信号作为测量载体的穿墙雷达、防撞雷达等，采用周期性连续波信号作为测量载体的探地雷达、时域反射仪等。

对数据采集时间有要求的场合，可以同时提高采样时钟频率和待采样信号频率，也可以只提高采样时钟频率，在第二种情况下，采样是伪随机等效采样，对采样数据的恢复组合，就相对麻烦一些，具体的数据恢复组合方式可以参考专利申请公开号为CN103634006A的专利所述。

发明内容

本发明克服现有技术存在的问题，提出一种基于频差法和DDS实现的高采样率等效采样方法和系统，该方法通过频域的频差法来实现。该方法的采用，解决了现有时域法实现等效采样需要延时系统且延时精度不高的问题，降低了系统复杂度，提高了系统稳定性；本发明解决了频差法需要高精度信号频率测量模块的问题，解决了频率步进法的杂散频率引入的信号抖动，极大地提高了系统的等效采样率。

本发明的技术解决方案是：

一种基于频差法和DDS实现的高采样率等效采样方法，其特别之处在于：包括以下步骤：