专利名称：一种大调制带宽线性调频信号频响校准方法
技术领域：
本发明涉及测试技术领域，具体的说是一种大调制带宽线性调频信号频响校准方法。
背景技术：
线性调频，即线性频率调制(LFM或Chirp)，是最早、也是发展最为成熟的脉冲压缩技术，早在二十世纪四十年代后期就被提了出来，这种信号的一个突出优点是，匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，这就使得对后续信号处理系统的要求得以极大的简化，因此被广泛的应用在雷达、信号模拟以及测试仪器领域。
线性调频信号在雷达和测试技术领域被广泛的应用，调频频响是线性调频信号幅频特性的一个重要指标，它描述了有效频带内幅度的起伏程度。随着应用的需求，线性调频调制带宽变得越来越大，调制带宽从最初的几MHz、几十MHz已发展到现在的几百MHz，甚至几GHz。大的调制带宽给各方面的应用都带来了很多好处，但是，随着调制带宽的增大，其带内频响急剧恶化，当带宽在GHz时，其频响可能达到几个、甚至十几个dB，因此必须对大调制带宽线性调频信号的频响进行校准和补偿，以满足雷达成像、测试测量等应用的需求。目前产生大调制带宽线性调频信号主要有两种方案基带+正交调制和基带+正交调制+倍频。
基带+正交调制方案首先产生I、Q两路基带信号，然后通过正交调制器产生射频信号。该方案具有较大的通用性，但在基带信号带宽比较宽、载波频率比较高的时候，基带信号发生技术和微波毫米波正交调制技术非常复杂，难度非常大。
由于受限于数字器件的速度和工艺，基于DDS的数字合成技术还无法直接满足某些高中频大带宽雷达信号的产生要求，所以还必须采取措施进一步扩展频带，因此出现了基带+正交调制+倍频的方案。该方案通过将小调制带宽的线性调频信号经过倍频进行带宽扩展获得大调制带宽线性调频信号，由于不需较大带宽的基带和复杂的微波毫米波正交调制，因此实现起来相对简单。
通常，对大带宽线性调频信号产生系统进行校准的方法为时域预失真校准方法。其过程大致如下首先应用示波器或频谱仪获取其时域或频域幅度数据，根据所获取的数据，应用数字信号处理等方法获取其幅度失真函数，以供补偿使用。
基带+正交调制方案产生的线性调频信号调制频响补偿主要采用修改基带波形库数据的方法，需要外接频谱仪，由专用软件实现。补偿时，需应用专用软件及测量仪器分析线性调频频响数据，然后进行计算得出补偿值，通过修改基带信号发生器的波形数据而得到平坦的线性调频调制频响。基带+正交调制+倍频的方案下的线性调频信号调制频响补偿，由于采用了倍频方式，不能采用修改基带波形库数据的方法实现频响补偿，因此目前此方案尚无调制频响补偿方法，该方案实现的线性调频信号频响比较差。
从上面的分析可以看出，传统的基于校正函数的预失真校准方法，其核心原理是采用仪器测量和数学分析的方法产生系统的频响补偿数据，并采用时域方法对其进行了校正。该方法的主要缺点是需要专用校准软件、外部测量仪器和标准比较件。为了实现线性调频信号的频响补偿，首先必须得到频响曲线的预失真函数；要得到频响曲线的预失真函数，就得应用测量仪器，分别获取线性调频发生装置和标准装置的频响函数，然后对其进行复杂的计算，然后推导出对应的预失真函数。可见，外部测量仪器和标准比较件准确性、算法的误差等都将对校准效果带来很大的影响，同时，复杂的校准过程，也不利于线性调频模块的高效生产。另外由于需要测量仪器和标准比较件，该方法无法实施用户使用现场的实时校准。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种大调制带宽线性调频信号频响校准方法，基于内部检波电路和捷变衰减电路的线性调频信号频响自动校准和补偿，无需额外的测试和校准设备，即可自动完成频响校准，实现了用户应用现场的实时校准，同时，由于检波电路和捷变衰减电路均位于调制通道中，因此可以实现全通路校准，不只校准线性调频信号发生模块本身的频响特性。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是 一种大调制带宽线性调频信号频响校准方法，其特征在于包括以下步骤 步骤1，将待校准设备产生的全频段的射频信号划分为若干频段F0～F1、F1～F2、……、FM-2～FM-1、FM-1～FM，分段分别进行校准频段划分的计算公式为M＝[(FM-F0)/B]，其中[]表示取整，FM为终止频率，F0为起始频率，B为大调制带宽线性调频信号的调制带宽； 步骤2，在单个校准频段上，确定N+1个校准点中的N值；N值取大于且最接近[B/1MHz]的正偶数； 步骤3，动态获取对数放大动态灵敏度R； 步骤4，最小载波功率平移及搜索； 步骤5，对频点FM逐点自动校准。
