数字锁相放大器上位机 · 使用说明书

01 软件简介本程序是一台纯软件实现的数字锁相放大器(LIA):用与被测信号同频的参考做相干解调,把淹没在噪声里的微弱信号搬到直流,再用可调带宽的窄低通收割幅度 R 与相位 θ。上位机提供从数据采集、解调、测频到 AI 增强的完整仪表盘。能力说明数据源仿真源(与真设备同构 2 MSPS×8192)/ CSV 文件回放 / 网口 ADC 设备(UDP,FRG1 分片)解调双通道独立参数;IIR 双级(默认)或 FIR 线性相位;谐波组 Chebyshev 复用测频17 算法自适应注册 测频台 21 算法同台对比;CRLB 基准下锁相式/ML/正弦拟合距理论极限 1–2 dB对齐双通道三层对齐:协议采集帧号 align_seq 互相关诊断 解调端均值联动/滞回(2026-10 起)置信多 τ 见证通道输出置信分级;温漂微调慢环;事件触发记录(削波/失锁自动落盘)AI智能调参 / 状态诊断(模型缺失自动降级,主链路永远传统算法)通道颜色约定(全界面统一):CH1 青色(参考/TX 路径),CH2 橙色(测量/RX 路径)。曲线、读数、表格均按此配色。02 安装与启动方式一:安装包(推荐)运行安装包LockinAmplifier-0.1.0-setup.exe;按向导完成安装(可自定义安装目录);从开始菜单或桌面快捷方式启动数字锁相放大器。安装包自包含,Windows 10 及以上系统无需任何额外依赖;同时安装示例数据与本文档,并提供标准卸载入口(控制面板应用和功能)。方式二:免安装直接运行直接双击gui_main.exe即可(单文件自包含)。请使用正式发布版程序:开发调试版在设备满负载(2 MSPS×8192×双通道)下处理不及时会丢块(表现为 θ 阶梯、R 尖谷);正式版余量充足。若运行中出现丢块,顶栏流健康指示会显示。03 界面总览启动初始态(ADC 设备源待机):顶栏 侧栏参数 中央视图区 底部读数面板界面采用 LabOne 风格仪表盘布局,顶部为全局配置与流健康状态,中部为九个可切换视图,底部为实时读数面板。整体配色遵循通道颜色约定:CH1 青色、CH2 橙色。04 快速上手推荐首次使用按以下步骤快速跑通:启动程序,选择仿真源或CSV 文件回放(示例数据samples/demo_dual_1khz.csv开箱即测);在解调参数页设置双通道频率来源为自动测频;点击开始采集,观察时域视图中的 R 与 θ 曲线;等待建立指示满格后读取底部读数面板的幅度与相位。仿真双通道运行态(自动测频锁定 1000 Hz):上R 与噪声(N 为同色半透明),中相位 θ,下SNR;顶栏可见块计数与数据完整帧数05 数据源程序支持三种数据源,可在配置页切换:数据源说明仿真源与真设备同构(2 MSPS×8192),用于功能演示与算法验证CSV 文件回放读取规范格式的 CSV 文件,格式见docs/FILE_PLAYBACK.md网口 ADC 设备UDP 接收,FRG1 分片协议,支持监听/单播与组播连接与全局配置监听接收为推荐模式(端口 8081 与下位机默认目的一致);组播可一机发多机收;采样率回退仅当 MCU 帧头采样率字段为 0(旧固件)时生效,新版以帧头为准;双通道频率来源语义:自动 两路独立测频(同频自动联动);手动 两路各用各的;MCU DAC 跟随上报。06 解调参数双通道各自独立配置解调参数,包括:滤波器类型:IIR 双级(默认)或 FIR 线性相位;时间常数 τ:决定窄低通带宽,τ 越大带宽越窄、建立时间越长;谐波组:Chebyshev 复用,支持多谐波同时解调;频率来源:自动测频 / 手动 / MCU DAC。τ 改变后需等待 5τ 建立期,读数面板的建立指示满格后才代表读数已收敛。07 频率来源与自动测频自动测频模式下,程序内置 多种 算法自适应注册,测频台提供 算法同台对比。在 仿真dac正弦波数据下,测频算法精度挺好。