CN112787636A - 一种对雷达宽带信号进行数字去斜的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种对雷达宽带信号进行数字去斜的方法及装置，涉及雷达技术领域，能够降低雷达宽带信号相位非线性误差，解决目标相位信息失真难题，提高脉压性能。本发明包括：控制台控制FPGA将线性调频信号的数据经由D/A转换器DAC处理后再传输给滤波放大器，通过天线发送；发送出去的电磁波被探测目标拦截，并反向辐射回天线，从而接收到探测目标的射频回波信号；滤波放大器对所述射频回波信号进行放大处理后，输出至A/D转换器ADC进行模数转换处理，再由A/D转换器ADC将转换后的数据输出至FPGA；FPGA对输入的数据进行16相抽2数字下变频，再依次进行8相混频和8相抽8FIR数字滤波器，之后将输出的结果再进行FFT处理；将FFT处理后的数据发送回控制台。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种对雷达宽带信号进行数字去斜的方法及装置。
背景技术
为获得高距离分辨率,雷达一般发射宽带或超宽带线性调频信号,而由于A/D 器件水平和DSP运算速度的限制，数据采集的采样率往往不可能太高。因此，在满足脉压性能指标的前提下尽可能降低采样率。
传统的降低采样率处理方法是模拟去斜，即采用与发射信号相同的线性调频作为本振信号，将接收到的回波信号与本振信号在混频器中混频，混频后输出的差频信号为单一频率的正弦信号，经后续A/D采样后进行信号处理。而实际工程中，模拟去斜系统的相位非线性十分严重，导致相位非线性误差提取困难、目标相位信息丢失等。主要受制于：
雷达的上行通道与模拟本振都由模拟倍频得到所需宽带信号，下变频需要单边带调制器来混到所需中频，由于硬件中倍频器、调制器、滤波器的非线性，导致信号失真严重。因此实际需要对上下行通道和模拟本振进行幅度、相位补偿以降低非线性才能使用，但是对于宽带信号，产生宽带信号的D/A工作时钟频率往往要达到宽带信号带宽的5倍速率以上，才能给信号提供足够采样点来补偿以上模拟器件带来的非线性失真，实际D/A考虑成本和可选择性一般只能选取信号带宽的2～3倍工作时钟，导致宽带信号高频部分非线性失真大，最终使得雷达信号只能实现很窄的去斜带宽，同时系统还需要不停地调整去斜本振的起始时刻，以避免目标的相位信息丢失。
因此，需要一种相对简单易行的方法来减小宽带信号模拟去斜时所用模拟器件的非线性失真，从而为进一步解决雷达相位非线性误差提取困难、目标相位信息丢失等问题提供可能。
发明内容
本发明的实施例提供一种对雷达宽带信号进行数字去斜的方法及装置，能够降低雷达宽带信号相位非线性误差，解决目标相位信息失真难题，提高脉压性能。尤其是降低雷达宽带信号传统模拟去斜的相位非线性误差提取困难、目标相位信息丢失等问题，提高脉压性能。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种对雷达宽带信号进行数字去斜的方法，所述方法包括： S1、控制台控制FPGA将线性调频信号的数据经由D/A转换器DAC(4)处理后再传输给滤波放大器，通过天线(7)发送；S2、发送出去的电磁波被探测目标拦截，并反向辐射回天线，从而接收到探测目标的射频回波信号(6)；S3、滤波放大器(6)对所述射频回波信号进行放大处理后，输出至A/D转换器ADC(3) 进行模数转换处理，再由A/D转换器ADC(3)将转换后的数据输出至FPGA(2)； S4、FPGA(2)对输入的数据进行16相抽2数字下变频，再依次进行8相混频和8 相抽8FIR数字滤波器，之后将输出的结果再进行FFT处理；S5、将FFT处理后的数据发送回控制台(1)。
另一方面，提供一种对雷达宽带信号进行数字去斜的装置，其特征在于，包括：控制台(1)、FPGA(2)、A/D转换器ADC(3)、D/A转换器DAC(4)、高速储存器(5)、滤波放大器(6)和天线(7)；控制台(1)连接FPGA(2)， FPGA(2)连接高速储存器(5)；A/D转换器ADC(3)和D/A转换器DAC(4) 分别都与FPGA(2)和滤波放大器(6)连接；滤波放大器(6)连接天线(7)。
