一种线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法
【专利摘要】本发明提供一种线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，使用同步过的一路单频信号源、一路跳频信号源合成双音测试脉冲，加载于被测件激励无源互调干扰，无源互调干扰的频率应为激励双音信号对应的频率，因此固定阶无源互调干扰应为一段跳频脉冲。本发明使用经过同步校准过的矢量接收机进行接收，采用非相干相关检测法检测脉冲到达时刻的相关峰，从而完成电长度定位，计算其物理长度。本发明优点是定位距离分辨率高，同时由于采用了脉冲体制，系统的供电方式、体积均可得到改善。
【专利说明】一种线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无源互调异常点定位方法【技术领域】，尤其涉及的是一种线性跳频脉冲非相干相关检测的无源互调异常点定位方法。
【背景技术】
[0002]在现代通讯系统中，线性无源器件，如电缆、连接器、天线等器件的无源互调测试和排查越来越重要，而常规系统的定位方法一般为:
[0003](I)无源互调测试仪产生双音信号，经低互调分合路单元进入被测件；
[0004](2)激励被测件产生无源互调干扰，接收机接收此干扰；
[0005](3)进行扫描频率测试，利用频时分析方法，计算无源互调异常点位置的电长度；
[0006](4)使用电长度与电缆的传播系数定位异常点物理长度；
[0007]上述做法最主要的问题是限于常规系统的测试带宽，定位距离分辨率不高。
[0008]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011]一种线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，包括以下步骤:
[0012]步骤1:提供单频脉冲信号源、本振信号源及跳频脉冲信号源；所述单频脉冲信号源产生单频脉冲信号，所述单频脉冲信号为固定频率信号，频率和被测电缆网络的测试频率有关，信号表达为Si ;所述本振源信号源产生本振源信号，所述本振源信号为固定频率信号，信号表达为L0，频率和被测件产生的待测无源互调信号有关，其频率差值为接收机中频；所述跳频脉冲信号源产生跳频信号，信号表达为s2，频率为[fl，f2，...，fn]，频率由测试扫描频率确定；
[0013]步骤2:单频脉冲信号和跳频信号经过放大后合路形成编码的大功率双音信号，双音信号由双工器的Tx通道加载至被测电缆网络，被测电缆网络中的异常器件在双音信号的激励下产生无源互调干扰信号，无源互调干扰信号向两个方向传播；前向无源互调干扰信号和双音信号由负载吸收，而反向无源互调干扰信号，经过双工器的Rx通道由接收机接收，完成无源互调干扰信号的激励、与双音信号的分离、滤波和接收；
[0014]步骤3:将无源互调干扰信号下变频，由AD采样，进行非相干相关检测，判断当反射无源互调干扰信号到达时刻；非相干相关检测为接收机接收到的信号经过N路滤波，分别和拷贝相关信号的N路滤波信号进行检波，检波的结果经过相应延时后求和，进行信号到达相对于拷贝相关信号的传播时间。
[0015]所述的线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，其中，所述步骤I中，所述单频脉冲信号源、所述本振源信号源及所述跳频脉冲信号源输入信号由频率参考提供，且均分别设置有小数分频单元及倍频单元。
[0016]所述的线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，其中，所述步骤2中，传播时间为编码的双音信号传播至异常点，异常点产生的PM信号传播至接收机的电长度。
