时域频域联合无源互调实时检测分析系统的原理及流程

时域频域联合PIM 实时检测分析系统的原理如图5－11 所示，主要包括射频处理、中频处理、数字信号处理以及软件处理模块。

图5-11　时域频域联合PIM 实时检测分析系统的原理

PIM 射频信号采集处理具体包括以下过程。

（1）低噪声放大1：对输入的PIM 小信号进行低噪声放大，具有很低的噪声系数，保证高灵敏度接收。

（2）电调滤波：为可调滤波器，根据需要检测的PIM 信号频率来设置滤波器中心频率，以实现对PIM 信号的滤波。

（3）一级下变频：将PIM 信号下变频至第一中频321.4 MHz。

（4）一中频滤波：对下变频后的第一中频进行带通滤波，滤除其他杂波分量。

（5）数控衰减：与后级增益控制共同实现自动增益控制功能，根据输入PIM 信号的动态范围进行调整。

（6）一中频放大（低噪声放大2）：对第一中频进行信号放大。

（7）低通滤波1：对放大后的第一中频进行滤波，滤除其谐波干扰。

（8）二级下变频：将第一中频下变频至第二中频21.4 MHz。

（9）二中频滤波：对下变频后的第二中频进行带通滤波，滤除其他杂波分量。

（10）二中频放大（低噪声放大3）：对第二中频进行信号放大。

（11）增益控制：与前级数控衰减共同实现自动增益控制功能，根据PIM信号的动态范围进行调整。

（12）低通滤波2：对放大后的第二中频进行滤波，滤除其谐波干扰。

（13）限幅：在输入信号幅度过大时，保护后端的模/数转换电路。

（14）模/数转换：将中频模拟信号转换为数字信号，速率为128 MS/s。

经过模/数转换后，信号输入数字信号模块，同时在时域和频域进行实时分析，处理后的数据输入软件模块输出。软件模块主要完成系统配置、实时显示、实时数据存储、数据回放等处理。

基带数字信号处理具体包括以下过程。

（1）正交数字下变频：将21.4 MHz 的中频信号正交下变频到基带IQ 信号，然后将数据分为两路。

（2）直接存储第一路IQ 原始信号，速率为4 MS/s。

（3）对第二路IQ 信号抽取滤波：在保证信号不失真的前提下进行数据压缩，降低信号采样率，将信号数据的速率压缩至80 kS/s。

（4）抽取滤波后分别进行时域处理和频域处理：若需要分析的最小脉冲宽度为T，则分析带宽fs≥4/T。(www.xing528.com)

时域频域的详细处理过程如下。

1）时域处理过程

（1）数字滤波：根据所需检测的PIM 脉冲时域的最小宽度设置滤波带宽B，B ＝1/Tmin，Tmin为所需要检测的PIM 时域脉冲的最短持续时间。

（2）信号时域包络计算、对数化处理：，获得时域包络幅值。

（3）视频滤波：改善波形显示。

（4）定标校准：完成数据标定和校准，得到最终时域处理后的结果。

2）频域处理过程

（1）数字滤波：根据分析带宽进行频域数字滤波。

（2）重叠存储：对IQ 信号进行87.5％重叠率的重叠存储，以保证数据加窗处理后不失真。

（3）加窗处理：对IQ 信号进行加窗处理。窗函数包括Kaiser、Rectangular、Hamming、Hanning 4 种，加窗处理算法为将IQ 信号与预存的窗函数进行点乘矩阵。

（4）快速傅里叶变换（FFT）：进行32 768 点快速傅里叶变换。

（5）幅频计算、对数化处理：20lg｜IFFT＋jQFFT｜，获得频域幅值。

（6）视频滤波：改善波形显示。

（7）定标校准：完成数据标定和校准，得到最终频域处理后的结果。

处理后的时域数据和频域数据经过高速数据接口，由控制软件输出PIM 的时频域综合分析结果。

在时域可检测的最小PIM 信号幅度和最短持续时间Tmin的关系为

式中，Smin_t——时域检测灵敏度；

SNRp——能够实现PIM 信号有效检测所需的信噪比，通常为10 dB；

NF——链路噪声系数。

频域检测灵敏度Smin_f为

式中，RBW——系统分辨率带宽。

从以上过程可以看出，PIM 的时域频域联合检测分析不但可以实现高灵敏度和实时检测，而且可以有效地检测到瞬态跳变的PIM 信号。