一種基于滑動(dòng)互相關(guān)和余暉技術(shù)的相位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)處理和顯示裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，特別涉及一種相位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)處理和顯示裝置，還涉及一種相位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)處理和顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相位噪聲作為短期頻率穩(wěn)定度在頻域的一種表現(xiàn)形式，是許多現(xiàn)代電子設(shè)備的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備亦受到廣泛的重視。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)相位噪聲測(cè)試系統(tǒng)的相位噪聲測(cè)試靈敏度和分辨率等指標(biāo)提出了越來越高的要求。而相位噪聲測(cè)試靈敏度和分辨率等指標(biāo)的提升，除了依賴于選用高性能器件外，更重要的是依賴于對(duì)采集的大批量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算和處理得以實(shí)現(xiàn)。
[0003]相位噪聲測(cè)量的一種常用方法是“鑒相法+互相關(guān)技術(shù)”，該方法可以通過多次互相關(guān)運(yùn)算大幅度提高相位噪聲測(cè)試靈敏度和分辨率，例如:進(jìn)行10000次互相關(guān)運(yùn)算時(shí)，相位噪聲測(cè)量的靈敏度可以改善20dB。
[0004]目前，Agilent公司的信號(hào)源分析儀是相位噪聲測(cè)量最快的儀器，該儀器采用的是“鑒相法+互相關(guān)技術(shù)”，每次互相關(guān)測(cè)量需要13秒的時(shí)間，最多支持10000次互相關(guān)運(yùn)算，在用戶設(shè)置的互相關(guān)次數(shù)完成后返回一次測(cè)量結(jié)果。
[0005]例如，當(dāng)用戶設(shè)置了10000次互相關(guān)運(yùn)算時(shí)，測(cè)量完成并返回測(cè)量結(jié)果需要36個(gè)小時(shí)，在如此長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的相位噪聲特性可能隨著環(huán)境因素的影響發(fā)生了嚴(yán)重失真，測(cè)量結(jié)果未必能反應(yīng)被測(cè)信號(hào)的真實(shí)相位噪聲特性。
[0006]因此，如何能在最短的時(shí)間內(nèi)返回測(cè)量結(jié)果，又能及時(shí)分析被測(cè)信號(hào)的相位噪聲特性和變化趨勢(shì)是本領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵問題。
[0007]圖1為相位噪聲測(cè)量常用的數(shù)據(jù)處理及顯示方法框圖，該方法將FPGA送來的8段測(cè)量數(shù)據(jù)分別送FFT運(yùn)算部件進(jìn)行A、B兩路的FFT運(yùn)算，接著將運(yùn)算結(jié)果送互相關(guān)運(yùn)算部件執(zhí)行互相關(guān)運(yùn)算。一次互相關(guān)測(cè)量的8段原始數(shù)據(jù)中，每段數(shù)據(jù)的內(nèi)部互相關(guān)次數(shù)處理完成后，都會(huì)送入存儲(chǔ)部件進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果的存儲(chǔ)，當(dāng)用戶設(shè)置的N次互相關(guān)運(yùn)算完成后，再將這N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果的平均值送給顯示處理部件進(jìn)行顯示處理。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)組成包括:數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件、FFT運(yùn)算部件、互相關(guān)運(yùn)算部件、N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件、顯示處理部件。
[0009]數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件用于存儲(chǔ)來自FPGA測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，分8段存儲(chǔ)，分別對(duì)應(yīng)段0、段1，......，段7的A、B兩路原始數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部互相關(guān)次數(shù)分別為m0，ml，......，m7。
[0010]FFT運(yùn)算部件包括FFT A運(yùn)算部件和FFT B運(yùn)算部件，用于對(duì)某段A、B兩路原始數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT運(yùn)算，運(yùn)算順序依據(jù)FPGA送來的原始數(shù)據(jù)先后順序依次進(jìn)行。
[0011]互相關(guān)運(yùn)算部件用于對(duì)A、B兩路FFT運(yùn)算結(jié)果執(zhí)行互相關(guān)運(yùn)算。
[0012]N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件內(nèi)置8個(gè)緩沖區(qū)，分別存儲(chǔ)應(yīng)段0、段1，……，段7的mj*i次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，其中j的取值為0?7，對(duì)應(yīng)段0?段7，mj表示對(duì)應(yīng)段的內(nèi)部互相關(guān)次數(shù)，i的取值范圍為1?N。
[0013]顯示處理部件對(duì)N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果的平均值進(jìn)行顯示處理。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)作關(guān)系說明:
[0015](l)FPGA將某段的測(cè)量原始數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件的指定存儲(chǔ)單元，通知FFT運(yùn)算部件，該段的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好；
[0016](2)FFT運(yùn)算部件接到通知后，如果空閑就從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件的該存儲(chǔ)單元讀取測(cè)量原始數(shù)據(jù)，分解成A、B兩路數(shù)據(jù)，分別送入FFT A運(yùn)算部件和FFTB運(yùn)算部件執(zhí)行復(fù)數(shù)的FFT運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果送入互相關(guān)運(yùn)算部件，然后通知互相關(guān)運(yùn)算部件FFT運(yùn)算完成；