08 九个视图程序提供九个可切换视图,覆盖从时域到频域、从原始波形到解调结果的完整观测链路:视图用途时域视图原始波形与解调输出,θ 图含参考分叉提示频域视图频谱分析,辅助确认信号频率与谐波成分测频台21 算法同台对比,含DAC 设置频差列置信视图多 τ 见证通道输出置信分级事件视图削波/失锁等事件触发记录对齐诊断互相关对齐诊断,样本级错位检测AI 诊断智能调参与状态诊断(模型缺失自动降级)流健康丢块/间隙/丢帧/对齐错实时监控配置视图全局参数与连接配置09 顶栏与流健康指示含义运行灯 / ■停止采集线程状态SNR CH1 / CH2 状态灯最新信噪比与错误码(削波/失锁等)流:丢 N 块GUI 通道满丢弃(消化跟不上,非网络问题);丢块自动做相位补偿块: N | 样本: N累计接收量数据完整: N 帧网口流完整性统计帧数⚠ 数据丢失(黄条)展开显示:间隙 N 次/缺 M 样本、丢帧(seq 跳变发送侧)、对齐错(align_seq 跳变采集侧错位)、协议错误;60 秒内新增会追加⚠ Ns 前新增丢失鼠标悬停各指示有完整说明。削波/失锁事件会自动把前后原始波形落盘recordings/,顶栏显示◈ 事件: 文件名。10 双通道对齐(同源回环必读)两路 ADC 由同一定时器同步触发,Δφ 只应反映被测对象。若同源回环测得恒定非零 Δφ,按三层判别:层工具判据整窗对齐(协议)顶栏对齐错(v2 采集帧号 align_seq)大于 0 采集侧丢窗/错位样本级错位(数据)verify_stream互相关对齐诊断偏移 ≠0 样本 固件帧打包两路窗口错位解算端分叉时域视图 θ 图 ⚠参考分叉提示出现提示 两路解调参考频差大于 1 Hz(检查频率来源;正常态均值联动共享 NCO)解调端已内置自愈:自动测频模式下两路估计差小于 5 Hz 判为同一信号,均值联动同写两路(共享 NCO,Δφ 结构性恒 0);共享门带滞回(进独立大于 1 Hz / 退共享小于 0.5 Hz)防抖动。11 底部读数面板区字段说明CH1(青)X · Y · R · θ正交分量 / 幅度 / 相位;θ 约定:φ0° 解调 → θ90°CH2(橙)X · Y · R · θ同上,测量通道差量(灰)Δφ · 比值 · 衰减(dB)Δφ θ2−θ1(回绕归一);比值 R2/R1;衰减 −20·log10(比值)。双通道测量下它们就是 DUT 的传输特性读数旁的建立指示:τ 改变后 5τ 内比例条未满——此刻读数未建立,计量请等满格。12 常见问题 FAQ现象原因与处理点开始没数据(ADC 设备)MCU 的udp_dest与本机网卡/监听端口不一致;或 ARP 未解析。配置页看监听组播/对端 IP;串口udp_status看arpwait读数一直在漂(θ 线性走)解调频率与信号失谐。切自动测频或MCU DAC来源;±0.1 Hz 失谐在 τ1 s 时已可见R 忽大忽小先看流健康:丢块/间隙(网络或 GUI 消化);再看置信分级(干扰/漂移);最后看量程是否饱和改了 τ 读数乱跳正常——5τ 建立期内读数未收敛,等建立指示满格DAC 配 1000 Hz 实测 1100 HzDAC 查表 1024 点凑整周期所致,属正常;解调跟随实际值即可(测频台DAC 设置频差列专门显示此差异)运行卡顿丢块确认使用正式发布版(见 §2);顶栏流健康会显示丢块数同源回环 Δφ 不是 0按 §10 三层判别:对齐错 → 互相关 → 分叉提示13 文档与工具索引资源位置 / 用法示例数据随安装包提供;samples/demo_dual_1khz.csv(双通道 1000 Hz,文件回放开箱即测,格式规范见docs/FILE_PLAYBACK.md)网口协议规范docs/NETWORK_PROTOCOL.md(帧格式 / 采集帧号 / 分片协议 / MCU 实现指南)设计文档docs/数字锁相放大器_自顶向下设计.md(28 页,含优化路线)开发者工具随源码仓库提供(需源码构建):verify_stream(离线双通道对照 互相关对齐诊断)、perf_probe(吞吐/丢块场景)、cargo test(259 项测试基线)