專利名稱：一種信號分析裝置及其配置方法
技術領域：
本發明涉及儀器技術領域，特別是涉及一種信號分析裝置及其配置方法。
背景技術：
目前，裝備研制生成單位在測試保障系統硬件及軟件信息接口層面上沒有一個統一的系統架構，造成裝備的測試系統功能單一，各家的測試保障裝備無法兼容，難以滿足維修保障需求；另外國內的自動測試系統中大量采用專門的設計電路完成裝備的測試保障工作，這些測試儀器很快在技術上就過時了，因為無法獲得備件，保障工作越來越困難，而且維修費用也越來越高。針對上述問題，合成儀器是一種較好的技術解決途徑，合成儀器的發展是對傳統的單一儀器的補充，可以選擇不同的合成儀器部件以滿足所需儀器性能方面的要求，以避免設備技術過時問題。由于合成儀器的信號發生和信號處理等環節是通過與硬件平臺無關的軟件程序來完成，所以可以通過下載新程序或更新驅動程序就可以改變或擴充儀器的性能。當出現技術過時問題時，采用通用的編程標準如IVKinterchangeable virtual instruments，可互換虛擬儀器)可以很容易地過渡到新的硬件和軟件上。隨著個人計算機的快速發展，數據處理能力加強了，費用降低了。A/D(模數轉換)和D/A(數模轉換)轉換器也已商品化，并且轉換速度和分辨率逐年提高。這些都為合成儀器的發展提供了有力的技術支撐。

發明內容
本發明提供一種信號分析裝置及其配置方法，以解決現有技術中信號分析儀器功能單一、不同廠家之間的儀器能以兼容的問題。本發明提供一種信號分析裝置，包括下變頻模塊、本振模塊和數據采集與處理模塊；其中，所述下變頻模塊用于對信號進行變頻，并將變頻后的信號輸出到所述數據采集與處理模塊；所述本振模塊用于為所述下變頻模塊提供本振信號；所述數據采集與處理模塊用于對收到的信號進行數據采集與處理操作。進一步地，所述下變頻模塊包括預選器模塊、基波混頻模塊和諧波混頻模塊；其中，所述預選器模塊用于對預設頻率門限A之上的信號按頻率分路，分別送入所述基波混頻模塊和所述諧波混頻模塊處理；所述基波混頻模塊和諧波混頻模塊均用于將信號變頻到所需頻率。更進一步地，所述對預設頻率門限A之上的信號按頻率分路，分別送入所述基波混頻模塊和所述諧波混頻模塊處理，包括將預設頻率門限A之上的信號按頻率大小分路，在預設的頻率門限B之上的信號送入所述諧波混頻模塊處理，在預設的頻率門限B之下的信號送入所述基波混頻模塊處理。再進一步地，所述預設頻率門限A大于等于0，小于所述預設頻率門限B。又進一步地，所述預選器模塊還用于將所述預設頻率門限A之下的信號直接送到所述數據采集與處理模塊處理。進一步地，所述變頻后的信號的頻率為200至400MHz。進一步地，所述數據采集與處理模塊包括示波器、矢量信號分析儀和頻譜分析儀； 其中，所述示波器用于對波形進行時域測量；所述矢量信號分析儀用于對矢量信號進行分析；所述頻譜分析儀用于頻譜分析。進一步地，本發明信號分析裝置還包括PC機，該PC機用于通過PXIe (PCIExpress extensions for instrument,PCI Express在儀器領域中的擴展)總線對所述下變頻模塊、 本振模塊和數據采集與處理模塊進行控制。進一步地，本發明信號分析裝置的驅動接口采用IVI標準實現，包括IVI-C和 IVI-COM兩類接口。本發明還提供了一種對所述信號分析裝置進行配置的方法，按如下兩種方式之一或者相結合進行配置通過PXIe總線實時下載通用固件程序進行配置；對所述數據采集與處理模塊的參數進行自定義配置。本發明有益效果如下本發明利用合成儀器的特點，結合裝備測試系統的需求，利用PXIe總線高速傳輸優勢及合成儀器架構，提出一種基于合成儀器架構的PXIe總線信號分析裝置，該裝置分析頻率可達20GHz，帶寬可達50MHz，可解決95%以上的通信、導航信號測試和大部分電子對抗信號測試，為裝備測試系統未來的統一化、小型化、寬帶、快速測量、更大的靈活性、低成本研制方向奠定了基礎。


