Толкование основных характеристик Анализатора Спектра в Реальном Времени. Часть 3

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с предлагаемыми Анализаторами спектра, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

На основании вышеприведенных наблюдений требуемая минимальная длительность сигнала для 100% POI с полной точностью амплитуды составляет:

POI = (1/Fs) x (N + W -1 - P)

Fs = частота дискретизации входного сигнала FFT

N = размер FFT, 512 или 1024 точек W = длина окна

P = количество перекрывающихся выборок = N x (тактовая частота FFT – Fs) / тактовая частота FFT Тактовая частота FFT = 270 МГц

RBW и диапазон контролируются частотой дискретизации, размером FFT и длиной окна. Поскольку эти же параметры влияют на POI, POI зависит от настроек RBW и диапазона. Анализатор спектра Field Master Pro MS2090A автоматически вычисляет и отображает POI для заданной настройки. Используя приведенные выше формулы, можно рассчитать таблицу для набора значений POI, RBW и SPAN.

Размер FFT = 512 (стандартное разрешение)

Размер FFT = 1024 (высокое разрешение)

Плотность Разрешение Дисплея

Пользователь может выбрать между двумя различными размерами FFT через меню разрешения отображения плотности. Стандартный размер FFT в 512 точек (рисунок 15) допускает самую низкую POI, однако разрешение частотного бина FFT грубее и может привести к тому, что отображение будет выглядеть более зернистым при низких настройках RBW. Размер FFT в 1024 точки допускает меньшую настройку RBW для заданного диапазона с меньшей гранулярностью отображения за счет более высокой POI. 

Рисунок 15. Разрешение отображения плотности установлено на нормальное. FFT = 512 точек. Минимальная RBW ограничена 1,8 МГц.

Отображение плотности

Спектра анализатор Field Master Pro MS2090A способен выполнять 512-точечное БПФ 527 000 раз в секунду. Это намного больше, чем скорость обновления ЖК-дисплея, а для наглядного отображения результатов измерений используется дисплей плотности. Дисплей плотности показывает интенсивность события сигнала с цветовой градацией. Чем теплее цвет, тем чаще происходит событие сигнала.

В течение интервала времени сбора данных вычисляется ряд БПФ, а результаты их измерений сопоставляются с кадром карты попаданий. Он подсчитывает возникновение результата измерения БПФ, который попадает в определенный диапазон частоты и амплитуды. Диапазон амплитуды отображения делится на 320 диапазонов, а количество частотных диапазонов зависит от размера БПФ и настроек диапазона. По сути, карта попаданий представляет собой двумерную гистограмму для частоты и амплитуды.

При включенном автоматическом масштабировании подсчеты нормализуются до самого высокого значения подсчета во всей карте попаданий, а нормализованным значениям подсчета назначается цветовая шкала. Если авто масштабирование отключено, то значения счетчиков нормализуются по числу измерений FFT, выполненных за время сбора данных. Назначение значений цвета нормализованным значениям счетчиков преобразует карту попаданий в карту пикселей для отображения. Для бинов без попаданий (значение счетчика = 0) цвет не назначается, и бин отображается как прозрачный (рисунок 16). 

Рисунок 16. Показаны этапы обработки отображения плотности для трех БПФ, полученных в течение интервала времени сбора данных.

Дисплей плотности также может одновременно отображать до 6 спектральных трасс. Спектральные трассы представляют собой результат обнаружения для всех БПФ, рассчитанных в течение интервала сбора данных. Обнаружение пика и отрицательного пика выбирает, соответственно, максимальный или минимальный уровень амплитуды, обнаруженный для каждой точки частоты. При обнаружении выборки значения трассы представляют собой амплитуды из одного БПФ, полученного в течение интервала сбора данных (рисунок 17).

Рисунок 17. Показывает, как строятся спектральные трассы из обнаруженной амплитуды всех трех БПФ, полученных в течение временного интервала сбора данных. 

