专利名称：一种信号分析装置及其配置方法
技术领域：
本发明涉及仪器技术领域，特别是涉及一种信号分析装置及其配置方法。
背景技术：
目前，装备研制生成单位在测试保障系统硬件及软件信息接口层面上没有一个统一的系统架构，造成装备的测试系统功能单一，各家的测试保障装备无法兼容，难以满足维修保障需求；另外国内的自动测试系统中大量采用专门的设计电路完成装备的测试保障工作，这些测试仪器很快在技术上就过时了，因为无法获得备件，保障工作越来越困难，而且维修费用也越来越高。针对上述问题，合成仪器是一种较好的技术解决途径，合成仪器的发展是对传统的单一仪器的补充，可以选择不同的合成仪器部件以满足所需仪器性能方面的要求，以避免设备技术过时问题。由于合成仪器的信号发生和信号处理等环节是通过与硬件平台无关的软件程序来完成，所以可以通过下载新程序或更新驱动程序就可以改变或扩充仪器的性能。当出现技术过时问题时，采用通用的编程标准如IVKinterchangeable virtual instruments，可互换虚拟仪器)可以很容易地过渡到新的硬件和软件上。随着个人计算机的快速发展，数据处理能力加强了，费用降低了。A/D(模数转换)和D/A(数模转换)转换器也已商品化，并且转换速度和分辨率逐年提高。这些都为合成仪器的发展提供了有力的技术支撑。
发明内容
本发明提供一种信号分析装置及其配置方法，以解决现有技术中信号分析仪器功能单一、不同厂家之间的仪器能以兼容的问题。本发明提供一种信号分析装置，包括下变频模块、本振模块和数据采集与处理模块；其中，所述下变频模块用于对信号进行变频，并将变频后的信号输出到所述数据采集与处理模块；所述本振模块用于为所述下变频模块提供本振信号；所述数据采集与处理模块用于对收到的信号进行数据采集与处理操作。进一步地，所述下变频模块包括预选器模块、基波混频模块和谐波混频模块；其中，所述预选器模块用于对预设频率门限A之上的信号按频率分路，分别送入所述基波混频模块和所述谐波混频模块处理；所述基波混频模块和谐波混频模块均用于将信号变频到所需频率。更进一步地，所述对预设频率门限A之上的信号按频率分路，分别送入所述基波混频模块和所述谐波混频模块处理，包括将预设频率门限A之上的信号按频率大小分路，在预设的频率门限B之上的信号送入所述谐波混频模块处理，在预设的频率门限B之下的信号送入所述基波混频模块处理。再进一步地，所述预设频率门限A大于等于0，小于所述预设频率门限B。又进一步地，所述预选器模块还用于将所述预设频率门限A之下的信号直接送到所述数据采集与处理模块处理。进一步地，所述变频后的信号的频率为200至400MHz。进一步地，所述数据采集与处理模块包括示波器、矢量信号分析仪和频谱分析仪； 其中，所述示波器用于对波形进行时域测量；所述矢量信号分析仪用于对矢量信号进行分析；所述频谱分析仪用于频谱分析。进一步地，本发明信号分析装置还包括PC机，该PC机用于通过PXIe (PCIExpress extensions for instrument,PCI Express在仪器领域中的扩展)总线对所述下变频模块、 本振模块和数据采集与处理模块进行控制。进一步地，本发明信号分析装置的驱动接口采用IVI标准实现，包括IVI-C和 IVI-COM两类接口。本发明还提供了一种对所述信号分析装置进行配置的方法，按如下两种方式之一或者相结合进行配置通过PXIe总线实时下载通用固件程序进行配置；对所述数据采集与处理模块的参数进行自定义配置。本发明有益效果如下本发明利用合成仪器的特点，结合装备测试系统的需求，利用PXIe总线高速传输优势及合成仪器架构，提出一种基于合成仪器架构的PXIe总线信号分析装置，该装置分析频率可达20GHz，带宽可达50MHz，可解决95%以上的通信、导航信号测试和大部分电子对抗信号测试，为装备测试系统未来的统一化、小型化、宽带、快速测量、更大的灵活性、低成本研制方向奠定了基础。