圖1為本發明實施例的信號分析裝置結構示意圖；圖2為本發明實施例的信號分析原理示意圖；圖3為本發明實施例的信號分析裝置的接口框圖；圖4為本發明實施例的下變頻框圖；圖5為本發明實施例的IVI-C類兼容專用驅動器互換性示意圖；圖6為本發明實施例的IVI-COM類兼容專用驅動器互換性示意圖；圖7為本發明實施例的對信號分析裝置進行配置的方法原理示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不限定本發明。裝置實施例根據本發明的實施例，提供了一種信號分析裝置，圖1是本發明實施例的信號分析裝置結構示意圖，圖2是本發明實施例的信號分析原理示意圖，如圖1和圖2所示，本發明實施例的信號分析裝置包括下變頻模塊、本振模塊、數據采集與處理模塊和PC機。下面對各模塊進行詳細說明。具體地，下變頻模塊用于對信號進行變頻，并將變頻后的信號輸出到數據采集與處理模塊。本發明實施例中，變頻后的信號頻率為200至400MHz。下變頻模塊包括預選器模塊、基波混頻模塊和諧波混頻模塊。其中，預選器模塊用于對預設頻率門限A之上的信號按頻率分路，分別送入基波混頻模塊和諧波混頻模塊處理，將預設頻率門限A之下的信號直接送到數據采集與處理模塊處理；基波混頻模塊和諧波混頻模塊均用于將信號變頻到所需頻率。具體地，預選器將預設頻率門限A之上的信號按頻率大小分路，分別送入基波混頻模塊和諧波混頻模塊處理，是指將預設的頻率門限B之上的信號送入諧波混頻模塊處理，將預設的頻率門限B之下的信號送入基波混頻模塊處理。上述預設頻率門限A大于等于0，小于預設頻率門限B。本發明實施例中，將預設頻率門限A設置為IOOMHz，將預設頻率門限B設置為4GHz。本振模塊用于為下變頻模塊提供本振信號。具體地，本振模塊提供兩路本振信號， 分別送入基波混頻模塊和諧波混頻模塊供變頻使用。數據采集與處理模塊用于對收到的信號進行數據采集與處理操作。本發明實施例中，數據采集與處理模塊包括示波器、矢量信號分析儀和頻譜分析儀；其中，示波器用于對波形進行時域測量；矢量信號分析儀用于對矢量信號進行分析；頻譜分析儀用于頻譜分析。如圖2所示，在本發明的信號分析裝置的系統架構下，配合相應的軟件，可形成以上三類儀器(1)示波器，完成波形時域測量和分析。信號進入下變頻器，變為中頻375MHz后輸出給數據采集與處理模塊，數據采集與處理模塊運行相應示波器程序，完成波形時域測量功能。( 矢量信號分析儀。信號進入下變頻器，變為中頻375MHz后輸出給數據采集與處理模塊，由它運行矢量信號分析儀程序，獲取EVM(誤差向量幅度)等分析結果。( 頻譜分析儀。信號進入下變頻器，變為中頻375MHz后輸出給數據采集與處理模塊，由它運行頻譜分析儀程序，獲取信號的功率譜，上報給上位機。當然，根據實際需要，本領域技術人員還可以為數據采集與處理模塊增加其他功能模塊，而并不限于以上三種功能模塊。PC機即圖1中的嵌入式計算機，用于通過PXIe總線對下變頻模塊、本振模塊和數據采集與處理模塊進行控制。本發明信號分析裝置的驅動接口采用IVI標準實現，包括IVI-C和IVI-COM兩類接口。圖3為本發明實施例的信號分析裝置的接口框圖，如圖3所示，待分析的射頻信號由預選器的RF IN 口進入，預選器內部按4GHz分界分成兩段從RF1、RF2輸出分別進入基波混頻模塊和諧波混頻模塊進行混頻，本振模塊為兩個混頻模塊提供各種本振信號，混頻后的信號送數據采集與處理模塊做時域、矢量調制域、頻域等進一步分析。圖3中，LO表示本振信號，RF表示射頻信號，IF表示變頻后得到的中頻信號，CLK表示參考時鐘信號，trig為觸發信號，IN表示輸入，OUT表示輸出。本實施例采用375MHz作為下變頻后的中頻信號，圖4為本發明實施例的下變頻框圖，如圖4所示，下變頻模塊將IOOMHz至20GHz的寬帶信號統一變至中頻375MHz輸出，再由數據采集與處理模塊對該信號進行采集和分析，獲得頻譜信息和調制信息。