Состояние персистенции

Состояние сохранения управляет тем, как старые, переходные события отображаются на дисплее плотности. Дисплей плотности показывает новый кадр карты попаданий для каждого периода сбора данных. Каждый кадр карты попаданий перезаписывает предыдущий кадр карты попаданий, если только бин не прозрачен (нет счетчика попаданий). Для прозрачных бинов цвет соответствующего бина на предыдущем кадре карты попаданий сохраняется, но он начинает исчезать до прозрачности со скоростью, пропорциональной времени сбора данных/времени сохранения, когда состояние сохранения установлено на переменное. Для бесконечного сохранения затухание отсутствует. Старые попадания остаются на дисплее до тех пор, пока они не будут перезаписаны новыми попаданиями от более позднего события сигнала на той же частоте и амплитуде бина (рисунок 18).

Рисунок 18. Показывает, как пиксели дисплея изменяются после каждого захвата для состояний переменного и бесконечного сохранения.

Спектрограмма

Спектрограмма отображает спектр в зависимости от времени. Каждая линия спектрограммы создается из обычной трассы спектра с ее амплитудными значениями, сопоставленными с настраиваемой пользователем цветовой шкалой (рисунок 19). Каждая линия представляет обнаруженную амплитуду многих БПФ в течение настраиваемого пользователем времени сбора данных (50 мс – 5 с). Пользователь может выбрать три различных метода обнаружения: максимум, отрицательный пик, выборка. После каждого интервала сбора данных новая линия добавляется в нижнюю часть спектрограммы, а самая старая линия спектрограммы отбрасывается сверху. Спектрограмма имеет 142 линии, а максимальная отображаемая временная запись составляет 142 x время сбора данных. Внутри имеется буфер спектрограммы, который хранит более 142 линий, и к данным можно получить доступ с помощью команды SCPI. 

Рисунок 19. Спектрограмма строится по одной линии за раз. Каждая линия представляет собой результат трассировки, полученный за один интервал сбора данных.

Спектрограмма отличается от отображения плотности тем, что она не показывает количество появлений события сигнала в течение времени сбора данных. Она просто показывает максимальное, минимальное или выборочное значение амплитуды, обнаруженной в течение времени сбора данных на определенной частоте сигнала. На рисунке 20 представлен пример как спектрограммы, так и отображения плотности. 

Рисунок 20. Отображение плотности и спектрограмма, показывающие активность в диапазоне ISM 2,4 ГГц.

Анализатор спектра Field Master Pro MS2090A. Сводка основных параметров

Размер FFT, N = 512 или 1024 точек

Скорость FFT = 263 К/с для 1024 точек FFT, 527 К/с для 512 точек Длина окна FFT, W = от 32 до N/2 Тип окна: Кайзера-Бесселя

RBW = главный лепесток окна 3 дБ полоса пропускания = 2,3 x Fs / W Максимальная скорость входных данных FFT (I/Q), Fs = 200 MSPS

Мин. POI = 2,06 мкс

Мин. обнаруживаемый сигнал = 5 нс

Используемая полоса пропускания FFT (Span) в режиме RTSA = 0,8 x Fs, с максимальным разрешением частоты FFT 110 МГц = Fs / N

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Достижения в области технологий и дизайна позволили создать первый высокопроизводительный портативный анализатор спектра в реальном времени с полосой анализа 110 МГц и 100% вероятностью длительности перехвата 2,06 мкс. Вместе с дисплеем переменной плотности и спектрограммой анализатор спектра Anritsu Field Master Pro MS2090A хорошо подходит для решения задач по анализу динамических событий радиочастотных сигналов и обнаружению переходных помех и нежелательных скрытых сигналов.

Магазин Gtest® – поставщик Анализаторов Спектра. https://gtest.com.ua/izmeritelne-pribory/analizatory-radiochastotno-spektra