頻譜分析儀的時域應用與分析

　 頻譜儀一般是一種非時域工具，主要描述信號在頻域上的變化（用于信號失真度、調制度、譜純度、頻率穩定度和交調失真等信號參數的測量），在時域上使用得并不廣泛。不過，RIGOL DSA1000系列頻譜儀提供的上位機應用工具Ultra Spectrum可以支持這方面的應用。

　　頻譜儀時域應用與分析是建立在頻譜數據在時間域上存儲（頻譜數據+時間信息）形成的數據集基礎之上的，通過對該數據集的分析可以得出相關測量結論。下面將結合這一工具來解決分析被測件異常信號（隱含信號）的問題。

　　頻譜儀時域應用與分析：捕獲隱含信號

　　有應用價值的信號（例如通訊領域使用的信號）一般都是周期性信號，信號發生的過程攜帶著時間信息。RIGOL DSA1000系列頻譜儀提供上位機應用工具Ultra Spectrum，該工具就是以記錄頻譜數據以及該頻域數據產生的時間數據（以瀑布圖形式表現）為分析對象而展開分析應用。

圖1：可疑信號D1

　　通過圖1（或圖2）可以清楚地看到頻譜數據在不同時間的變化特點。除了圖像上看到的“視覺”變化外還可以通過配合縱軸上的數據得出“變化”趨勢的可計量值（擬合出的信號隨時間變化的曲線，曲線上讀值）。下面開始借助這一工具分析異常信號（隱含信號）。

圖2：可疑信號D2和D3

　　圖1（或圖2）中的瀑布圖橫坐標為頻率，縱坐標為采集時間（這里未顯示），顏色域表示頻譜強度。中間的橫向紅線為標記線（用來標記查看特定時刻的某一條頻譜軌跡）。可以看到，該圖顯示的是當前從儀器（DSA1020）獲取的一段時間內頻譜數據的累加數據，紅色區域（非橫向標記線）為主信號區域（由于該信號帶寬很小，因此在瀑布圖中表現為縱向“紅線”），其左右為兩個有效信號。這三個信號形成的“田壟”較平坦說明該部分信號穩定。而在主信號左側隱約出現三個信號形成的“田壟”（矩形框標記位置），這些信號就是可疑信號（從右向左依次命名為D1-Distrustful1、D2-Distrustful2、D3-Distrustful3）。圖3是通過示波器采集到的時域信號（與頻譜儀測量的為同一信號），顯示的是一個較穩定正弦波。通過觀察圖3很難發現該信號出現的問題。

　　將標記線移到異常出現位置（選擇該異常數據），該譜線如圖1所示，可以發現在圖1中主信號的左側出現一信號D1。

　　觀察圖1可以發現該信號“時隱時現”有一定規律性（該規律性可通過記錄的時間推算出）。通過讀值發現D1信號出現規律為（設定存儲的第一個數據編號為0）：

　　依照上表可以大致地推算出該信號的出現周期約為38.8s（25.5+13.3），該被測件存在一個周期性疊加信號，信號周期約為38.8s（0.0257Hz）。

　　觀察圖2可以發現，D2、D3信號很難在一般的二維頻譜顯示中發現其特征（圖2下二維坐標系中，在該坐標系中D2、D3可能被認為是底噪部分），但在瀑布圖中因為較穩定會出現“田壟”所以較明顯，進而可以發現該信號一些“隱性”特征。

　　圖1和圖2簡單介紹了通過對圖形的初步分析研究信號特征的方法（觀察到一個周期信號D1，以及兩個不易察覺的信號D2、D3）。下面就可以依據這里得到的參數，例如D1的出現周期，D2、D3的頻率值作為線索來分析被測件的問題。

　　D1、D2、D3在示波器這種時域工具上是不可能被發現的，更不要說去分析了。通過前面的介紹可以發現，由于引入了頻域數據基于時域存儲的概念可以使我們得到更多的數據信息。

圖3：該信號在在示波器下（RIGOLDS1204B屏幕抓圖）。

　　Ultra Spectrum通過對數據DSA1000系列頻譜儀產生的數據進行處理完成了頻譜儀的時域應用與分析，無需對原有頻譜儀器做任何修改，僅通過獲取其產生的原始數據稍加變化就增強了原有頻譜儀的功能，本文僅簡單介紹了發現捕獲可疑信號分析可以信號的例子，如果配合其它儀器數據使用還可以廣泛拓展該應用（例如，根據時域信息進行溫度數據的存儲即可以時間信息為“橋梁”建立起頻域與溫度之間的關系）。RIGOL DSA1000系列是一款低端頻譜儀，它具有低廉的價格和豐富的本機功能，Ultra Spectrum作為其上位機對其進行了更多功能性的擴展，使這一套頻譜測量工具的功能更加強大易用。

　　表1：D1信號出現規律統計

　　需要說明的是，DSA1000系列頻譜分析儀具有完備的開放式命令集系統以及豐富的儀器控制接口（LAN USB-TMC），Ultra Spectrum就是基于此開發的。用戶的各種應用是Ultra Spectrum不可能窮舉的，但是以前文提到的DSA1000的本機性能為基礎，用戶可以依據自身情況選擇一種編程工具（LabVIEW、MATLAB、C#、Java等），并根據自己的需求來開發自己的工具。