1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、课题背景

为了提高通信中的频谱容量和性能，在通信传输中应用了完善的射频技术。射频技术使得信号不仅具有突发瞬变性而且表现出调制和频率随时间变化的特点。然而随着射频信号在当今世界中变得无处不在，并且在频谱检测与管理工作中，对瞬变信号频谱的捕获与定位一直是悬而未决的难题。为了克服这些困难，解决能够可靠的监测随时间变化的射频信号非常关键。实时频谱分析中的数字荧光显示技术DPX是频谱显示技术的革命性突破，能够揭示传统频谱分析仪和矢量信号分析仪完全漏掉的信号细节。

数字荧光显示技术（DPX）是近年来应用于实时频谱分析的一项创新性技术。传统频谱分析技术只能显示瞬时频谱信息，缺乏对一段时间内信号变化的统计分析。相比传统频谱分析技术，DPX频谱图可以直观显示在不同时间内处于同一频率范围内的多个信号，并利用强度等级、配色方案和设计轨迹等数字增强技术来突出显示多个信号的多种不同信息。DPX技术通过FFT、数字压缩技术以及颜色等级设置，生动直观地区分信号一段时间内的变化细节。DPX技术可以生成一段时间内的实时频谱态势图，大大提高设备对信号的捕获和观察能力[1]。DPX的实质是把一段时间内的所有信号频谱集成到一张频谱图上显示，这张频谱图包含了这段时间内频率、幅度和命中次数的三维信息，充分展现了信号特征。实际应用表明，应用DPX技术的实时频谱分析设备能够满足电子侦察的需要，提高对信号的观察和分析[2]。

本课题是研究DPX的基本技术以及实现原理，并且从理论方面研究一种低复杂度的DPX实现算法。在PlotLab控件的基础上，配合实时频谱仪的硬件，设计一个可以显示DPX三维频谱图的软件。

二、研究现状

如今国外的频谱分析设备都具有高分辨率、高灵敏度、CRT数字显示、大动态范围等特点。尤其在近年中，如频率合成技术、DSP技术、FPGA设计技术等各种新技术的应用，使频谱分析仪的性能达到了更高的水平[3]。

国外的一些公司如HP、安捷伦、Tek、TR等一直在频谱分析仪的实现技术上处于领先地位，而国内与国外相比还有一定的差距[4]。现在有一批企业或研究所在频谱分析设备研发方面进行了大量的研究工作，并取得了不错的进展，如中电41所等，但是国内性能好一些的高档频谱分析设备仍处科研试制阶段[5]。

研究者为充分利用DPX高分辨图像的信息，在对比传统伪彩色编码的基础上，提出了一种基于RGB三原色的新的伪彩色编码方法#8212;#8212;二进制数取位法[6]。在实际应用中表明该方法大大增强了DPX的显示效果，提高了对信号的观察和捕获能力，非常适合于实际DPX系统的应用。并且经实际测试，该系统的基本性能指标如下表所示。

表1.系统性能指标

泰克RSA3000B系列实时频谱分析仪内部独特的DPXTM数字荧光技术生成实时RF频谱显示。该设备的DPX技术采用的是并行处理结构，与速度最快的扫频分析仪和矢量信号分析仪相比，其频谱处理速度提高了近1000倍。相比于传统的扫描分析仪，采用DPX技术的RSA3000B系列的测量速率提高了近1000倍，每秒可以处理48000多个频谱变换[7]。通过把时域信号连续转换到频域中，DPX技术为同时显示频繁的事件和不频繁的事件提供了一种手段，以远高于人眼能够感受到的速率，进行实时傅里叶变换，并把他们转换为直观的动态的画面[8]。

在现在的生活中，DPX也有广泛的应用。研究者将实时频谱仪应用于地铁线干扰测试，在保留YBT250全部干扰分析功能的基础上，频段拓展到6.2GHz，以适应未来4G移动通信干扰测试的需要，灵敏度、动态范围、相位噪声等指标都有所提高[9]。同时，实时频谱仪在雷达对抗中也有广泛应用。使用频谱分析仪(RTSA)，可以实时捕获瞬态脉冲，为雷达信号的识别和分选提供了有利的工具。RTSA的瞬时信号测试功能可以提供其他分析仪上无法提供的显示性能洞察力和分析能力[10]。