[0017]所述的线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，其中，所述电长度的计算方法包括以下步骤:
[0018]步骤A:对仪器进行校准，将一标准件接入仪器被测端口，另一端接入低互调负载；对跳频信号源、单频脉冲源同步芯片校准；令脉冲跳频信号源只发射单频信号，频率为Π ;单频脉冲信号源发射单频信号，频率为f2，那么标准件激励的3阶PIM信号频率为2fl-f2 ;固定一路脉冲同步时延不动，给出另一脉冲同步时延的校准范围A-B ;按照同步时延的校准范围依次发射双音信号测试标准件，接收机接收PIM信号进行时频分析，当PIM时频长度最长时对应的时延时刻认为脉冲同步成功；
[0019]步骤B:建立测试平面并校准接收机同步；测试标准件，接收机对标准件的PIM脉冲进行非相干相关检测，其拷贝相关信号为和PIM同频率、初始相位为零、相位连续、脉宽相同的跳频参考信号；此时检测标准件产生PIM信号的时刻为Atl，那么令Atl为系统参考平面。在接收机同步不变的条件下，假设测得电缆网络中PIM异常点出现的时刻是At2，那么0.5* ( Λ t2- Atl),即为异常点相对于测试端口的电长度。
[0020]采用上述方案，使用同步过的一路单频信号源、一路跳频信号源合成双音测试脉冲，加载于被测件激励无源互调干扰，无源互调干扰的频率应为激励双音信号对应的频率，因此固定阶无源互调干扰应为一段跳频脉冲。本发明使用经过同步校准过的矢量接收机进行接收，采用非相干相关检测法检测脉冲到达时刻的相关峰，从而完成电长度定位，计算其物理长度。本发明最主要优点是定位距离分辨率高，同时由于采用了脉冲体制，系统的供电方式、体积均可得到改善。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明脉冲体制的无源互调测试方法系统框图。
[0022]图2为本发明跳频信号时域波形图。
[0023]图3为本发明跳频信号STFT时频图。
[0024]图4为本发明跳频信号时频图。
[0025]图5为本发明非相关相干检测原理框图。
[0026]图6为本发明方法校准连接示意图。
[0027]图7为本发明非相干相关检测定位仿真图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0029]实施例1
[0030]本发明的硬件基础包括一个频率参考、一个脉冲跳频信号源、一个单频脉冲信号源、一个本振源、两个功放模块、一个低互调合路器和一个低互调双工器(可用三工器替代)、一个矢量接收机(包括一个混频器模块、一个脉冲中频调理模块、一个AD采样模块、一个DSP模块)、一个计算机/FPGA模块、三个同步单元。系统框图如图1所示。
[0031]其工作原理如下:
[0032](I)频率参考(一般设置为50MHz)提供三个个源模块的输入，三个源内部分别具有自己的小数分频、倍频单元。单频脉冲信号为固定频率信号，频率和被测电缆网络(被测件)的测试频率有关，信号表达为Si ;本振源信号为固定频率信号，信号表达为L0，频率和被测件产生的待测无源互调(PM)信号有关，其频率差值为接收机中频；而跳频脉冲信号源产生跳频信号，信号表达为s2，频率为[Π，fn]，频率由测试扫描频率确定。
[0033]举个例子，在EGSM测试频段，Tx频段为925MHz_960MHz，为测试扫描频段；Rx频段为880MHz-915MHz，为PM产物(信号)接收频段。那么单频信号si的频率为906MHz ;跳频信号s2设为7阶，则频率为[925，927，929，931，933，935，937]MHz。接收到的3阶PM信号为[890，894，898，902，906，910，914]MHz，因此本振可设置为880MHz,中频输出为[10，14，18，22，26，30，34]MHz。设脉冲脉宽为7 μ s，采样频率为3GHz，那么跳频信号的时域波形如图2所示，时频谱如图3和图4所示，图3为三维图，图4为俯视图，可看到信号频谱是随着时间跳变的。