在上述技术方案的基础上，步骤3所说的动态获取对数放大动态灵敏度R包括以下步骤 步骤3.1，首先，设置射频信号模块，使之产生的射频信号工作在频率F1下，在当前功率电平P0的基础上，设置当前的功率电平为(P0+1)； 步骤3.2，先由控制器控制线性调频信号发生模块产生频率为0的线性调频信号，然后由控制器控制调制器模块关闭脉冲调制信号，最后由控制器控制捷变衰减模块使通路直通并清除通路频响补偿数据； 步骤3.3，通过检波电路，获取当前检波电压V1； 步骤3.4，重新设置当前的功率电平为P0； 步骤3.5，先由控制器控制线性调频信号发生模块产生频率为0的线性调频信号，然后由控制器控制调制器模块关闭脉冲调制信号，最后由控制器控制捷变衰减模块使通路直通并清除通路频响补偿数据； 步骤3.6，通过检波电路，获取当前检波电压V0； 步骤3.7，计算当前对数放大动态灵敏度R＝(V1-V0)/((P0+1)-P0)＝(V1-V0)/(P0+1-P0)＝V1-V0。
在上述技术方案的基础上，步骤4所说的最小载波功率平移及搜索包括以下步骤 步骤4.1，保持载波频率为F1，功率电平为P0，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平P0； 步骤4.2，设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，并依次设置单边带信号为频率f0、f1、f2、……fN，然后通过检波电路，获取对应当前单边带频率的检波电压v0、v1、v2、……vN；f0、f1、f2、……fN为步骤2中所述的N+1个校准频点； 步骤4.3，检索记录的检波电压v0、v1、v2、……vN，获取其最大电压vx； 步骤4.4，计算最小载波功率平移数据Py＝(vx-V0)/R，R为当前对数放大动态灵敏度，V0为步骤3.6获取的当前检波电压； 步骤4.5，设置当前功率电平为(P0+Py)； 步骤4.6，保持载波频率为F1，功率电平为(P0+Py)，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平(P0+Py)。
在上述技术方案的基础上，步骤5所说的对频点FM逐点自动校准包括以下步骤 步骤5.1，初始化最优校准数据为种子数据Di，Di取使捷变衰减保持为直通的值； 步骤5.2，设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，设置其单边带信号为频率f0； 步骤5.3，设置当前点校准计数器C初值为0； 步骤5.4，若校准计数器初值为0，则当前校准数据D赋值为Di，否则，设当前校准数据D赋值为上次满足校准指标要求的校准数据D1，设置当前补偿数据D进相应的补偿电路，以调整当前的频响状态； 步骤5.5，通过检波电路，获取对应当前单边带频率f0的检波电压Vbb； 步骤5.6，获取当前检波误差电压Vd＝Vbb-V0，V0为步骤3.6获取的当前检波电压，若Vd满足频响校准的指标要求，则转至步骤5.7，否则，转至步骤5.8； 步骤5.7，记录当前校准数据为D1，同时将当前校准数据写入非易失性存储器，供以后补偿时使用，然后转至步骤5.12； 步骤5.8，根据检波误差电压和步骤3.7获取的对数放大动态灵敏度R，获取当前的理论补偿数据差Dd，Dd＝Vd/R； 步骤5.9，若当前检波误差电压小于频响校准指标的3倍，则Dd＝Dd/2； 步骤5.10，暂存当前理论补偿数据为D1，即D1＝D1-Dd； 步骤5.11，当前校准计数器C＝C+1，若未超过最大允许校准次数，则转至步骤5.4，继续对当前单边带频率进行校准，否则转至步骤5.12； 步骤5.12，判断当前载波频率FM-X上的所有校准频点f0、f1、……fN是否均校准完毕，若没有校准完毕，则将其设置为下一个单边带信号频率，并转至步骤5.3继续进行校准，否则，则转至步骤5.13； 步骤5.13，校准完毕，保存所有校准数据，退出校准。
