1.基于数字信号处理的频域信号反射仪,包括信号反射仪(1),其特征在于:所述信号反射仪(1)的正面设置有操作面板(2),所述信号反射仪(1)内壁的顶部设置有数模转化芯片(4)和压控晶体振荡器(5),所述压控晶体振荡器(5)的右侧面与信号反射仪(1)内壁的右侧面固定连接,所述信号反射仪(1)内部的左侧设置有FPGA芯片(3),所述FPGA芯片(3)的右侧设置有功率放大模块(6),所述功率放大模块(6)的背面与信号反射仪(1)内壁的正面固定连接,所述功率放大模块(6)的右侧面通过相干接收模块(7)与信号反射仪(1)内壁的右侧面固定连接;
所述信号反射仪(1)内壁底部的左右两侧分别设置有模数转化器(9)和低通滤波器(8),所述信号反射仪(1)的上表面与盒体(10)的下表面固定连接,所述盒体(10)的左右两侧面分别通过合页铰接有防护板(11),两个防护板(11)的下表面分别设置有发射天线(12)和接收天线(18),所述FPGA芯片(3)的输出端与数模转化芯片(4)信号连接,所述数模转化芯片(4)的输出端与压控晶体振荡器(5)的输入端信号连接;
所述压控晶体振荡器(5)的输出端与功率放大模块(6)的输入端信号连接,所述功率放大模块(6)的输出端分别与发射天线(12)和相干接收模块(7)的输入端信号连接,所述相干接收模块(7)的输入端与接收天线(18)的输出端信号连接,所述相干接收模块(7)的输出端通过低通滤波器(8)与模数转化器(9)的输入端信号连接,所述模数转化器(9)的输出端与FPGA芯片(3)的输入端信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于数字信号处理的频域信号反射仪,其特征在于:所述信号反射仪(1)的外壁套接有防护套(15),所述防护套(15)的四角处均设置有防撞角(16),所述防护套(15)的左右两侧面均设置有防滑垫(14)。
3.根据权利要求1所述的基于数字信号处理的频域信号反射仪,其特征在于:所述信号反射仪(1)内壁底部的右侧设置有散热网(13),所述防护板(11)的上表面固定连接有把手(17)。
4.根据权利要求1所述的基于数字信号处理的频域信号反射仪,其特征在于:包括以下信号发射步骤:S1、首先由FPGA芯片(3)操作数模转化芯片(4),使数模转化芯片(4)输出电压随时间线性变化;
S2、其次信号传递至压控晶体振荡器(5),压控晶体振荡器(5)的输入电压随时间线性变化,其输出信号频率也会随时间线性变化,信号经过功率放大模块(6)放大后,一部分传递至发射天线(12),一部分传递至相干接收模块(7);
S3、功率放大模块(6)的输出信号与接收天线(18)的接收信号通过相干接收模块(7)进行相干接收,其输出信号经过低通滤波电路后进行模数转换,然后再输入到FPGA芯片(3)中;
S4、FPGA芯片(3)内部实现数字快速傅里叶运算,得到相干信号的频率与幅度,从而得到电磁波在空间传播路径上的距离和反射率信息。
5.根据权利要求4所述的基于数字信号处理的频域信号反射仪,其特征在于:所述快速傅里叶运算中的幅值表示为Δf,压控晶体振荡器(5)中振频率调谐量为Φ赫兹,频率调谐速度为u赫兹/秒,频率调谐时间为t秒,所述模数转化器(9)采样率为fs‑adc,数模转化芯片(4)采样率为fs‑dac,其光速为C0米/秒,当发射端距离为D的位置时,反射信号会在2*u/C0时间段内无信号,初始反射时间小于调谐时间的1/20,即t/20秒;同步地,拍频频率上限为Φ/
20赫兹,在调谐时间t段内,至少保证有100个完整的拍频周期,因此拍频频率下限定义为
100/t赫兹;
当距离发送端为D米的反射信号与本地信号之间存在时间延迟td秒,拍频频率Δf与距离D的关系式为:Δf=td*u=(2*u/C0)*D
D=(0.5*C0/u)*Δf
一次测量的采样时间为t秒,采样数据经过快速傅里叶变换后,频率分辨率为1/t赫兹,即最小频率分辨率为:Δfmin=1/t
对应的,最小距离分辨率Dmin为:
Dmin=(0.5*C0/u)*Δf=0.5*C0/(u*t)=0.5*C0/Φ距离分辨率Dmin=1m,压控晶振频率调谐量Φ=150MHz;
测量距离为Dmax,初始反射时间段为2*Dmax/C0,整个调谐时间为初始反射时间段的20倍,即:t=20*(2*Dmax/C0)=40*Dmax/C0
Dmax=10km,调谐时间为t=1.33毫秒,调谐频率为0.75KHz;
检测差频信号频率上、下限:
Δfhigh=Φ/20=7.5MHz
Δflow=100/t=75KHz
对应的测量距离为:100m~10km。
6.根据权利要求5所述的基于数字信号处理的频域信号反射仪,其特征在于:所述模数转化器(9)的采样频率fs‑adc≥2*Δfhigh=15MHz,实际选取模数转化器(9)采样频率fs‑adc=
50MHz,位宽为16bit,为保证压控晶体振荡器(5)压控端的信号平稳无台阶,数模转化芯片(4)需要在调谐时间内尽量输出更多值,定义在调谐时间内,数模转化芯片(4)输出值的数量为至少为100K个值,fs‑dac=100K/1.33毫秒=75MHz,位宽为16bit。