[发明专利]一种变频系统群时延测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频系统群时延测试方法，用于变频系统群时延精密测量。

背景技术

群时延是描述变频系统相位频率特性的一个重要参量，是衡量连续信号通过变频系统相位线性度的重要指标。群时延不仅决定了系统或网络产生的信号传输时延的大小，而且与信号传输失真密切相关，对信号传输质量有很大影响。

目前关于变频系统群时延的测试方法主要是：

(1)基于矢量网络分析仪的方法。通常采用的方案是矢量混频器校准技术，采用校准混频器对基于矢量网络分析仪的测试系统进行校准，测量或校准过程中需要一个幅度和相位互易的校准混频器，变频系统输入/输出频率发生变化时，需要更换适合新频率变换关系的精密时延测试变频器，因此该方法对测试设备的要求较高，精密时延测试变频器的接入也会引入测量误差，而且本方法需要从变频系统提供一个本振信号，许多变频系统不能满足这个条件。

(2)基于载波调制的方法。该方法适应于变频系统无法为测试和时延标定系统提供本振信号的情况。当调制信号频率远小于载波频率，即满足窄带假设时，包络时延就可以近似表示群时延。调制法是通过由一个较低频率正弦波基带信号对射频载波调幅(AM)、调频(FM)或调相(PM)实现的。变频系统输入射频在一段频率上进行扫频，变频系统输出信号被解调，将解调信号的相位和原来的基带信号的相位比较。通常采用模拟的调制解调方式，测量误差大，测量精度大约在10ns～20ns左右，不能满足ns级精密测量的要求。文献“卫星群时延特性测量新方案的设计和实现”(刘彬、刘枫、刘崇华《航天器工程》2010年1月第19卷第1期)提出了一种用于卫星转发器群时延测量的方法，该方法中用低频信号对转发器输入微波信号进行FM调制，对低频信号和转发器输出下变频后的中频FM调制信号进行A/D采样，在数字域内完成FM解调和比相。该方法没有考虑FM调制器、转发器输出后的下变频器和数字滤波器的群时延特性，只能得到转发器的相对群时延，不能反映变频系统的实际群时延特性，而且测量结果中无法剔除FM调制器、下变频器群时延特性所带来的误差影响。另外该方法采用了相干解调技术，FM解调过程中的频率估计误差严重影响了时延测量精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种占用硬件资源少、测量精度高、实现简便、通用性强的变频系统群时延测试方法，解决了变频系统精密测量群时延的问题。

本发明的技术解决方案是：一种变频系统群时延测试方法，步骤如下：

(1)利用扫频信号源产生一个频率为变频系统输入频带中心频率的单载波，同时利用低频信号源产生周期低频信号作为基带信号，通过FM调制器对单载波进行FM窄带调制，形成FM载波调制信号；

(2)将所述FM载波调制信号功分成两路，一路作为第一模数转换器的输入，另外一路经衰减后送至变频系统的输入端，经变频系统输出后的信号再次经衰减后作为第二模数转换器的输入；第一模数转换器和第二模数转换器采用同一个参考时钟控制，同步采样数据；

(3)分别对两个模数转换器的采样数据进行希尔伯特变换、数字下变频、数字域微分处理、包络检波以及初始相位校正，得到两路低频基带数字信号；

(4)对两路低频基带数字信号进行比相和2π模糊度消除，得到用采样点序号差值表示的两路低频基带数字信号之间的绝对时延，用采样点序号的差值乘以采样周期，再扣除衰减器和连接电缆的时延校准值，即可得到与所述变频系统输入频带中心频率对应的用时间表示的变频系统群时延；

(5)在变频系统工作频率带宽内改变FM载波调制信号的载波频率，重复步骤(1)～(4)，得到变频系统工作频率带宽内各频率点的群时延测试结果。

所述步骤(2)中第一模数转换器和第二模数转换器单次数据处理所需要的连续采样时间长度大于一个调制的基带信号重复周期。

所述步骤(3)中进行初始相位校正时，如果采样频率为f_s的模数变换器对中心频率为f_c的FM信号使用欠采样，采样后的FM中心频率f_FM满足：

f_FM＝n·f_s-f_c，0＜f_FM＜f_s/2，n为正整数

那么对在包络检波后输出的信号额外增加一个π弧度的初始相位进行修正，其它情况下初始相位修正量为0。