本发明所述的大调制带宽线性调频信号频响校准方法，基于内部检波电路和捷变衰减电路的线性调频信号频响自动校准和补偿，无需额外的测试和校准设备，即可自动完成频响校准，实现了用户应用现场的实时校准，同时，由于检波电路和捷变衰减电路均位于调制通道中，因此可以实现全通路校准，不只校准线性调频信号发生模块本身的频响特性。
本发明有如下附图 图1线性调频校准原理框图 图2线性调频信号频响校准降速、离散化示意图 图3大调制带宽线性调频信号频响校准方法的流程示意图
具体实施例方式 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
狭义上，射频信号就是图1所示的“射频信号”模块产生的信号，广义上，上述信号经过一系列调理后，将作为设备的最终输出信号，该输出信号也可称为射频信号；大调制带宽线性调频信号是指图1中线性调频信号发生模块产生的信号。本发明提出的这种“大调制带宽线性调频信号频响校准方法”，是将线性调频信号加到应用线性调频信号的系统中，对整个通路的频响进行校准的方法，离开待校准设备及其产生的射频信号，本校准方法将无从谈起。
例如，假设电子测量仪器中应用了大调制带宽的线性调频信号，要对其进行频响校准，就要对仪器的全频段(如10MHz～26.5GHz)进行校准，此时，所说的射频信号就是指仪器的输出信号，大调制带宽线性调频信号就是指仪器内部线性调频信号发生器所产生的大调制带宽线性调频信号。
再例如，若该方法应用到星载合成孔径雷达(SAR)中，则射频信号就是指该雷达的全工作频段的输出信号，大调制带宽线性调频信号是指雷达内部线性调频信号发生模块产生的大调制带宽线性调频信号。
为了降低大调制带宽线性调频信号的校准复杂度，提高其易实施性和易操作性，满足用户现场校准和动态校准的需求，本发明采用基于内部检波电路和捷变衰减电路的线性调频信号频响自动校准和补偿方式，可以使大调制带宽线性调频信号发生装置在内部校准软件的控制下，不需任何外部测量仪器和校准比较件，只通过内部检波电路和高效的搜索算法，即可自动、实时的实现全频段内的线性调频频响补偿。这样，既降低了校准的成本，又提高了校准的效率。本发明所述方法的基本原理是在全频段内所有校准点上，将快速的线性调频扫描信号，在其全调制带宽内转化为离散的静态单边带信号，然后通过内部检波电路测量其当前频响以获取各补偿点所对应的校准数据；然后，再通过在线性调频调制通路的输出端应用一个捷变衰减电路，依据前面所获取的校准数据，随时间变化对线性调频信号的幅度进行实时的捷变衰减，从而实现线性调频信号的调频频响修正补偿，提升线性调频信号质量。
如图1所示，本发明简单的说，就是在使用线性调频设备的全频段、全通路上，应用检波电路和捷变衰减电路，分段校准和补偿其频响。图1为本发明给出的大调制带宽线性调频信号频响校准系统的线性调频校准原理框图，图1中的线性调频信号发生模块为大调制带宽线性调频信号的产生装置，线性调频信号发生模块根据控制器设定的起始频率、终止频率、扫描时间及调频方向四个参数的值，产生所需的大调制带宽线性调频信号。射频信号模块产生的射频信号作为载波信号，例如，载波信号为正弦波信号，其频率范围为500MHz～20GHz，在具体的装置中可以根据需要有不同的设定。线性调频信号发生模块所产生的大调制带宽线性调频信号与射频信号模块所产生的射频信号，在调制器模块进行调制，调制后的射频信号输出至捷变衰减控制电路，然后通过信号通路调制输出至下级电路。检波电路的作用是将调制输出的射频信号的幅度值提取出来并转化为电压信号，输出到控制器；控制器负责逻辑运算和所有前述模块的控制。图1中的各个模块在微波应用领域，如微波仪器、雷达及通信等领域均有大量应用实例，均可采用市面上能够买到的上架元器件设计实现，每个模块都需要多种元器件组合搭建而成。但这些模块采用图1所示的方式组合，采用本发明说述的方法进行大调制带宽线性调频信号频响校准的应用实例未见。
为了将线性调频应用系统中由线性调频所引起的所有的频响因素都校准掉，本发明中在线性调频应用系统的输出信号末端采用了内部检波电路进行校准，并在线性调频应用系统内部应用捷变衰减电路进行频响补偿。这样，无论是线性调频信号发生模块，还是调制器、信号通路中包含的频率/功率控制器所引起的频响异常都可以被考虑进去，一并校准和补偿好(检波电路位于应用系统信号通路的末端，而捷变衰减电路位于应用系统信号通路的内部，二者均在调制通道内，因此可以将由线性调频所引起的所有频响异常因素都校准掉)。
