Artium的ASA是激光多普勒測速（LDV）和相位多普勒干涉儀（PDI）應用中非常先進的信號處理器。它基于傅里葉變換原理，具有多項創(chuàng)新技術，實現(xiàn)卓越性能。由PDI光學器件收集的光信號通過PMT/前置放大系統(tǒng)轉換為電壓信號。該信號經(jīng)過高通濾波和放大，然后饋送到ASA模擬部分。在模擬部分，信號與軟件可選的可變正交混頻器混合。正交混頻器的輸出經(jīng)過低通濾波以提高信號信噪比。模擬部分的正交輸出以軟件可選的采樣率進行采樣和離散化。離散化的信號再應用于相位域脈沖檢測器。相位脈沖檢測器（PBD）輸出與模擬脈沖檢測器輸出結合，然后用作自適應采樣電路的輸入。每個多普勒脈沖的采樣數(shù)據(jù)被打包成單個數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包帶有其他相關信息（到達時間、渡越時間和外部輸入數(shù)據(jù)）的時間戳，并通過高速PCI接口卡傳輸?shù)接嬎銠C。

傅里葉變換方法

Artium使用傅里葉分析來測量信號頻率。因此，我們以略高于奈奎斯特率的速率或采樣頻率（fs）對信號進行采樣。奈奎斯特率是Z大信號頻率的兩倍。文章《Aliasing》（Olshausen，2000年）解釋了為什么沒有必要以高于奈奎斯特率的速率進行采樣以避免混疊。然后使用傅里葉變換方法測量采樣信號的頻率。Rife和Boorstyn的論文顯示，傅里葉變換方法提供了Z佳的頻率和相位測量精度結果。在信號信噪比為0 dB時，頻率測量精度與信號傳輸時間（T）內(nèi)的采樣數(shù)（N）成反比。為了達到這個分辨率，我們計算覆蓋范圍為-fs/2到fs/2的N^3個頻率的傅里葉變換。對于LDV應用，擁有0.1%的頻率測量分辨率就足夠了。因此，沒有必要計算超過（64N）個頻率的傅里葉變換（以獲得更好的1/(64N)的頻率分辨率）。

Artium的信號處理器帶寬為150 MHz（10 MHz至160 MHz）。因此，所需的Z大采樣頻率為300 MHz。我們使用Z大采樣頻率為320 MHz，以確保處理160 MHz頻率的信號。不需要以更高的速率進行采樣。如果需要，可增加處理器頻率帶寬到190 MHz（即在10 MHz至200 MHz范圍內(nèi)處理信號），用戶可以選擇將采樣頻率增加到400 MHz。

不同傅里葉變換方法的比較

類似儀器的制造商采用“計數(shù)器”技術來測量信號頻率。例如，如果計數(shù)器時鐘（有時錯誤地稱為采樣頻率）= fs，傳輸時間為T，則在傳輸時間T內(nèi)Z多有N個計數(shù)（其中N=1/(Tfs)）。因此，頻率測量分辨率不超過1/N = 1/(Tfs)。這種測量分辨率只有在信號信噪比高于10 dB時才可能實現(xiàn)。對于信噪比較低的情況，由于噪聲引起的額外零交叉的存在（計數(shù)方法的一個眾所周知的問題），頻率測量將進一步受損。

為了證明傅里葉變換方法優(yōu)于計數(shù)器技術，考慮一個傳輸時間T為50 ns的多普勒信號。對于采樣頻率（fs）為400 MHz，樣本數(shù)由(Tfs) = 20樣本給出。因此，通過Artium處理器獲得的頻率分辨率由1/(6420) ~ 0.12%給出。然而，通過計數(shù)器技術處理器獲得的頻率分辨率為1/(20) = 4%。

我們必須強調(diào)，計數(shù)器技術處理器基于一種過時的頻率和相位測量方法。自相關方法僅用于在使用計數(shù)器（用于頻率和相位測量）之前提高信號信噪比。自相關僅在提高信號信噪比方面提供有限優(yōu)勢。然而，計數(shù)器技術處理器仍然受到因計數(shù)額外零交叉而產(chǎn)生偏差結果的眾所周知的缺點的影響。

應指出的是，Artium是唯一一家按照Rife和Boorstyn所述執(zhí)行傅里葉分析（或傅里葉方法）的公司；使用正交信號（實部R(t)及其希爾伯特變換Q(t)形成復變量信號R(t) + i Q(t)，其中i是-1的平方根）來計算信號的傅里葉變換。同行的其他類型處理器則僅使用信號的實部。

使用正交采樣的一個關鍵優(yōu)勢是它能夠檢測信號頻率是否正在或接近奈奎斯特率。請注意，當R或Q保持平坦（或有間隙）時，另一個信號正在以奈奎斯特率變化或振蕩。這就是為什么FFT算法能夠準確測量信號頻率的原因。僅使用R采樣數(shù)據(jù)（這是我們同行設備的情況）無法實現(xiàn)這一結果。更關鍵的是，如果僅使用信號的實部，相位測量將受到影響。此外，僅使用實信號R，相位測量精度取決于信號記錄中的周期數(shù)。美國專利5,808,895”

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