[0034](2)脉冲信号经过放大后合路形成编码的大功率双音信号,双音信号由双工器的Tx通道加载至被测电缆网络。双音信号功率建议为2路43dBm(20w)。被测电缆网络中的异常器件在双音信号的激励下会产生无源互调干扰，无源互调干扰将向两个方向传播。前向P頂信号和双音信号由负载吸收，而反向P頂信号，经过双工器的Rx通道由接收机接收，完成PIM信号的激励、与双音信号的分离、滤波和接收。
[0035](3)接收机的混频模块将PIM信号下变频，由AD采样，按照非相关相干的接收方法判别、计算相关峰，判断反射PM信号到达时刻，其中拷贝的相关信号由仪器使用校准时提供。非相干相关检查方法如图5所示，非相干相关检测为一种检测跳频脉冲相关峰的有效手段。接收机接收到的信号经过N路滤波，分别和拷贝相关信号的N路滤波信号进行检波，检波的结果经过相应延时后求和，进行信号到达相对于拷贝相关信号的传播时间。
[0036](4)上步计算的传播时间应为双音信号传播至异常点，异常点产生的PIM信号传播至接收机的电长度。为了准确的计算这个电长度，本发明必须对仪器进行校准，确立拷贝相关信号的参考时间。本发明的校准连接示意图如图6所示，将一标准件(产生较大但平稳的PM信号的连接器)接入仪器被测端口，另一端接入低互调负载。它包括:
[0037]a)对跳频信号源、单频脉冲源同步芯片校准。此校准为出厂校准，但提供用户校准接口(外触发时校准)。令脉冲跳频信号源只发射单频信号，频率为Π ;单频脉冲信号源发射单频信号，频率为f2，那么标准件激励的3阶PIM信号频率为2fl_f2。固定一路脉冲同步时延不动，给出另一脉冲同步时延的校准范围(A-B)。按照同步时延的校准范围依次发射双音信号测试标准件，接收机接收PIM信号进行时频分析，当PIM时频长度最长时对应的时延时刻认为脉冲同步成功。
[0038]b)建立测试平面并校准接收机同步。测试标准件，接收机对标准件的PIM脉冲进行非相干相关检测，其拷贝相关信号为和PIM同频率、初始相位为零、相位连续、脉宽相同的跳频参考信号。此时检测标准件产生PIM信号的时刻为Atl，那么令Atl为系统参考平面。在接收机同步不变的条件下，假设测得电缆网络中PIM异常点出现的时刻是At2，那么
0.5*(At2_Atl)，即为异常点相对于测试端口(校准平面)的电长度。
[0039]设异常点位于测试端口 30m处，图7为本发明的非相干相关检测定位仿真结果，校准和测试相关峰传播时间间隔为0.2 μ m，对应信号传播30m的电长度的一倍，说明了本方法的正确性。
[0040]实施例2
[0041]在实施例1的基础上，进一步而言，本发明使用一个频率参考、一个脉冲跳频信号源、一个单频脉冲信号源、一个本振源、两个功放模块、一个低互调合路器和一个低互调双工器(可用三工器)、一个矢量接收机(包括一个混频器模块、一个脉冲中频调理模块、一个AD采样模块、一个DSP模块)、一个计算机/FPGA模块、三个同步单元。
[0042]进一步而言，频率参考(一般设置为50MHz)提供三个个源模块的输入，三个源内部分别具有自己的小数分频、倍频单元。单频脉冲信号为固定频率信号，频率和被测电缆网络(被测件)的测试频率有关，信号表达为Si ;本振源信号为固定频率信号，信号表达为L0，频率和被测件产生的待测无源互调(PM)信号有关，其频率差值为接收机中频；而跳频脉冲信号源产生跳频信号，信号表达为s2，频率为[Π，f2, fn]，频率由测试扫描频率确定。
[0043]进一步而言，脉冲信号经过放大后合路形成编码后的大功率双音信号，双音信号由双工器的Tx通道加载至被电缆网络。双音信号功率建议为2路43dBm(20w)。被测电缆网络中的异常器件在双音信号的激励下会产生无源互调干扰，无源互调干扰将向两个方向传播。前向P頂信号和双音信号由负载吸收，而反向PIM信号，经过双工器的Rx通道由接收机接收，完成PIM信号的激励、与双音信号的分离、滤波和接收。