三、实现方案

3.1系统结构

DPX系统能够实时存储、显示信号，利用三维信息充分展现信号的特征，能够显示长时间内信号的变化趋势。具体实现过程为”信号数字化→图形化→显示”。本课题设计的DPX处理模块的结构如图1所示。

图1.DPX的数据处理结构

3.2数据处理

输入信号首先经前期处理和A/D变化后得到信号的数字采样值，然后进行数字下变频得到I/O两路正交的数据。数据进行FFT处理模块做实时流水的FFT计算，得到连续的以帧为单位的信号频谱图。

3.3显示控制

图2.二维矩阵位图 图3.配色方案

将数据处理模块得到的频谱数据保存在一个二维矩阵位图中，矩阵的行列位置分别代表频率和频谱幅度，矩阵中的存储值则是对应的的多帧积累后的命中次数。根据显示的刷新速率，数字处理单元定时将缓存区的数据通过高速数据通道传给显控单元。

硬件单元传来的DPX数据还需要通过显示单元来对积累的位图根据配色方案来显示。将DPX图像的计数值与颜色标度对应起来，将数据转换成色彩信息。图4为本课题的配色方案。

3.4配色方法

假如在信号输入端输入9组信号，在频率1hz处碰触次数为9，均在幅度为1处，故配相应颜色为红色；在频率2hz处，在幅度为1处碰触次数为5，在幅度为2处碰触次数为4，故配色分别为绿色和竹绿色，在频谱分析仪中将显示两条色带，一条为绿色，一条为竹绿色。以此类推。

3.5软件实现

所用编程语言为C#，开发软件为PlotLab。

参考文献：

[1]李波,刘万全,宿绍莹等.数字荧光技术在电子侦察的应用研究[J].电子测量与仪器学报,2008,22(12):342～346.

[2]王军,楼伟群.DPX数字荧光频谱技术在信号监测中的应用[J].中国无线电,2011,(3):119.

[3]王永明,张尔扬,赵津丽.应用形态学滤波的宽带侦查接收机信号检测新方法[J].应用科学学报,2009,27(4):343～347.

[4]郭仕剑,李坡,胡昆明等.实时频谱分析技术在雷达信号侦察中的应用[J].信号处理,2011,(8):37.

[5]代君利.DPX技术实时洞察RF信号[J].中国电子商情(基础电子),2008,(3)：71.

[6]郭仕剑,唐鹏飞,宿绍莹等.数字荧光实时频谱分析设备的设计实现[J].电子测量与仪器学报,2011,(9)：783～785.

[7]泰克公司.DPX技术把庞大的实时RF数据转化成一目了然的视图[J].电子测试,2008,(4)：195.

[8]宿绍莹,刘平,陈曾平.宽带实时频谱分析技术研究与实现[J].电子测量与仪器学报,2007,21(5):113～117.

[9]泰克公司.泰克实时频谱仪应用于地铁线干扰测试[J].中国铁路,2014,(9)：114～116.

[10]张鹏,丁镇.实时频谱仪在雷达对抗中的应用[J].现代雷达,2007,(3):84～89.

[11]李坡,杨剑,张月等.雷达侦察中数字荧光技术的应用研究[J].计算机工程与科学,2011,(4):13～15.

[12]冯阳.数字荧光示波器中数据通信技术的研究与发现[D].东南大学,2012.

[13]李巍,岳新东,帅建利等.DPX余晖功能在某拟建机场电磁环境测试中的作用[J]. 中国无线电,2012,(4):44～56.

[14] RAFAEL C, RICHARD E. Digital image processing(2nd Edition)[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2003.

[15]许海峰,王洪艳,牛晓飞等.伪彩色编码及其在工业上的应用[J].宿州学院学报,2010,25(5):39～41.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

拟研究或解决的问题包括：

1) 学习并熟练掌握c#编程语言。

2) 熟练掌握plotlab软件的操作。