基于二级整数丢点及移相的交叠带相位补偿方法及系统与流程

本发明涉及通信，尤其涉及基于二级整数丢点及移相的交叠带相位补偿方法及系统。

背景技术：

1、高速示波器作为电子测量测试仪器的代表，在无线通信测量、国防军工、航空航天以及工业医疗仪器等领域发挥着重要作用。目前成熟商用产品的单片adc的最高指标为10.4gsa/s采样率，8ghz带宽，12-bit有效位，难以满足高采样率大带宽的采集系统指标需求。并行采样架构是目前提升采集系统性能指标的重要手段，相比于时间交织中带宽取决于单片adc的带宽指标的缺点，时间交织与频域交织的混合架构能够突破单片adc限制，使得采集系统在达到更高采样速率的同时拥有更大带宽。具体而言，该技术将采集系统分解为多个子带，对不同的子带下变频至低频段，使用单片或多片低性能adc采样，随后通过插值滤波以及上混频实现信号无失真采样。

2、频域交织过程中子带分解滤波器硬件设计的非理想特性会导致同频信号同时进入相邻两子带的现象，同时，不同子带硬件特性差异还会引入同频信号相位差异，最终使得两子带交叠带处重构拼合后信号幅度相抵消；此外，由于温度因素、模拟电路不同、计算器偏移以及adc同步复位信号灯多种因素，使得模拟本振信号的相位在每次系统复位（重启）具有随机性，但是一旦系统稳定工作，相应相位值将固定改变，具体表现为每次系统启动的自带间频响差异不同。现有技术使用级联的整数延时/丢点、小数延时fir滤波器及非线性相位补偿iir滤波器，目的是使得子带间相位差接近，该方法在计算过程中会耗费大量的系统计算资源，考虑子带拼合后系统会级联全通相频补偿滤波器以补偿系统非线性相位特性；也有在单子带相位补偿模块中删除了非线性相位iir滤波器以及分数滤波器以减少系统设计所消耗的时间及硬件资源。

3、但是现有技术关注的都是补偿后的交叠带相位差值，事实上交叠带的校准还会影响后续系统整体的频响特性，例如整数延迟丢点的微小差异会使子带的群时延发生变化，即宽带采集系统相频响应发生改变，从而导致信号的失真。为了保证让系统带内相频响应满足线性条件，传统方法需要重新进行系统的相频补偿，补偿过程中的采数、滤波器系数计算等步骤会造成系统资源的浪费与时间的消耗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了基于二级整数丢点及移相的交叠带相位补偿方法，解决了现有技术存在的不足。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：基于二级整数丢点及移相的交叠带相位补偿方法，所述相位补偿方法包括：

3、出厂校准步骤：基于交叠带扫频数据计算相位差，根据交叠带的角频率和相位差使用线性拟合算法拟合一级整数丢点值及交叠带非线性相位差数据；

4、开机自动校准步骤：对交叠带进行扫频，根据扫频结果计算二级整数跌点值及数字本振系数。

5、所述出厂校准步骤具体包括以下内容：

6、确定交叠带频率范围：预设交叠带边界两子带同频点最大幅频差为，并通过正弦扫频方式计算各子带过渡带幅频响应，设定同频点两子带之间幅度差为，且满足，其中，为数字角频率为时低频子带信号幅度值，为数字角频率为时高频子带信号幅度值；

7、交叠带非线性相位差提取：将交叠带范围内频率划分为 n等份，所对应交叠带扫频序列为，扫频步进频率为，信号源输入不同频点的正弦扫频信号，使用正弦三参估计算法或傅里叶变换法针对不同频点分别估计高频子带的相位和低频子带相位，并计算高频与低频子带间相同频点的相位差为，ω1表示第1个扫频；