[0044]进一步而言，接收机的混频模块将PIM信号下变频，由AD采样，按照非相关相干的接收方法判别、计算相关峰，判断反射PIM信号到达时刻，其中拷贝的相关信号由仪器使用校准时提供。非相干相关检查方法如图5所示，接收机接收到的信号经过N路滤波，分别和拷贝相关信号的N路滤波信号进行检波，检波的结果经过相应延时后求和，进行信号到达相对于拷贝相关信号的传播时间。
[0045]为了准确的计算这个电长度，本发明必须对仪器进行校准，确立拷贝相关信号的参考时间。本发明的校准连接示意图如图3所示，将一标准件(产生较大但平稳的PIM信号的连接器)接入仪器被测端口，另一端接入低互调负载。
[0046]本发明建立测试平面并校准接收机同步，并测定测试异常的相对于校准端面的传播时延。
[0047]实施例3
[0048]在上述实施例的基础上，本发明提供一种线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，包括以下步骤:
[0049]步骤1:提供单频脉冲信号源、本振信号源及跳频脉冲信号源；所述单频脉冲信号源产生单频脉冲信号，所述单频脉冲信号为固定频率信号，频率和被测电缆网络的测试频率有关，信号表达为Si ;所述本振源信号源产生本振源信号，所述本振源信号为固定频率信号，信号表达为L0，频率和被测件产生的待测无源互调信号有关，其频率差值为接收机中频；所述跳频脉冲信号源产生跳频信号，信号表达为s2，频率为[fl，f2，...，fn]，频率由测试扫描频率确定；
[0050]步骤2:单频脉冲信号和跳频信号经过放大后合路形成编码的大功率双音信号，双音信号由双工器的Tx通道加载至被测电缆网络，被测电缆网络中的异常器件在双音信号的激励下产生无源互调干扰信号，无源互调干扰信号向两个方向传播；前向无源互调干扰信号和双音信号由负载吸收，而反向无源互调干扰信号，经过双工器的Rx通道由接收机接收，完成无源互调干扰信号的激励、与双音信号的分离、滤波和接收；
[0051]步骤3:将无源互调干扰信号下变频，由AD采样，进行非相干相关检测，判断当反射无源互调干扰信号到达时刻；非相干相关检测为接收机接收到的信号经过N路滤波，分别和拷贝相关信号的N路滤波信号进行检波，检波的结果经过相应延时后求和，进行信号到达相对于拷贝相关信号的传播时间。
[0052]所述步骤I中，所述单频脉冲信号源、所述本振源信号源及所述跳频脉冲信号源输入信号由频率参考提供，且均分别设置有小数分频单元及倍频单元。
[0053]所述步骤2中，传播时间为编码的双音信号传播至异常点，异常点产生的PIM信号传播至接收机的电长度。
[0054]所述电长度的计算方法包括以下步骤:
[0055]步骤A:对仪器进行校准，将一标准件接入仪器被测端口，另一端接入低互调负载；对跳频信号源、单频脉冲源同步芯片校准；令脉冲跳频信号源只发射单频信号，频率为Π ;单频脉冲信号源发射单频信号，频率为f2，那么标准件激励的3阶PIM信号频率为2fl-f2 ;固定一路脉冲同步时延不动，给出另一脉冲同步时延的校准范围A-B ;按照同步时延的校准范围依次发射双音信号测试标准件，接收机接收PIM信号进行时频分析，当PIM时频长度最长时对应的时延时刻认为脉冲同步成功；
[0056]步骤B:建立测试平面并校准接收机同步；测试标准件，接收机对标准件的PIM脉冲进行非相干相关检测，其拷贝相关信号为和PIM同频率、初始相位为零、相位连续、脉宽相同的跳频参考信号；此时检测标准件产生PIM信号的时刻为Atl，那么令Atl为系统参考平面。在接收机同步不变的条件下，假设测得电缆网络中PIM异常点出现的时刻是At2，那么0.5* ( Λ t2- Atl),即为异常点相对于测试端口的电长度。