图1为本发明实施例的信号分析装置结构示意图；图2为本发明实施例的信号分析原理示意图；图3为本发明实施例的信号分析装置的接口框图；图4为本发明实施例的下变频框图；图5为本发明实施例的IVI-C类兼容专用驱动器互换性示意图；图6为本发明实施例的IVI-COM类兼容专用驱动器互换性示意图；图7为本发明实施例的对信号分析装置进行配置的方法原理示意图。
具体实施例方式以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。装置实施例根据本发明的实施例，提供了一种信号分析装置，图1是本发明实施例的信号分析装置结构示意图，图2是本发明实施例的信号分析原理示意图，如图1和图2所示，本发明实施例的信号分析装置包括下变频模块、本振模块、数据采集与处理模块和PC机。下面对各模块进行详细说明。具体地，下变频模块用于对信号进行变频，并将变频后的信号输出到数据采集与处理模块。本发明实施例中，变频后的信号频率为200至400MHz。下变频模块包括预选器模块、基波混频模块和谐波混频模块。其中，预选器模块用于对预设频率门限A之上的信号按频率分路，分别送入基波混频模块和谐波混频模块处理，将预设频率门限A之下的信号直接送到数据采集与处理模块处理；基波混频模块和谐波混频模块均用于将信号变频到所需频率。具体地，预选器将预设频率门限A之上的信号按频率大小分路，分别送入基波混频模块和谐波混频模块处理，是指将预设的频率门限B之上的信号送入谐波混频模块处理，将预设的频率门限B之下的信号送入基波混频模块处理。上述预设频率门限A大于等于0，小于预设频率门限B。本发明实施例中，将预设频率门限A设置为IOOMHz，将预设频率门限B设置为4GHz。本振模块用于为下变频模块提供本振信号。具体地，本振模块提供两路本振信号， 分别送入基波混频模块和谐波混频模块供变频使用。数据采集与处理模块用于对收到的信号进行数据采集与处理操作。本发明实施例中，数据采集与处理模块包括示波器、矢量信号分析仪和频谱分析仪；其中，示波器用于对波形进行时域测量；矢量信号分析仪用于对矢量信号进行分析；频谱分析仪用于频谱分析。如图2所示，在本发明的信号分析装置的系统架构下，配合相应的软件，可形成以上三类仪器(1)示波器，完成波形时域测量和分析。信号进入下变频器，变为中频375MHz后输出给数据采集与处理模块，数据采集与处理模块运行相应示波器程序，完成波形时域测量功能。( 矢量信号分析仪。信号进入下变频器，变为中频375MHz后输出给数据采集与处理模块，由它运行矢量信号分析仪程序，获取EVM(误差向量幅度)等分析结果。( 频谱分析仪。信号进入下变频器，变为中频375MHz后输出给数据采集与处理模块，由它运行频谱分析仪程序，获取信号的功率谱，上报给上位机。当然，根据实际需要，本领域技术人员还可以为数据采集与处理模块增加其他功能模块，而并不限于以上三种功能模块。PC机即图1中的嵌入式计算机，用于通过PXIe总线对下变频模块、本振模块和数据采集与处理模块进行控制。本发明信号分析装置的驱动接口采用IVI标准实现，包括IVI-C和IVI-COM两类接口。图3为本发明实施例的信号分析装置的接口框图，如图3所示，待分析的射频信号由预选器的RF IN 口进入，预选器内部按4GHz分界分成两段从RF1、RF2输出分别进入基波混频模块和谐波混频模块进行混频，本振模块为两个混频模块提供各种本振信号，混频后的信号送数据采集与处理模块做时域、矢量调制域、频域等进一步分析。图3中，LO表示本振信号，RF表示射频信号，IF表示变频后得到的中频信号，CLK表示参考时钟信号，trig为触发信号，IN表示输入，OUT表示输出。本实施例采用375MHz作为下变频后的中频信号，图4为本发明实施例的下变频框图，如图4所示，下变频模块将IOOMHz至20GHz的宽带信号统一变至中频375MHz输出，再由数据采集与处理模块对该信号进行采集和分析，获得频谱信息和调制信息。
