时域频域联合无源互调实时检测分析系统的关键技术指标的优化

1.实时时域和频域分析

实时处理的说明框图如图5－12 所示，其中Mi（i ＝0，1，2，…）为存储器里存储的每帧数据，CALCi（i ＝0，1，2，…）为处理该帧数据的时间，包括计算处理时间、显示刷新时间等。只有CALCi小于处理每帧数据的时间时，才是实时处理，否则为非实时处理。

图5-12　实时处理的说明框图

在进行FFT 运算之前，需要进行加窗处理。为了避免由于加窗处理导致的数据丢失以及保持幅值精度，需要先进行重叠存储，在本方法设计中采用90％重叠，此时CALCi要小于每帧数据时间的10％，如图5－13 所示。

图5-13　重叠存储

在设计中，对信号的处理在时域和频域是并行进行的，因此可以同时获得信号的时域信息和频域信息。

2.频率范围

根据实际检测需求，本章研制的系统工作频率范围指标要求为1 ～18 GHz。系统射频单元采用超外差二次变频方案，一级混频后将信号变为321.4 MHz 的一级中频信号，二级混频后将321.4 MHz 的一级中频信号变为21.4 MHz 的二级中频信号。一级混频采用高本振信号，因此只要一级本振信号的频率范围为1.321 4 ～18.321 4 GHz，即可满足系统工作频率范围的指标要求。

3.最大分析带宽

根据实际检测需求，系统最大分析带宽指标要求为32 kHz，设计时选择进行FFT 运算处理的数据速率为32 kS/s，即可满足系统最大分析带宽的指标要求。

4.最小分辨率带宽

根据实际检测需求，系统最小分辨率带宽的指标要求为1 Hz。系统分辨率带宽RBW 的计算公式为

式中，Wf——窗口因子；

fs——采样频率；

N——FFT 的点数。

窗口因子Wf与对数据进行加窗处理的窗函数类型有关，常用的窗函数和窗口因子的对应关系如表5－1 所示。

表5-1　窗函数和窗口因子的对应关系

在表5－1 中，窗口因子Wf的最小取值为0.89，最大取值为2.23。

选择fs＝32 kHz、N ＝32 768，根据窗口因子Wf的取值，可得RBW 的最小值RBWmin和最大值RBWmax为

由以上分析结果可以得出，在窗函数类型为Rectangular、fs＝32 kHz、N ＝32 768 时，系统的分辨率带宽最小，为0.87 Hz；在窗函数类型为Kaiser、fs＝32 kHz、N ＝32 768 时，系统的分辨率带宽最大，为2.18 Hz。(www.xing528.com)

综上所述，选择窗函数类型为Rectangular、fs＝32 kHz、N ＝32 768 时，即可满足系统最小分辨率带宽1 Hz 的指标要求。

5.最小可分析时域脉冲宽度

根据实际检测需求，系统最小可分析时域脉冲宽度的指标要求为125 μs。从时域角度分析，对信号进行4 倍采样就可以完整表征信号的特征，因此选择时域数据采样周期Ts＝31.25 μs，即采样频率fs＝32 kHz，即可满足系统最小可分析时域脉冲宽度125 μs 的指标要求。从频域角度分析，当时域脉冲宽度为125 μs 时，其3 dB 带宽为8 kHz。在设计中，将时域信号处理的信号带宽限制在8 kHz 即可满足要求。由于此时的信号为脉冲信号，因此其在频域占有一定的信号带宽，时域脉冲宽度为T（s）时，其3 dB 带宽B（Hz）约为

因此，系统能够分析的脉冲信号的最小功率Pmin为

式中，B——信号带宽，取值与时域脉冲宽度相关；

NF——链路噪声系数，取值为8 dB；

Nslack——裕量，取值为10 dB。

结果如下：

不同的带宽B 对应的Pmin、时域脉冲宽度PW 如表5－2 所示。

表5-2　带宽B 与Pmin、PW 的对应关系

6.工作动态范围

根据实际检测需求，系统工作动态范围的指标要求为大于等于70 dB。系统动态范围一般由两部分构成：一部分是模拟链路可控衰减器的衰减值范围；另一部分是在满足系统测试精度条件下的ADC（模/数转换器）的动态范围值。

设计时，选择模拟链路可控衰减器的衰减值范围为40 dB，ADC 的动态范围为45 dB，就可以满足系统工作动态范围大于等于70 dB 的指标要求。

7.最小输入信号功率

系统最小输入信号的功率指标要求是小于等于－155 dBm。系统显示平均噪声电平（DANL）的计算公式为

选择RBW ＝RBWmax＝2.18 Hz，NF ＝8 dB 时，可得系统显示平均噪声电平最大值DANLmax为

选择RBW ＝RBWmin＝0.87 Hz，NF ＝8 dB 时，可得系统显示平均噪声电平最小值DANLmin为

综上所述，系统显示平均噪声电平最大为－162.6 dBm，因此系统可以准确测试的最小信号功率为－155 dBm。