8、提取交叠带范围内线性相位差与一级丢点值：设置最优化公式，以最小二乘法得到的最优解以及的最优解分别为、，进而得到线性相位差，同时可得非线性相位差，与一级丢点值，若为负，则表示在高频子带进行整数延时，反之则在低频子带，其中，为子带间相位差，k为拟合出来的线性相位差斜率，θ为线性相位差偏置。

9、所述开机自动校准步骤具体包括以下内容：

10、一级丢点开启后交叠带数据获取：设置扫频步进频率为，在进行一级丢点后，信号源输入不同频点的正弦扫频信号，使用正弦三参估计算法或傅里叶变换法针对不同频点分别估计子带间相同频点的相位和，并计算子带间相同频点的相位差为；

11、二级丢点计算：使用线性拟合算法得到交叠带相位差斜率，以及二级丢点值为，其中，表示向下取整，表示系统存储频率与采样频率的倍数；

12、更新数字本振系数：根据公式计算交叠带丢点后的相位差，高频子带的数字本振系数表示为，则根据公式计算得到更新后的数字本振系数，其中，本振相位初值为，角频率为，为采样点数。

13、基于二级整数丢点及移相的交叠带相位补偿系统，所述系统包括出厂校准单元和开机自动校准单元；

14、所述出厂校准单元：基于交叠带扫频数据计算相位差，根据交叠带的角频率和相位差使用线性拟合算法拟合一级整数丢点值及交叠带非线性相位差数据；

15、所述开机自动校准单元：对交叠带进行扫频，根据扫频结果计算二级整数跌点值及数字本振系数。

16、所述出厂校准单元包括交叠带频率范围确定子单元、交叠带非线性相位差提取子单元和交叠带范围内线性相位差与一级丢点值提取子单元；

17、所述交叠带频率范围确定子单元：预设交叠带边界两子带同频点最大幅频差为，并通过正弦扫频方式计算各子带过渡带幅频响应，设定同频点两子带之间幅度差为，且满足，其中，为数字角频率为时低频子带信号幅度值，为数字角频率为时高频子带信号幅度值；

18、交叠带非线性相位差提取：将交叠带范围内频率划分为 n等份，所对应交叠带扫频序列为，扫频步进频率为，信号源输入不同频点的正弦扫频信号，使用正弦三参估计算法或傅里叶变换法针对不同频点分别估计高频子带的相位和低频子带相位，并计算高频与低频子带间相同频点的相位差为，ω1表示第1个扫频；

19、提取交叠带范围内线性相位差与一级丢点值：设置最优化公式，以最小二乘法得到的最优解以及的最优解分别为、，进而得到线性相位差，同时可得非线性相位差，与一级丢点值，若为负，则表示在高频子带进行整数延时，反之则在低频子带，其中，为子带间相位差，k为拟合出来的线性相位差斜率，θ为线性相位差偏置。

20、所述开机自动校准单元包括一级丢点开启后交叠带数据获取子单元、二级丢点计算子单元和数字本振系数更新子单元；

21、所述一级丢点开启后交叠带数据获取子单元：设置扫频步进频率为，在进行一级丢点后，信号源输入不同频点的正弦扫频信号，使用正弦三参估计算法或傅里叶变换法针对不同频点分别估计子带间相同频点的相位和，并计算子带间相同频点的相位差为；

22、二级丢点计算：使用线性拟合算法得到交叠带相位差斜率，以及二级丢点值为，其中，表示向下取整，表示系统存储频率与采样频率的倍数；

23、更新数字本振系数：根据公式计算交叠带丢点后的相位差，高频子带的数字本振系数表示为，则根据公式计算得到更新后的数字本振系数，其中，本振相位初值为，角频率为，为采样点数。

24、本发明具有以下优点：基于二级整数丢点及移相的交叠带相位补偿方法，首先保证了交叠带补偿有效，即满足了拼合后不放大噪声、不出现系统群延迟极端尖峰与凹陷的需求；保证了每次系统上电的各子带非交叠带处系统群延迟相对关系一致，即每次自启动后无需进行相频校准更新。