由于大调制带宽线性调频信号为快速变化的频率扫描信号，对其频响很难直接进行校准；但是，大调制带宽线性调频信号为连续变化的频率信号，也就是说，大调制带宽线性调频信号不会发生突变，其频响也就不会发生突变。因此，只要频宽划分的足够小，就可以分段近似的模拟出全频段的大调制带宽线性调频信号的频响。为了实施校准，在频宽足够小，或频宽内频响一致的情况下，我们可以用该频段内的中心频点来近似的代表该频段内所有的频点，从而可以用一系列的频点来模拟大调制带宽线性调频信号全频段内的频率，也就可以用这一系列频点上的频响来近似的代表全频段的频响。上面的过程可以理解为将快速变化的大调制带宽线性调频信号降速为任意慢速的大调制带宽线性调频信号，这样就可以进行校准了。
频段划分的原则是所选取的频点能够模拟实际的频响曲线。同时，为了兼顾校准的效率，通常根据线性调频的实际应用环境，选择合适的频率间隔。频率间隔的经验公式为M＝[(FM-F0)/B]，其中口表示取整，FM为应用系统的终止频率，F0为应用系统起始频率，B为大调制带宽线性调频信号的调制带宽。如应用上述公式所给出的频率间隔所作校准不满足应用系统的要求，可以缩小频率间隔，增加校准点数，从而提高校准精度，直至满足系统要求。以图2所示为例，其中F0为大调制带宽线性调频信号应用系统的载波起始频率，FM为终止频率，FM-X为其中某点的频率。f0、f1、……、fN-1、fN为载波FM-X点处的N+1个校准点，B为大调制带宽线性调频信号的调制带宽，f0＝0，fN＝B。如起始频率F0为500MHz，终止频率FM为20GHz，线性调频调制带宽B为1.8GHz，取M为12，取其中任一校准点FM-X为13GHz。取N为1800，则起始校准点f0为0MHz，终止校准点fN为1.8GHz处。
本发明在全载波频段上，分段对大调制带宽线性调频信号进行频响校准；在每一段上，以其中心频点为校准频点；校准时，让含有大调制带宽线性调频信号的系统工作在该频点上(即载波为该频点)，让大调制带宽线性调频信号发生模块依次工作在f0、f1、......、fN-1、fN各个校准点上，进行校准。
本发明所述大调制带宽线性调频信号频响校准方法，包括以下步骤 步骤1，将待校准设备产生的全频段的射频信号划分为若干频段F0～F1、F1～F2、……、FM-2～FM-1、FM-1～FM，分段分别进行校准频段划分的计算公式为M＝[(FM-F0)/B]，其中口表示取整，FM为终止频率，F0为起始频率，B为大调制带宽线性调频信号的调制带宽； 步骤2，在单个校准频段上，确定N+1个校准点中的N值；N值取大于且最接近[B/1MHz]的正偶数； 步骤3，动态获取对数放大动态灵敏度R； 步骤4，最小载波功率平移及搜索； 步骤5，对频点FM逐点自动校准。
在上述技术方案的基础上，步骤3所说的动态获取对数放大动态灵敏度R包括以下步骤 步骤3.1，首先，设置射频信号模块，使之产生的射频信号工作在频率F1下，在当前功率电平P0的基础上，设置当前的功率电平为(P0+1)； 步骤3.2，先由控制器控制线性调频信号发生模块产生频率为0的线性调频信号，然后由控制器控制调制器模块关闭脉冲调制信号，最后由控制器控制捷变衰减模块使通路直通并清除通路频响补偿数据； 步骤3.3，通过检波电路，获取当前检波电压V1； 步骤3.4，重新设置当前的功率电平为P0； 步骤3.5，先由控制器控制线性调频信号发生模块产生频率为0的线性调频信号，然后由控制器控制调制器模块关闭脉冲调制信号，最后由控制器控制捷变衰减模块使通路直通并清除通路频响补偿数据； 步骤3.6，通过检波电路，获取当前检波电压V0； 步骤3.7，计算当前对数放大动态灵敏度R＝(V1-V0)/((P0+1)-P0)＝(V1-V0)/(P0+1-P0)＝V1-V0。
