频谱分析仪模拟信号自动解调技术研究

一、引言

在日益复杂的无线电磁环境中，现代电子测量仪器，尤其是频谱分析仪，正持续向超高频率、超宽分析带宽、多功能集成化及高度智能化方向演进。

模拟调制信号（AM/FM）的精确解调作为频谱仪的核心功能之一，对于信号发生器校准、通信系统性能评估等场景具有至关重要的价值。然而，传统解调过程高度依赖操作人员的领域知识与经验积累，需通过反复观察频谱/时域特征并手动调整仪器参数（如中心频率、带宽、参考电平、解调时间等）才能获得稳定结果。此过程效率低下、可重复性差且易引入人为误差，难以满足现代智能化测试、远程控制及批量自动化测试的迫切需求。

本文的技术研究突破了传统人工依赖的瓶颈，构建了一种高度自主的模拟调制信号解调流程。其核心在于将专家经验与复杂判断流程转化为标准化的智能算法引擎，实现开机后“一键触发”即完成从信号捕获到参数解析的全过程。该技术显著降低了仪器操作的技术门槛与误操作风险，极大提升了测试效率与结果的可信度，是频谱仪迈向智能化的重要实践。

二、智能解调系统架构

频谱仪对于模拟解调的处理流程大体可以分为三个模块，第一部分是信号接收模块、第二部分是信号处理模块，第三部分是模拟解调自动解调模块。

信号接收模块以频谱仪基本工作原理为基础，在射频信号输入后进行幅度限定和频谱搬运等处理，主要包括信号功率保护通道、混频接收通道和带宽滤波通道。核心职责是实现高保真信号捕获，并动态优化信噪比（SNR）以保障后续处理的准确性。

信号处理通道的主要负责模数转换及轨迹运算处理，射频信号经接收模块处理变为中频信号后进入模数转换器，从而生成包含射频信号特征的IQ 数据，再经过信息运算处理器得到射频信号的频谱特征以及时域特征，由软件算法进一步处理并显示。

模拟解调自动解调模块为本文重点，其作用主要是利用射频频谱及时域数据，并通过一系列处理运算进行判断，再根据结果针对硬件进行相应调整，形成闭环，多次重复测量过程并调整参数，最终实现频谱仪自动参数设置。本模块主要包括自动调谐、自动电平、模式识别、自动参数设置四个处理流程。

三、自动解调模块

1、 自动调谐

自动解调的第一步就是定位载波信号，载波自动搜索与跟踪技术的精度是确保稳定解调的基础。此模块在预设的安全频段内（规避零频等干扰区域）执行峰值搜索算法。该算法基于动态信号强度门限与频谱形态特征，快速识别潜在模拟信号载波。并对信号实施精细化频谱计算分析，计算关键带宽特征量（如信号能量集中度），最终据此动态设定最优的中心频率与分析带宽，确保后续处理能完整涵盖信号的所有关键分量（如调制边带）。整个感知过程采用自适应阈值机制，确保在复杂电磁环境下精准定位载波信号的中心频率Fcenter与分析带宽BW。

2、 自动电平：

自动解调的第二步就是自动电平，实现实时监控频谱分析仪链路状态，运用闭环控制策略动态调整参考电平。其核心是基于信号峰值功率统计与链路过载预警，智能决策衰减器增益组合。优化过程遵循最大化 SNR 原则，设定理想参考电平Lref，确保信号既不被噪声淹没，也不因幅度过大导致出现中频过载等非线性失真情况。该阶段实现了接收模块增益的自主最优化配置。

3、 模式识别：

在设计自动解调之前，已经使用CNN 对AM/FM 信号完成训练，并提取中间层训练出对应的叶贝斯分类器，这是对于模拟解调信号自动识别的基础。因此在前期优化后的中心频率与带宽下，重新捕获高质量的信号IQ 数据，并进行高分辨率频谱特征计算。 而判决 收这些预处 谱域特征数据后，直接调用模式识别机制进行快速分类，能够高效、可靠地分辨AM 与FM 信号的本质频谱差异。频谱仪根据识别结果进入相应的解调工作模式。此步骤是模拟解调实现“智能化”的关键环节。

4、 自动参数设置：

至此，主要解调参数只有解调时间Tdemod未完成设置。最后一步根据已识别的调制类型和分析带宽、调制率信息，智能估算信号的关键时变特性。利用内置的参数优化模型，动态推导并设置最佳解调时间窗。从而确保解调时间长度既能充分捕获模拟信号的调制周期（通常是 100 个周期以上），保障调制失真参数的计算，又能最大限度提升解调刷新效率（避免单次扫描时间过长）。而对于调制特性不明确的场景，启动自适应探索策略，逐步扩展时间窗直至满足解调质量要求或达到预设边界。此阶段保障了最终解调参数的测量准确性与时效性。

四 实验及验证结果

使用信号源与频谱仪，分别选取AM、FM 信号进行自动解调测试，两组测试均为在开机默认设置下（频谱仪中心频率 1GHz、分析带宽10MHz，解调时间1ms，参考电平0dBm）实验结果表现如下：

图2 FM 测试结果

实验结果表明，在两种模式的测试结果中，均完成了频谱仪的一系列参数设置，且从频谱波形可以看出，信号波形捕获准确，参考电平、分析带宽设置合理，能够得到较好的信噪比，且调制频偏甚至低至1Hz 以下，失真参数也较为理想，调制率、调制深度、调制频偏等参数均与信号源预设相符。在多轮测试中，自动解调时间多数集中在 2S 至6S 之间。

五 结论

本文基于频谱仪设计了模拟解调自动解调的方法，使得频谱仪能实现对于解调模式、中心频率、参考电平、分析带宽、解调时间的自动设置。实现 调 调制速率、AM/FM 信号载波频偏、谐波失真等调制失真参数。实验结果表明，自动解调时间可以低至秒级，避免了人工搜索调制信号、凭借经验设置参数的繁琐，极大的提升了解调的效率和正确性，提升了频谱仪的智能化、自动化。

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