[0017](3)互相關(guān)運(yùn)算部件收到通知后，對(duì)A、B兩路的FFT運(yùn)算結(jié)果執(zhí)行互相關(guān)運(yùn)算，并將該段的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果保存到N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件中；
[0018]如果N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件的該段中不存在之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)，則將該段當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果保存到對(duì)應(yīng)的結(jié)果緩沖區(qū)中；
[0019]如果N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件的該段中存在之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)，則將之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與當(dāng)前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果取平均，并將平均后的結(jié)果保存到對(duì)應(yīng)的結(jié)果緩沖區(qū)中；
[0020](4)重復(fù)步驟(1)?(3)直到8段原始數(shù)據(jù)的mj*N次互相關(guān)運(yùn)算全部處理完成；
[0021](5)當(dāng)mj*N次互相關(guān)運(yùn)算全部處理完成后，互相關(guān)運(yùn)算部件就會(huì)通知顯示處理部件互相關(guān)完成，顯示處理部件收到通知后，對(duì)N次互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行顯示處理。
[0022]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
[0023](1)、無法識(shí)別存在短期不穩(wěn)定性的信號(hào):在指定的N次互相關(guān)運(yùn)算完成后，才能返回一次測(cè)量結(jié)果，在此期間被測(cè)信號(hào)的短期不穩(wěn)定性在N次互相關(guān)運(yùn)算后可能會(huì)被平均處理掉，無法發(fā)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的短期不穩(wěn)定性；
[0024](2)、用戶不好確定如何選擇一個(gè)合適的互相關(guān)次數(shù)N:當(dāng)設(shè)置的互相關(guān)次數(shù)N較小時(shí)，可能達(dá)不到用戶想要的靈敏度和分辨率，當(dāng)設(shè)置的互相關(guān)次數(shù)N較大時(shí)，用戶需要等待較長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間才能返回測(cè)量結(jié)果，這對(duì)用戶來說是很難忍受的，尤其當(dāng)用戶在等待很長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間后，返回的測(cè)量結(jié)果與其期望值相差很大時(shí)，用戶更是難以接受。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明提出了一種基于滑動(dòng)互相關(guān)和余暉技術(shù)的相位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)處理和顯示裝置及方法，通過結(jié)合滑動(dòng)互相關(guān)技術(shù)和余暉技術(shù)解決了在多次互相關(guān)測(cè)試過程中存在的下列問題:(1)無法預(yù)判需要多少次互相關(guān)才能使測(cè)試結(jié)果滿足測(cè)試要求問題；(2)無法真實(shí)反應(yīng)信號(hào)的中間測(cè)試狀態(tài)問題，例如，信號(hào)短期不穩(wěn)定性或者失鎖等問題可能會(huì)在多次互相關(guān)后平均處理掉；(3)被測(cè)信號(hào)在長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試過程中會(huì)隨環(huán)境因素的影響產(chǎn)生頻率漂移，從而引起測(cè)量錯(cuò)誤問題。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0027]一種基于滑動(dòng)互相關(guān)和余暉技術(shù)的相位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)處理和顯示裝置，包括:數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件、FFT運(yùn)算部件、互相關(guān)運(yùn)算部件、當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件、N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件和顯示處理部件；
[0028]所述數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件用于存儲(chǔ)來自FPGA測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，分別存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)段0、段1，......，段7的A、B兩路原始數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部互相關(guān)次數(shù)分別為mO，ml，......，m7;
[0029]所述的FFT運(yùn)算部件包括FFT A運(yùn)算部件和FFT B運(yùn)算部件，用于對(duì)某段A、B兩路原始數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT運(yùn)算，運(yùn)算順序依據(jù)FPGA送來的原始數(shù)據(jù)先后順序依次進(jìn)行；
[0030]所述互相關(guān)運(yùn)算部件用于對(duì)A、B兩路FFT運(yùn)算結(jié)果執(zhí)行互相關(guān)運(yùn)算；
[0031]所述當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件用于存儲(chǔ)當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，內(nèi)置8個(gè)緩沖區(qū)，分別存儲(chǔ)段0?段7的當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果；