在上述技术方案的基础上，步骤4所说的最小载波功率平移及搜索包括以下步骤 步骤4.1，保持载波频率为F1，功率电平为P0，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平P0； 步骤4.2，设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，并依次设置单边带信号为频率f0、f1、f2、……fN，然后通过检波电路，获取对应当前单边带频率的检波电压v0、v1、v2、……vN；f0、f1、f2、……fN为步骤2中所述的N+1个校准频点； 步骤4.3，检索记录的检波电压v0、v1、v2、……vN，获取其最大电压vx； 步骤4.4，计算最小载波功率平移数据Py＝(vx-V0)/R，R为当前对数放大动态灵敏度，V0为步骤3.6获取的当前检波电压； 步骤4.5，设置当前功率电平为(P0+Py)； 步骤4.6，保持载波频率为F1，功率电平为(P0+Py)，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平(P0+Py)。
在上述技术方案的基础上，步骤5所说的对频点FM逐点自动校准包括以下步骤 步骤5.1，初始化最优校准数据为种子数据Di，Di取使捷变衰减保持为直通的值； 步骤5.2，设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，设置其单边带信号为频率f0； 步骤5.3，设置当前点校准计数器C初值为0； 步骤5.4，若校准计数器初值为0，则当前校准数据D赋值为Di，否则，设当前校准数据D赋值为上次满足校准指标要求的校准数据D1，设置当前补偿数据D进相应的补偿电路，以调整当前的频响状态； 步骤5.5，通过检波电路，获取对应当前单边带频率f0的检波电压Vbb； 步骤5.6，获取当前检波误差电压Vd＝Vbb-V0，V0为步骤3.6获取的当前检波电压，若Vd满足频响校准的指标要求，则转至步骤5.7，否则，转至步骤5.8； 步骤5.7，记录当前校准数据为D1，同时将当前校准数据写入非易失性存储器，供以后补偿时使用，然后转至步骤5.12； 步骤5.8，根据检波误差电压和步骤3.7获取的对数放大动态灵敏度R，获取当前的理论补偿数据差Dd，Dd＝Vd/R； 步骤5.9，若当前检波误差电压小于频响校准指标的3倍，则Dd＝Dd/2； 步骤5.10，暂存当前理论补偿数据为D1，即D1＝D1-Dd；因为Dd为基于上次补偿数据D1的补偿数据差值，所以经过本次尝试后，最新的补偿数据应为D1-Dd； 步骤5.11，当前校准计数器C＝C+1，若未超过最大允许校准次数，则转至步骤5.4，继续对当前单边带频率进行校准，否则转至步骤5.12； 步骤5.12，判断当前载波频率FM-X上的所有校准频点f0、f1、……fN是否均校准完毕，若没有校准完毕，则将其设置为下一个单边带信号频率，并转至步骤5.3继续进行校准，否则，则转至步骤5.13； 步骤5.13，校准完毕，保存所有校准数据，退出校准。
以图2所示为例，设要对在载波频率FM-X处大调制带宽线性调频信号频响校准，选择N+1个校准点，其具体过程可分如下3个步骤a、动态获取对数放大动态灵敏度R，b、最小载波功率平移及搜索，c、逐点自动校准。
a、动态获取对数放大动态灵敏度R 1)、通过图1中的控制器模块控制射频信号模块，设置载波工作在频率FM-X下，在当前功率电平P0的基础上，通过图1中的控制器模块控制射频信号模块，设置当前的功率电平为(P0+1)； 2)、通过图1中的控制器模块和线性调频信号发生模块置线性调频调制带宽为0，通过图1中的控制器模块和调制器模块关闭脉冲调制信号，通过图1中的控制器模块和捷变衰减模块清除通路频响补偿数据，即捷变衰减模块直通，不做任何衰减；具体如何实现则依赖于捷变衰减模块的原理和所采用的器件，采用本发明中提出的校准方法的某仪器内采用的捷变电调衰减器在输入电压为0时不衰减，输入电压最大10V)时衰减最大(30dB)。采用何种器件，不影响本发明提出的校准方法的实现。
3)、通过图1中的内部检波电路模块，获取当前检波电压V1； 4)、通过图1中的控制器模块和射频信号模块，重新设置当前的功率电平为P0； 5)、通过图1中的控制器模块和线性调频信号发生模块置线性调频调制带宽为0，通过图1中的控制器模块和调制器模块关闭脉冲调制信号，通过图1中的控制器模块和捷变衰减模块清除通路频响补偿数据，即捷变衰减模块直通，不做任何衰减； 6)、通过图1中的内部检波电路模块，获取当前检波电压V0； 7)、获取当前对数放大动态灵敏度R＝(V1-V0)/((P0+1)-P0)＝V1-V0； b、最小载波功率平移及搜索 8)、保持载波频率为FM-X，功率电平为P0，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平P0； 