下變頻模塊包括諧波混頻和基波混頻兩個通道。諧波混頻模塊將4GHz以上的信號變頻至375MHz輸出。基波混頻通道將IOOMHz 4GHz信號變頻至375MHz輸出。IOOMHz 以下的信號不經過變頻處理，直接輸出到數據采集模塊進行AD采集和數據信號分析。本發明信號分析裝置采用的軟件體系結構從上至下分為五層應用程序層、IVI 驅動程序層、模塊底層驅動程序層、操作系統和總線接口驅動程序。應用程序層通過對驅動程序的調用，通過VISA庫(virtual instrument softwarearchitecture，虛擬儀器軟件體系結構函數庫)PXIe總線接口，實現對本發明裝置的配置和控制。應用程序層包含合成儀器軟面板和合成儀器演示系統程序。合成儀器軟面板提供人機交互界面，提供儀器合成的配置管理，以及合成儀器的操作界面。用戶通過操作合成儀器軟面板，根據測試方案靈活配置成所需儀器。合成儀器演示系統是針對測試需求的合成儀器測試程序示例。IVI驅動程序層按照IVI規范編寫，用于對合成儀器系統中標準模塊底層驅動程序的封裝。模塊底層驅動是本發明信號分析裝置三種模塊的底層硬件接口封裝。IVI驅動采用IVI標準是實現儀器互換技術的關鍵。應用程序通過調用IVI類驅動程序實現儀器可互換。儀器軟面板通過IVI-C或IVI-COM標準驅動接口實現對模塊的調用。用戶可以通過增加或修改IVI配置庫和驅動程序會話配置的信息，如邏輯名、邏輯名指向的儀器和驅動程序等，實現不同廠商的儀器引入，以及在不修改應用程序的情況下實現儀器互換。IVI驅動程序開發過程中，每個接口函數中的函數實現和屬性都以唯一標識IVI 特定驅動程序的前綴開始。應用程序直接調用含有這些前綴的IVI特定驅動程序。IVI-C和IVI-COM為合成儀器(即本發明的信號分析裝置)的核心接口。其實現方案如下1，IVI-C類互換性驅動程序IVI-C以DLL (Dynamic Link Library，動態鏈接庫)形式提供給用戶，常用的開發環境包括常用的vc++，LabView, CVI等工具，均支持C形式的DLL調用。應用程序調用IVI類驅動程序的初始化函數時，應指定一個同IVI配置庫中相應的邏輯名。使用IVI類驅動程序的應用程序同樣可通過調用Get SpecificDriver C Handle 函數來調用IVI-C類符合特定驅動程序以獲得特定驅動程序會話句柄。圖5為本發明實施例的IVI-C類兼容專用驅動器互換性示意圖，表明了用戶在使用IVI-C類符合特定驅動程序時如何實現互換性。圖5中Gui表示圖形用戶接口(Graphical user interface)。2，IVI-COM類互換性驅動程序IVI-COM 驅動程序以 Win32-DLL 的形式提供給用戶。Agilent VEE、LabView、 Labffindows/CVI和Visual C++等應用程序開發環境都支持調用COM對象。為實現可互換性，應用程序必須調用IVI-COM會話工廠，且明確指明程序中指向的特定驅動程序。當應用程序打開IVI-COM類符合特定驅動程序的類符合API會話時，它通過指定Class ID或ID來啟動COM庫中合適的對象，實現動態裝載IVI特定驅動程序。圖6為本發明實施例的IVI-COM類兼容專用驅動器互換性示意圖，圖6表明了用戶在使用IVI-COM類符合特定驅動程序時如何得到互換性。
方法實施例根據本發明的實施例，提供了一種對信號分析裝置進行配置的方法，圖7是本發明實施例的對信號分析裝置進行配置的方法的原理示意圖，圖7中，I表示同相信號，Q表示正交信號，M表示幅度信號，P表示相位信號，F表示頻率信號。如圖7所示，根據本發明實施例的對信號分析裝置進行配置的方法，是按如下兩種方式之一或者相結合進行配置的第一種是通過PXIe總線實時下載各類通用固件程序，通過這種下載程序的方式， 可讓本發明信號分析裝置具備實時更新的能力，拓展了信號分析裝置的測試功能，除具有及時更新功能外，特別適合一些具有自定義特點的信號分析裝置類型。第一種配置即圖7 中的一級配置。