[0032]所述N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件內(nèi)置N-1個(gè)緩沖區(qū)，分別存儲(chǔ)前N-1次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果;
[0033]所述顯示處理部件對(duì)當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果和前i次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果的平均值進(jìn)行顯示處理，其中i的取值范圍為0?N-1。
[0034]基于上述裝置，本發(fā)明還提出了一種相位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)處理和顯示方法，包括以下步驟:
[0035]步驟(1)，F(xiàn)PGA將某段的測(cè)量原始數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件的指定存儲(chǔ)單元，通知FFT運(yùn)算部件，該段的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好；
[0036]步驟(2)，F(xiàn)FT運(yùn)算部件接到通知后，如果空閑就從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)部件的該存儲(chǔ)單元讀取測(cè)量原始數(shù)據(jù)，分解成A、B兩路數(shù)據(jù)，分別送入FFT A運(yùn)算部件和FFT B運(yùn)算部件執(zhí)行復(fù)數(shù)的FFT運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果送入互相關(guān)運(yùn)算部件，然后通知互相關(guān)運(yùn)算部件FFT運(yùn)算完成；
[0037]步驟(3)，互相關(guān)運(yùn)算部件收到通知后，對(duì)A、B兩路的FFT運(yùn)算結(jié)果執(zhí)行內(nèi)部互相關(guān)運(yùn)算，并將該段的內(nèi)部互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果保存到當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件中；
[0038]步驟(4)，重復(fù)步驟(1)?(3)直到一次互相關(guān)的8段原始數(shù)據(jù)的內(nèi)部互相關(guān)運(yùn)算全部處理完成；
[0039]步驟(5)，如果用戶設(shè)置的互相關(guān)次數(shù)N大于1，則互相關(guān)運(yùn)算部件將當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果送入到N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件的對(duì)應(yīng)單元進(jìn)行存儲(chǔ)，并通知顯示處理部件進(jìn)行顯示處理；
[0040]步驟(6)，顯示處理部件收到通知后，如果N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件中不存在之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，則從當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件中讀取當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行顯示處理;如果N次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件中存在之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，則顯示處理部件將當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與之前i次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果取平均后，再進(jìn)行顯示處理；
[0041]步驟(7)，重復(fù)步驟(1)?(6)直到N次互相關(guān)運(yùn)算全部處理完成。
[0042 ] 可選地，所述步驟(3)具體包括以下步驟:
[0043]步驟(31)，如果當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件的該段中不存在之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)，則將該段當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果保存到該段的結(jié)果緩沖區(qū)中；
[0044]步驟(32)，如果當(dāng)前互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果部件的該段中存在之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)，則將之前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果與當(dāng)前的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果取平均，并將平均后的結(jié)果保存到該段的結(jié)果緩沖區(qū)中。
[0045]本發(fā)明的有益效果是:
[0046](1)可以有效識(shí)別存在短期不穩(wěn)定性的信號(hào):由于本方案可以對(duì)每次互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行顯示處理，不必等到N次互相關(guān)運(yùn)算完成后才進(jìn)行顯示處理，被測(cè)信號(hào)的相位噪聲特性可以進(jìn)行及時(shí)分析，一旦發(fā)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)存在短期不穩(wěn)定性，可以及時(shí)停止測(cè)量，無需等到N次互相關(guān)運(yùn)算完成；
[0047](2)當(dāng)用戶不知道設(shè)置多大的互相關(guān)次數(shù)可以達(dá)到所要的相位噪聲測(cè)量靈敏度和分辨率時(shí)，可以設(shè)置一個(gè)較大的互相關(guān)次數(shù)，由于該方法可以每次觀測(cè)到測(cè)量結(jié)果，一旦達(dá)到用戶想要的相位噪聲測(cè)量靈敏度和分辨率時(shí)，可以立即停止測(cè)量，無需等到所有互相關(guān)次數(shù)都處理完成；
[0048](3)在相位噪聲測(cè)量過程中，用戶發(fā)現(xiàn)當(dāng)測(cè)量達(dá)到一定互相關(guān)次數(shù)后，如果相位噪聲曲線不在隨著互相關(guān)次數(shù)的增加而有明顯下降趨勢(shì)，則說明當(dāng)前已經(jīng)達(dá)到或接近了被測(cè)信號(hào)的相位噪聲真實(shí)值，無需花費(fèi)大量的時(shí)間繼續(xù)測(cè)量下去。
【附圖說明】
[0049]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本