9)、设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，设置其单边带信号为频率f0； 10)、通过内检波电路，获取对应当前单边带频率f0的检波电压v0； 11)、重复上述9、10两步的工作，依次设置其单边带信号频率为f1、f2、……fN，获取其对应的检波电压为v1、v2、……vN； 12)、检索10、11步骤中记录的检波电压v0、v1、v2、……vN，获取其最大电压vx； 13)、获取最小载波功率平移数据Py＝(vx-V0)/R； 14)、设置当前功率电平为Py； 15)、保持载波频率为FM-X，功率电平为Py，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平Py； 16)、通过内部检波电路，获取当前检波电压VR； c、逐点自动校准 17)、初始化最优校准数据为种子数据Di； 18)、设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，设置其单边带信号为频率f0； 19)、设置当前点校准计数器C初值为0； 20)、若校准计数器初值为0，则当前校准数据D赋值为Di，否则，设当前校准数据D赋值为上次满足校准指标要求的校准数据D1，设置当前补偿数据D进相应的补偿电路，以调整当前的频响状态； 21)、通过内检波电路，获取对应当前单边带频率f0的检波电压Vbb； 22)、获取当前校准误差电压Vd＝Vbb-V0，若Vd满足频响校准的指标要求，则转至第23步，否则，转至第24步； 23)、记录当前校准数据为D1，同时将当前校准数据写入非易失性存储器，供以后补偿时使用，然后转至第28步； 24)、根据检波误差电压和第7步获取的对数放大动态灵敏度R，获取当前的理论补偿数据差Dd，Dd＝Vd/R； 25)、若当前检波误差电压小于频响校准指标的3倍，则Dd＝Dd/2； 26)、暂存当前理论补偿数据为D1，即D1＝D1-Dd； 27)、当前校准计数器C＝C+1，若未超过最大允许校准次数，则转至第22步，继续对当前单边带频率进行校准，否则转至下一步； 28)、判断当前载波频率FM-X上的所有校准频点f0、f1、……fN是否校准完毕，若没有校准完毕，则将其设置为下一个单边带信号频率为，并转至第19步继续进行校准，否则，则转至下一步； 29)、校准完毕，保存所有校准数据，退出校准。
上述校准过程的流程图见图3(图3用于说明总体思路，不针对详细实现步骤)。
由于大调制带宽线性调频信号的频率随时间线性变化，在频响补偿过程中，基带信号发生器的时钟与电调衰减器电压D/A送数时钟要严格同步，以保证捷变衰减器衰减的时候正好对应调制带宽所均分的那N+1个频点。另外，由于倍频后大调制带宽线性调频信号的调制频响差的时候大于10dB，因此捷变电调衰减器的动态范围必须足够大。此外，捷变电调衰减器的速度也尽量要快。
本发明所述的基于内部检波电路的大调制带宽线性调频信号频响自动校准方法，该方法遵循降速和模拟的思想，使快速信号离散化和静态化，进而借助补偿软件将快速变化的大调制带宽线性调频信号降速为静态的单边带信号，这样就可以进行校准了；通过内部检波电路和捷变衰减的应用，可以使大调制带宽线性调频信号的频响校准不依赖于任何外部测试设备，从而降低了校准的成本和难度，提高了校准的便利性和可实施性，实现了全频段、全过程的自动化校准。
本发明基于内部检波电路，通过内部检波电路，可以方便的获取校准基准数据和误差数据，从而可以实现不依赖于外部测试设备的全过程自动校准。
本发明中频响补偿数据通过捷变衰减器迭加到调制通路上，从而实现快速的射频调制信号的快速幅度调整。
本发明可实现全通路的频响校准。由于内部检波电路位于线性调频应用系统的调制通路内，因此其检波电压将反应应用系统内的所有频响失真因素，所以，基于该检波电压所实现的频响校准，可以实现全通路的校准。
本发明适合于大调制带宽。该发明算法中图2和发明内容中步骤2中所划分的单边带频率点N可以根据调制带宽的变化作相应的变化，当调制带宽变大时，只需相应的将N的取值变大，即可得到满足指标的频响校准数据。
