專利名稱：高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用軟件測量高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的方法，更具 體的說，是一種利用跳頻信號的希爾伯特變換與其延遲信號的希爾伯特變換后的共軛進(jìn)行 復(fù)數(shù)相乘，以提取出輸入信號中的跳頻信息，從而測量出跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間 的方法，屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在很多高速跳頻系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要準(zhǔn)確地得到跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間 的信息。由于跳頻系統(tǒng)一般在射頻段完成跳頻，當(dāng)跳頻速度很高時，要得到跳頻信號的跳速 和頻率轉(zhuǎn)換時間的信息，對示波器的工作頻率和采樣率要求很高。在傳統(tǒng)的測量方法中，通 常要采用價格高昂的高端示波器，該方法對儀器的要求過高，導(dǎo)致成本太高。本發(fā)明可以利用軟件編程的方法提取出工作在射頻段的高速跳頻信號的跳速和 頻率轉(zhuǎn)換時間的信息，并且可以通過上位機(jī)顯示該信息。它將高速跳頻模塊發(fā)送的跳頻信 號下變頻后采集至上位機(jī)，在軟件中通過將該信號延遲一個固定時間，利用輸入信號的希 爾伯特變換與其延遲信號的希爾伯特變換的共軛的時域相乘，得到一個只與跳頻頻率和延 遲時間有關(guān)的低頻信息，通過觀察該信息的變化，提取出跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間 的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種低成本、利用軟件實現(xiàn)測量 工作在射頻段高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的信息的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是首先將高速跳頻模塊發(fā)送的高速跳頻信號采集至上位機(jī)， 將射頻段的高速跳頻信號，經(jīng)過模擬下變頻模塊下變頻至中頻(基頻)，通過A/D采樣將信 號送入接口板，由接口板將采集到的數(shù)字信號送至上位機(jī)。然后在上位機(jī)中采用軟件處理， 將輸入信號經(jīng)過延遲單元延遲一個固定時間長度(可調(diào)整)，把輸入信號和輸入信號的延 遲信號送入希爾伯特變換單元，得到它們的復(fù)信號，將輸入信號的復(fù)信號與其延遲信號的 復(fù)共軛信號進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，以提取輸入信號中的跳頻信息。將乘法器輸出的復(fù)信號經(jīng)過信 號解析，提取出該信號中包含輸入信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的實數(shù)部分(虛數(shù)部分)送 入顯示單元。測量裝置由數(shù)據(jù)采集模塊和軟件處理模塊構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬下變頻單 元、A/D采樣單元和接口單元。模擬下變頻單元所要完成的功能是將接收到的射頻段的高 速跳頻信號下變頻至中頻段(基頻段)。A/D采樣單元所要完成的功能是將中頻段(基頻 段)的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。接口單元所要完成的功能是將A/D采樣單元的輸出信號 轉(zhuǎn)換為上位機(jī)可以識別的信號格式，將跳頻信號送入上位機(jī)的軟件處理模塊。軟件處理模塊包括延遲單元、希爾伯特變換單元、取共軛單元、復(fù)數(shù)乘法器單元、 信號解析單元和顯示單元。延遲單元所要完成的功能是將送入軟件處理模塊的跳頻信號延遲一個固定時間長度(可調(diào)整)。希爾伯特變換單元所要完成的功能是將輸入的實信號轉(zhuǎn) 換為復(fù)信號。取共軛單元所要完成的功能是把延遲信號的復(fù)信號轉(zhuǎn)換為其復(fù)共軛信號。復(fù) 數(shù)乘法器單元所要完成的功能是將輸入信號的復(fù)信號與其延遲信號的復(fù)共軛信號相乘，以 提取輸入信號中的跳頻信息。信號解析單元所要完成的功能是提取出乘法器輸出復(fù)信號中 的實部(虛部)信息，該信息的幅度只與跳頻頻率和延遲時間相關(guān)。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)該裝置成本低。將信號采集到上位機(jī)后，只需利用軟件處理，輸出的信息可以 直接在上位機(jī)中顯示。(2)該裝置的信號輸出性能高。通過軟件顯示單元可以清楚的顯示輸入跳頻信號 的頻率穩(wěn)定時間和頻率轉(zhuǎn)換時間，并計算出跳速；(3)本發(fā)明所述裝置以較低的成本、靈活的方法，實現(xiàn)了對高速跳頻信號的跳速和 頻率轉(zhuǎn)換時間的測量。本發(fā)明最大的特點就是利用軟件處理的方法，實現(xiàn)了在上位機(jī)中觀 測通常需要采用高性能示波器才能觀測到的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的功能。


圖1是測量原理框圖，包括數(shù)據(jù)采集模塊和軟件處理模塊兩部分；圖2是模擬輸入的高速跳頻信號；圖3是跳頻信號的希爾伯特變換后的信號，其中實線表示實部信號，虛線表示虛 部信號；圖4是顯示單元的測量信號。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，如圖1所示，本發(fā)明 由數(shù)據(jù)采集模塊和軟件處理模塊構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)采集模塊由模擬下變頻單元、A/D采樣單元 和接口單元構(gòu)成，軟件處理模塊由延遲單元、希爾伯特變換單元、取共軛單元、復(fù)數(shù)乘法器 單元、信號解析單元和顯示單元構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集模塊要完成的功能包括A模擬下變頻單元完成的功能是將射頻段的高速跳頻信號下變頻至中頻段(基 頻段)。B A/D采樣單元完成的功能是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 C接口單元完成的功能是將A/D采樣信號轉(zhuǎn)換為上位機(jī)可識別的信號格式，送往 上位機(jī)。圖2給出了上位機(jī)接收到的一種4頻點2000跳/秒的跳頻信號的時域波形。軟件處理模塊要完成的功能包括A延遲單元要完成的功能是將接口單元送來的跳頻信號延遲一個固定時間長度 (可調(diào)整)。B希爾伯特變換單元要完成的功能是將實信號轉(zhuǎn)換為復(fù)信號。圖3給出了圖2中 實信號經(jīng)過希爾伯特變換后的復(fù)信號的波形，其中實線表示實部信號，虛線表示虛部信號。C取共軛單元要完成的功能是將延遲信號的復(fù)信號轉(zhuǎn)換為其復(fù)共軛信號。