下变频模块包括谐波混频和基波混频两个通道。谐波混频模块将4GHz以上的信号变频至375MHz输出。基波混频通道将IOOMHz 4GHz信号变频至375MHz输出。IOOMHz 以下的信号不经过变频处理，直接输出到数据采集模块进行AD采集和数据信号分析。本发明信号分析装置采用的软件体系结构从上至下分为五层应用程序层、IVI 驱动程序层、模块底层驱动程序层、操作系统和总线接口驱动程序。应用程序层通过对驱动程序的调用，通过VISA库(virtual instrument softwarearchitecture，虚拟仪器软件体系结构函数库)PXIe总线接口，实现对本发明装置的配置和控制。应用程序层包含合成仪器软面板和合成仪器演示系统程序。合成仪器软面板提供人机交互界面，提供仪器合成的配置管理，以及合成仪器的操作界面。用户通过操作合成仪器软面板，根据测试方案灵活配置成所需仪器。合成仪器演示系统是针对测试需求的合成仪器测试程序示例。IVI驱动程序层按照IVI规范编写，用于对合成仪器系统中标准模块底层驱动程序的封装。模块底层驱动是本发明信号分析装置三种模块的底层硬件接口封装。IVI驱动采用IVI标准是实现仪器互换技术的关键。应用程序通过调用IVI类驱动程序实现仪器可互换。仪器软面板通过IVI-C或IVI-COM标准驱动接口实现对模块的调用。用户可以通过增加或修改IVI配置库和驱动程序会话配置的信息，如逻辑名、逻辑名指向的仪器和驱动程序等，实现不同厂商的仪器引入，以及在不修改应用程序的情况下实现仪器互换。IVI驱动程序开发过程中，每个接口函数中的函数实现和属性都以唯一标识IVI 特定驱动程序的前缀开始。应用程序直接调用含有这些前缀的IVI特定驱动程序。IVI-C和IVI-COM为合成仪器(即本发明的信号分析装置)的核心接口。其实现方案如下1，IVI-C类互换性驱动程序IVI-C以DLL (Dynamic Link Library，动态链接库)形式提供给用户，常用的开发环境包括常用的vc++，LabView, CVI等工具，均支持C形式的DLL调用。应用程序调用IVI类驱动程序的初始化函数时，应指定一个同IVI配置库中相应的逻辑名。使用IVI类驱动程序的应用程序同样可通过调用Get SpecificDriver C Handle 函数来调用IVI-C类符合特定驱动程序以获得特定驱动程序会话句柄。图5为本发明实施例的IVI-C类兼容专用驱动器互换性示意图，表明了用户在使用IVI-C类符合特定驱动程序时如何实现互换性。图5中Gui表示图形用户接口(Graphical user interface)。2，IVI-COM类互换性驱动程序IVI-COM 驱动程序以 Win32-DLL 的形式提供给用户。Agilent VEE、LabView、 Labffindows/CVI和Visual C++等应用程序开发环境都支持调用COM对象。为实现可互换性，应用程序必须调用IVI-COM会话工厂，且明确指明程序中指向的特定驱动程序。当应用程序打开IVI-COM类符合特定驱动程序的类符合API会话时，它通过指定Class ID或ID来启动COM库中合适的对象，实现动态装载IVI特定驱动程序。图6为本发明实施例的IVI-COM类兼容专用驱动器互换性示意图，图6表明了用户在使用IVI-COM类符合特定驱动程序时如何得到互换性。
方法实施例根据本发明的实施例，提供了一种对信号分析装置进行配置的方法，图7是本发明实施例的对信号分析装置进行配置的方法的原理示意图，图7中，I表示同相信号，Q表示正交信号，M表示幅度信号，P表示相位信号，F表示频率信号。如图7所示，根据本发明实施例的对信号分析装置进行配置的方法，是按如下两种方式之一或者相结合进行配置的第一种是通过PXIe总线实时下载各类通用固件程序，通过这种下载程序的方式， 可让本发明信号分析装置具备实时更新的能力，拓展了信号分析装置的测试功能，除具有及时更新功能外，特别适合一些具有自定义特点的信号分析装置类型。