[0057]本发明使用同步过的一路单频信号源、一路跳频信号源合成双音测试脉冲，加载于被测件激励无源互调干扰，无源互调干扰的频率应为激励双音信号对应的频率，因此固定阶无源互调干扰应为一段跳频脉冲。本发明使用经过同步校准过的矢量接收机进行接收，采用非相干相关检测法检测脉冲到达时刻的相关峰，从而完成电长度定位，计算其物理长度。
[0058]本发明优点是定位距离分辨率高，同时由于采用了脉冲体制，系统的供电方式、体积均可得到改善。
[0059]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:提供单频脉冲信号源、本振信号源及跳频脉冲信号源；所述单频脉冲信号源产生单频脉冲信号，所述单频脉冲信号为固定频率信号，频率和被测电缆网络的测试频率有关，信号表达为Si ;所述本振源信号源产生本振源信号，所述本振源信号为固定频率信号，信号表达为L0，频率和被测件产生的待测无源互调信号有关，其频率差值为接收机中频；所述跳频脉冲信号源产生跳频信号，信号表达为s2，频率为[Π，f2, fn]，频率由测试扫描频率确定； 步骤2:单频脉冲信号和跳频信号经过放大后合路形成编码的大功率双音信号，双音信号由双工器的Tx通道加载至被测电缆网络，被测电缆网络中的异常器件在双音信号的激励下产生无源互调干扰信号，无源互调干扰信号向两个方向传播；前向无源互调干扰信号和双音信号由负载吸收，而反向无源互调干扰信号，经过双工器的Rx通道由接收机接收，完成无源互调干扰信号的激励、与双音信号的分离、滤波和接收； 步骤3:将无源互调干扰信号下变频，由AD采样，进行非相干相关检测，判断当反射无源互调干扰信号到达时刻；非相干相关检测为接收机接收到的信号经过N路滤波，分别和拷贝相关信号的N路滤波信号进行检波，检波的结果经过相应延时后求和，进行信号到达相对于拷贝相关信号的传播时间。
2.如权利要求1所述的线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，其特征在于，所述步骤I中，所述单频脉冲信号源、所述本振源信号源及所述跳频脉冲信号源输入信号由频率参考提供，且均分别设置有小数分频单元及倍频单元。
3.如权利要求1所述的线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，其特征在于，所述步骤2中，传播时间为编码的双音信号传播至异常点，异常点产生的PIM信号传播至接收机的电长度。
4.如权利要求1所述的线性跳频非相干检测的无源互调异常点定位方法，其特征在于，所述电长度的计算方法包括以下步骤: 步骤A:对仪器进行校准，将一标准件接入仪器被测端口，另一端接入低互调负载；对跳频信号源、单频脉冲源同步芯片校准；令脉冲跳频信号源只发射单频信号，频率为Π ;单频脉冲信号源发射单频信号，频率为f2，那么标准件激励的3阶PIM信号频率为2fl-f2 ;固定一路脉冲同步时延不动，给出另一脉冲同步时延的校准范围A-B;按照同步时延的校准范围依次发射双音信号测试标准件，接收机接收PIM信号进行时频分析，当PIM时频长度最长时对应的时延时刻认为脉冲同步成功； 步骤B:建立测试平面并校准接收机同步；测试标准件，接收机对标准件的PIM脉冲进行非相干相关检测，其拷贝相关信号为和PIM同频率、初始相位为零、相位连续、脉宽相同的跳频参考信号；此时检测标准件产生PIM信号的时刻为Atl，那么令Atl为系统参考平面。在接收机同步不变的条件下，假设测得电缆网络中PIM异常点出现的时刻是At2，那么0.5*(At2_Atl)，即为异常点相对于测试端口的电长度。
【文档编号】G01R31/08GK104360234SQ201410662639
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】杨保国, 年夫顺, 王尊峰, 梁胜利 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所