N为大于等于2的正整数(奇数和偶数均可。从图2可以看出，补偿点f0、f1、……fN关于FM-X左右对称。若N为偶数，则有偶数个校准区间，后续的补偿算法更直观一些--FM-X位于fN/2处；若为奇数，则为奇数个校准区间，补偿算法和偶数点时一样，只是直观性稍差--FM-X位于f(N-1)/2和f(N+1)/2的中间。)，通常取经验值N为不小于[B/1MHz](B的单位为Hz)的正偶数，如B为1.801GHz，则N取1802。
频率间隔越小，校准点就越多，校准后的大调制带宽线性调频信号的频响就越好；但校准点数越多，校准所需的时间就越长，调试和生产的效率就越低。因此，应综合考虑校准效果和校准效率之间的矛盾，选择合适的校准频率间隔，也就是说，如果对频响指标要求较高，那就得牺牲效率，将间隔变小，增加校准点数，这样，理论上可以实现频响校到0.0xdB以内。通常情况下，可以取经验值M＝[(FM-F0)/B]([]表示取整，M为大于等于2的正整数)，比如FM为20GHz，F0为500MHz，B为1GHz，则取M的经验值为19。通过实际校准后，若频响指标达不到设计要求，可增加校准点数，直至频响指标达到设计要求。
本发明不依赖于任何外部测量仪器和标准比较件。
本发明可自动实现全频段频响校准。通过发明内容中步骤1至步骤5所描述的算法，即可实现全频段的自动频响校准。
本发明可实现应用现场的实时校准。由于该发明所描述的校准方法不依赖于任何外部测试设备，因此当用户的使用环境发生较大变化时，线性调频应用系统的出厂频响数据可能会发生较大变化，此时，应用本发明所描述的方法，即可实现应用现场的实时校准。
本发明通过加速算法，可实现快速校准。通过使用发明内容中步骤5.4至步骤5.12的加速算法，可以大大提高校准的速度。
综上所述，本发明所述方法的校准基于内部检波电路，无需任何测量设备和标准比较件，因此可降低实施成本，提高校准效率；同时，由于该方法不需要复杂的数学计算和推导，因而可避免中间运算所产生的系统误差。
本发明所述的补偿基于捷变衰减器件(器件的具体实例之一为电调衰减器，如Agilent HMMC-1015，频率范围DC～26.5GHz，衰减范围2～30dB。选择原则工作频带宽，响应速度快，动态范围大，可重复性好，稳定性高。)，通过捷变衰减器件在调制通路上对射频调制信号的幅度进行快速的调整，可以解决无法通过修改波形数据进行幅度调整时，尤其是基带+正交调制+倍频方案下的调频频响校正。
本发明所述可实现全通路的频响校正，由于内部检波电路位于线性调频应用系统的调制通路内，因此其检波电压将反应应用系统内的所有频响失真因素，所以，基于该检波电压所实现的频响校准，可以实现全通路的校准。
本发明所述可自动实施。由于本发明所提出的大调制带宽线性调频信号频响校准的方法是基于内部检波电路的，它不依赖于任何外部测量仪器和标准比较件，因此可以通过发明内容中步骤1至步骤5所描述的算法及校准软件，实现全频段的自动频响校准。
权利要求
1.一种大调制带宽线性调频信号频响校准方法，其特征在于包括以下步骤
步骤1，将待校准设备产生的全频段的射频信号划分为若干频段F0～F1、F1～F2、……、FM-2～FM-1、FM-1～FM，分段分别进行校准频段划分的计算公式为M＝[(FM-F0)/B]，其中[]表示取整，FM为终止频率，F0为起始频率，B为大调制带宽线性调频信号的调制带宽；
步骤2，在单个校准频段上，确定N+1个校准点中的N值；N值取大于且最接近[B/1MHz]的正偶数；
步骤3，动态获取对数放大动态灵敏度R；
步骤4，最小载波功率平移及搜索；
步骤5，对频点FM逐点自动校准。
2.如权利要求1所述的大调制带宽线性调频信号频响校准方法，其特征在于步骤3所说的动态获取对数放大动态灵敏度R包括以下步骤
步骤3.1，首先，设置射频信号模块，使之产生的射频信号工作在频率F1下，在当前功率电平P0的基础上，设置当前的功率电平为(P0+1)；
步骤3.2，先由控制器控制线性调频信号发生模块产生频率为0的线性调频信号，然后由控制器控制调制器模块关闭脉冲调制信号，最后由控制器控制捷变衰减模块使通路直通并清除通路频响补偿数据；
步骤3.3，通过检波电路，获取当前检波电压V1；
步骤3.4，重新设置当前的功率电平为P0；
步骤3.5，先由控制器控制线性调频信号发生模块产生频率为0的线性调频信号，然后由控制器控制调制器模块关闭脉冲调制信号，最后由控制器控制捷变衰减模块使通路直通并清除通路频响补偿数据；