第一种配置即图7 中的一级配置。第二种是对数据采集与处理模块的各种IP及参数进行自定义配置。本发明实施例中，IP指FPGA程序。通过配置不同参数，能够完成对常用的几大类矢量信号分析。该种配置方式具有对不同IP组合的能力。典型的IP划分如图7所示，IPl为正交下变频IP， IP1+IP3可实现通用矢量信号分析功能；IP1+IP4可实现频谱分析功能，IP1+IP2+IP5可实现模拟解调功能。根据该种配置方式，用户能够更加灵活地设计自定义的信号分析功能。第二种配置即图7中的二级配置。尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
权利要求
1.一种信号分析装置，其特征在于，包括下变频模块、本振模块和数据采集与处理模块；其中，所述下变频模块用于对信号进行变频，并将变频后的信号输出到所述数据采集与处理模块；所述本振模块用于为所述下变频模块提供本振信号；所述数据采集与处理模块用于对收到的信号进行数据采集与处理操作。
2.如权利要求1所述的信号分析装置，其特征在于，所述下变频模块包括预选器模块、 基波混频模块和谐波混频模块；其中，所述预选器模块用于对预设频率门限A之上的信号按频率分路，分别送入所述基波混频模块和所述谐波混频模块处理；所述基波混频模块和谐波混频模块均用于将信号变频到所需频率。
3.如权利要求2所述的信号分析装置，其特征在于，所述对预设频率门限A之上的信号按频率分路，分别送入所述基波混频模块和所述谐波混频模块处理，包括将预设频率门限A之上的信号按频率大小分路，在预设的频率门限B之上的信号送入所述谐波混频模块处理，在预设的频率门限B之下的信号送入所述基波混频模块处理。
4.如权利要求3所述的信号分析装置，其特征在于，所述预设频率门限A大于等于0， 小于所述预设频率门限B。
5.如权利要求4所述的信号分析装置，其特征在于，所述预选器模块还用于将所述预设频率门限A之下的信号直接送到所述数据采集与处理模块处理。
6.如权利要求1所述的信号分析装置，其特征在于，所述变频后的信号的频率为200至 400MHz。
7.如权利要求1所述的信号分析装置，其特征在于，所述数据采集与处理模块包括示波器、矢量信号分析仪和频谱分析仪；其中，所述示波器用于对波形进行时域测量；所述矢量信号分析仪用于对矢量信号进行分析；所述频谱分析仪用于频谱分析。
8.如权利要求1至7中任一项所述的信号分析装置，其特征在于，还包括PC机，该PC 机用于通过PXIe总线对所述下变频模块、本振模块和数据采集与处理模块进行控制。
9.如权利要求1至7中任一项所述的信号分析装置，其特征在于，所述信号分析装置的驱动接口采用IVI标准实现，包括IVI-C和IVI-COM两类接口。
10.一种对权利要求1所述信号分析装置进行配置的方法，其特征在于，按如下两种方式之一或者两种方式相结合进行配置通过PXIe总线实时下载通用固件程序进行配置；对所述数据采集与处理模块的参数进行自定义配置。
全文摘要
本发明公开了一种信号分析装置，包括预选器模块、基波混频模块、谐波混频模块、本振模块、数据采集与处理模块和PC机；其中，预选器模块用于对预设频率门限A之上的信号按频率分路，分别送入基波混频模块和谐波混频模块处理，将信号变频到所需频率；本振模块用于为基波混频模块和谐波混频模块提供本振信号；数据采集与处理模块用于对收到的信号进行数据采集与处理操作；PC机用于通过PXIe总线对上述模块进行控制。借助于本发明的技术方案，能够解决现有技术中信号分析仪器功能单一、不同厂家之间的仪器不能兼容的问题。本发明还公开了一种对上述信号分析装置进行配置的方法。
文档编号G01R29/00GK102508044SQ20111036892
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者何逸伦, 刘金川, 史浩, 王石记, 辛丽霞 申请人:北京航天测控技术有限公司