第二種是對數據采集與處理模塊的各種IP及參數進行自定義配置。本發明實施例中，IP指FPGA程序。通過配置不同參數，能夠完成對常用的幾大類矢量信號分析。該種配置方式具有對不同IP組合的能力。典型的IP劃分如圖7所示，IPl為正交下變頻IP， IP1+IP3可實現通用矢量信號分析功能；IP1+IP4可實現頻譜分析功能，IP1+IP2+IP5可實現模擬解調功能。根據該種配置方式，用戶能夠更加靈活地設計自定義的信號分析功能。第二種配置即圖7中的二級配置。盡管為示例目的，已經公開了本發明的優選實施例，本領域的技術人員將意識到各種改進、增加和取代也是可能的，因此，本發明的范圍應當不限于上述實施例。
權利要求
1.一種信號分析裝置，其特征在于，包括下變頻模塊、本振模塊和數據采集與處理模塊；其中，所述下變頻模塊用于對信號進行變頻，并將變頻后的信號輸出到所述數據采集與處理模塊；所述本振模塊用于為所述下變頻模塊提供本振信號；所述數據采集與處理模塊用于對收到的信號進行數據采集與處理操作。
2.如權利要求1所述的信號分析裝置，其特征在于，所述下變頻模塊包括預選器模塊、 基波混頻模塊和諧波混頻模塊；其中，所述預選器模塊用于對預設頻率門限A之上的信號按頻率分路，分別送入所述基波混頻模塊和所述諧波混頻模塊處理；所述基波混頻模塊和諧波混頻模塊均用于將信號變頻到所需頻率。
3.如權利要求2所述的信號分析裝置，其特征在于，所述對預設頻率門限A之上的信號按頻率分路，分別送入所述基波混頻模塊和所述諧波混頻模塊處理，包括將預設頻率門限A之上的信號按頻率大小分路，在預設的頻率門限B之上的信號送入所述諧波混頻模塊處理，在預設的頻率門限B之下的信號送入所述基波混頻模塊處理。
4.如權利要求3所述的信號分析裝置，其特征在于，所述預設頻率門限A大于等于0， 小于所述預設頻率門限B。
5.如權利要求4所述的信號分析裝置，其特征在于，所述預選器模塊還用于將所述預設頻率門限A之下的信號直接送到所述數據采集與處理模塊處理。
6.如權利要求1所述的信號分析裝置，其特征在于，所述變頻后的信號的頻率為200至 400MHz。
7.如權利要求1所述的信號分析裝置，其特征在于，所述數據采集與處理模塊包括示波器、矢量信號分析儀和頻譜分析儀；其中，所述示波器用于對波形進行時域測量；所述矢量信號分析儀用于對矢量信號進行分析；所述頻譜分析儀用于頻譜分析。
8.如權利要求1至7中任一項所述的信號分析裝置，其特征在于，還包括PC機，該PC 機用于通過PXIe總線對所述下變頻模塊、本振模塊和數據采集與處理模塊進行控制。
9.如權利要求1至7中任一項所述的信號分析裝置，其特征在于，所述信號分析裝置的驅動接口采用IVI標準實現，包括IVI-C和IVI-COM兩類接口。
10.一種對權利要求1所述信號分析裝置進行配置的方法，其特征在于，按如下兩種方式之一或者兩種方式相結合進行配置通過PXIe總線實時下載通用固件程序進行配置；對所述數據采集與處理模塊的參數進行自定義配置。
全文摘要
本發明公開了一種信號分析裝置，包括預選器模塊、基波混頻模塊、諧波混頻模塊、本振模塊、數據采集與處理模塊和PC機；其中，預選器模塊用于對預設頻率門限A之上的信號按頻率分路，分別送入基波混頻模塊和諧波混頻模塊處理，將信號變頻到所需頻率；本振模塊用于為基波混頻模塊和諧波混頻模塊提供本振信號；數據采集與處理模塊用于對收到的信號進行數據采集與處理操作；PC機用于通過PXIe總線對上述模塊進行控制。借助于本發明的技術方案，能夠解決現有技術中信號分析儀器功能單一、不同廠家之間的儀器不能兼容的問題。本發明還公開了一種對上述信號分析裝置進行配置的方法。
文檔編號G01R29/00GK102508044SQ20111036892
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者何逸倫, 劉金川, 史浩, 王石記, 辛麗霞 申請人:北京航天測控技術有限公司