D復(fù)數(shù)乘法器單元要完成的功能是將輸入的復(fù)信號與其延遲信號的復(fù)共軛信號 進(jìn)行相乘，以提取輸入信號中的跳頻信息。E信號解析單元要完成的功能是提取出復(fù)乘法器輸出信號中的，幅度只與跳頻 頻率和延遲時間相關(guān)的實部(虛部)信息。F顯示單元要完成的功能是測量信號解析單元輸出信號的變化，記錄高速跳頻 信號的頻率穩(wěn)定時間和頻率轉(zhuǎn)換時間的信息。圖4給出了 4頻點2000跳/秒的跳頻信號 的測量結(jié)果。本發(fā)明要完成的功能是假定由前端高速跳頻模塊發(fā)送至上位機(jī)的原始跳頻信號 為x(t) = Acos(wit+￥0), i = 0,1,2......，式中Wi是跳頻圖案中的跳頻頻率。 信號χ (t)經(jīng)過延遲單元后變?yōu)閥(t) = Atcoswi (t-τ ) + ψ0], i = 0,1,2......，式中 τ 是延遲時間。將信號x(t)與其延遲信號y(t)送入希爾伯特變換單元后，希爾伯特變換后的輸 出信號分別為X0 (0 = ^[cos(w/ + ^0) + j sin(w,/ + ^0)] = AeAw'l+n/ = 0,1,2……^0 (0 = ^{cos[w, { -τ) + ψ0] - j sin(w, (t-τ) + ^0)] = Aejlw‘(‘…場],/ = 0,1，2......將延遲信號的希爾伯特變換％ (t)取共軛后得到^0 (0 = ^{cos[w, { -τ) + ψ0}~ j smiw, {t-τ) + ψ0)] == 0,1,2……將x。(t)與y' Q(t)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘后得到z(w,) = X0 (0 χ y0 (t) = A2eJ"'T ,/ = 0,1,2……將乘法器的輸出信號ζ (Wi)經(jīng)過信號解析后得到Z0(Wi) = A2Coswi τ 或者 z;0 (Wi) = A2Sinwi τ , i = 0,1,2......通過上式可以看出信號解析單元的輸出是一個只與輸入信號的頻率Wi和延遲時 間τ有關(guān)的信息，其中τ是固定值，該信號的幅度隨著Wi的變化而變化。由于該信號頻 率比較低(取決于跳速)，且變化明顯，因此可以通過上位機(jī)的軟件顯示單元，觀察該低頻 信號幅度的變化時間與穩(wěn)定時間，從而得到原始信號跳頻頻率的轉(zhuǎn)換時間、穩(wěn)定時間，并根 據(jù)跳頻頻率的轉(zhuǎn)換時間和穩(wěn)定時間計算出跳頻信號的跳速。
權(quán)利要求
1.高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，包括數(shù)據(jù)采集模塊和軟件處理模 塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊由模擬下變頻單元、A/D采樣單元和接口單元構(gòu)成，軟件處理模塊由 延遲單元、希爾伯特變換單元、取共軛單元、復(fù)數(shù)乘法器單元、信號解析單元和顯示單元構(gòu) 成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，其特征在 于數(shù)據(jù)采集模塊將高速跳頻信號下變頻后，A/D采樣經(jīng)過接口板送入上位機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，其特征在 于延遲單元將高速跳頻信號延遲一個固定時間長度(可調(diào)整)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，其特征在 于在軟件中利用希爾伯特變換將輸入的實信號轉(zhuǎn)換為復(fù)信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，其特征在 于在軟件中利用復(fù)數(shù)乘法器實現(xiàn)輸入信號的復(fù)信號與其延遲信號的復(fù)共軛信號的相乘，以 提取輸入信號中的跳頻信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，其特征在 于在軟件中利用信號解析方法提取出跳頻頻率和延遲時間的信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用軟件實現(xiàn)測量工作在射頻段的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的測量方法，它由數(shù)據(jù)采集模塊和軟件處理模塊構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)采集模塊由模擬下變頻單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、接口單元構(gòu)成，軟件處理模塊由延遲單元、希爾伯特變換單元、復(fù)乘法器單元、取共軛單元、信號解析單元和顯示單元構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點在于提供了一種利用軟件直接在上位機(jī)中觀測高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的方法，該方法利用軟件處理的手段，實現(xiàn)了在上位機(jī)中觀測通常需要采用高性能示波器才能觀測到的高速跳頻信號的跳速和頻率轉(zhuǎn)換時間的功能。
文檔編號H04B17/00GK102075269SQ20101062136
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者姚愷, 宋偉寧, 文霄杰, 李署堅, 王康 申請人:北京航空航天大學(xué)