步骤3.6，通过检波电路，获取当前检波电压V0；
步骤3.7，计算当前对数放大动态灵敏度R＝(V1-V0)/((P0+1)-P0)＝(V1-V0)/(P0+1-P0)＝V1-V0。
3.如权利要求1所述的大调制带宽线性调频信号频响校准方法，其特征在于步骤4所说的最小载波功率平移及搜索包括以下步骤
步骤4.1，保持载波频率为F1，功率电平为P0，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平P0；
步骤4.2，设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，并依次设置单边带信号为频率f0、f1、f2、……fN，然后通过检波电路，获取对应当前单边带频率的检波电压v0、v1、v2、……vN；f0、f1、f2、……fN为步骤2中所述的N+1个校准频点；
步骤4.3，检索记录的检波电压v0、v1、v2、……vN，获取其最大电压vx；
步骤4.4，计算最小载波功率平移数据Py＝(vx-V0)/R，R为当前对数放大动态灵敏度，V0为步骤3.6获取的当前检波电压；
步骤4.5，设置当前功率电平为(P0+Py)；
步骤4.6，保持载波频率为F1，功率电平为(P0+Py)，大调制带宽线性调频信号的调制带宽为0，脉冲调制为关状态，开环搜索，使当前开环输出功率保持在闭环状态的功率电平(P0+Py)。
4.如权利要求1所述的大调制带宽线性调频信号频响校准方法，其特征在于步骤5所说的对频点FM逐点自动校准包括以下步骤
步骤5.1，初始化最优校准数据为种子数据Di，Di取使捷变衰减保持为直通的值；
步骤5.2，设置线性调频信号发生模块工作在单边带工作状态，设置其单边带信号为频率f0；
步骤5.3，设置当前点校准计数器C初值为0；
步骤5.4，若校准计数器初值为0，则当前校准数据D赋值为Di，否则，设当前校准数据D赋值为上次满足校准指标要求的校准数据D1，设置当前补偿数据D进相应的补偿电路，以调整当前的频响状态；
步骤5.5，通过检波电路，获取对应当前单边带频率f0的检波电压Vbb；
步骤5.6，获取当前检波误差电压Vd＝Vbb-V0，V0为步骤3.6获取的当前检波电压，若Vd满足频响校准的指标要求，则转至步骤5.7，否则，转至步骤5.8；
步骤5.7，记录当前校准数据为D1，同时将当前校准数据写入非易失性存储器，供以后补偿时使用，然后转至步骤5.12；
步骤5.8，根据检波误差电压和步骤3.7获取的对数放大动态灵敏度R，获取当前的理论补偿数据差Dd，Dd＝Vd/R；
步骤5.9，若当前检波误差电压小于频响校准指标的3倍，则Dd＝Dd/2；
步骤5.10，暂存当前理论补偿数据为D1，即D1＝D1-Dd；
步骤5.11，当前校准计数器C＝C+1，若未超过最大允许校准次数，则转至步骤5.4，继续对当前单边带频率进行校准，否则转至步骤5.12；
步骤5.12，判断当前载波频率FM-X上的所有校准频点f0、f1、……fN是否均校准完毕，若没有校准完毕，则将其设置为下一个单边带信号频率，并转至步骤5.3继续进行校准，否则，则转至步骤5.13；
步骤5.13，校准完毕，保存所有校准数据，退出校准。
全文摘要
一种大调制带宽线性调频信号频响校准方法，涉及测试技术领域，包括以下步骤1.将待校准设备产生的全频段的射频信号划分为若干频段F0～F1、F1～F2、…、FM-2～FM-1、FM-1～FM，以便分段校准；2.在单个校准频段上确定N+1个校准点；3.动态获取对数放大动态灵敏度R；4.最小载波功率平移及搜索；5.对频点FM逐点自动校准。本发明所述方法，基于待校准设备的内部检波电路和捷变衰减电路的线性调频信号频响自动校准和补偿，无需额外的测试和校准设备，即可自动完成频响校准，实现了用户应用现场的实时校准，同时，由于检波电路和捷变衰减电路均位于调制通道中，因此可以实现全通路校准，不只校准线性调频信号发生模块本身的频响特性。
文档编号G01S7/40GK101702018SQ20091021090
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者樊晓腾, 左永锋, 何攀峰, 刘盛, 时慧 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所