本发明实施例提供的对雷达宽带信号进行数字去斜的方法及装置，发射部分先由FPGA将线性调频信号的数据发送至高速D/A转换器DAC，直接得到L波段中频宽带信号，再与点频本振f2混频得到X波段射频信号，经滤波放大至天线发送出去。接收部分，由天线接收到目标的射频回波信号，经滤波放大，与点频本振f2混频得到L波段的中频宽带信号，直接进高速A/D转换器ADC进行模数转换处理，在FPGA内部将ADC转换后的回波采样数字信号与数字域产生并存放在高速存储器的宽带线性调频本振混频。具体来说，本实施例中的发射部分可以直接采用高速16位6GSPS的DAC产生L波段700MHz带宽的线性调频信号并滤波放大。这样上变频通道没有倍频器，只要一个混频器就可以把L波段中频信号混到X波段或更高，极大减小了倍频器所带来的相位非线性失真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的系统架构示意图。
图2为本发明实施例提供的FPGA上的工作流程图。
图3为现有方案的原理图。
图4为本发明实施例提供的原理图。
其中各标号表示：1、控制台，2、FPGA，3、A/D转换器，4、D/A转换器， 5、高速储存器，6、滤波放大，7、天线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供一种对雷达宽带信号进行数字去斜的方法，所述方法用于一种雷达系统，所述雷达系统中存在的装置包括：控制台(1)连接FPGA(2)， FPGA(2)连接高速储存器(5)。A/D转换器ADC(3)和D/A转换器DAC(4) 分别都与FPGA(2)和滤波放大器(6)连接。滤波放大器(6)连接天线(7)。
所述方法包括：
S1、控制台控制FPGA将线性调频信号的数据经由D/A转换器DAC(4)处理后再传输给滤波放大器，通过天线(7)发送。
S2、发送出去的电磁波被探测目标拦截，并反向辐射回天线，从而接收到探测目标的射频回波信号(6)。
S3、滤波放大器(6)对所述射频回波信号进行放大处理后，输出至A/D转换器ADC(3)进行模数转换处理，再由A/D转换器ADC(3)将转换后的数据输出至FPGA(2)。
S4、FPGA(2)对输入的数据进行16相抽2数字下变频，再依次进行8相混频和8相抽8FIR数字滤波器，之后将输出的结果再进行FFT(快速傅立叶变换， fast Fouriertransform)处理。
S5、将FFT处理后的数据发送回控制台，控制台进行数据处理，得到目标的一维距离像。
具体的，在发射过程中，如图4所示的，先由FPGA将线性调频信号的数据发送至D/A转换器DAC(4)并直接得到L波段中频宽带信号。再与点频本振f2 混频得到X波段射频信号，经滤波放大器(6)滤波放大后发至天线(7)发送出去。
在接收过程中，天线(7)接收目标的射频回波信号，天线(7)的接收部分采用3GSPS的ADC直接采样，其中，目标的射频回波信号为700MHz的宽带线性调频信号。这样下变频通道不需要宽带本振，只要一个混频器就可以把X波段或更高的射频混到中频进行直接采样。
接收的信号经滤波放大后与点频本振f2混频得到L波段的中频宽带信号，之后直接发至A/D转换器ADC(3)进行模数转换处理，转换后的信号与宽带线性调频本振混频，其中，所述宽带线性调频本振由数字域产生并存放在高速储存器(5)。
在本实施例的优选方案中，所述FPGA(2)对输入的数据进行16相抽2数字下变频，包括：
当A/D转换器ADC(3)采样输入的信号为L波段信号时，进行等效下变频处理，其中，等效下变频处理后得到的为2400MSPS数据速率的串行数据。将 2400MSPS数据速率的串行数据，直接拆分成16组并行数据，以便于FPGA(2) 以150MHz的工作频率进行处理。再对16组并行数据，每组数据每2个点抽取一次，再将16组数据每两组合并得到8组并行数据,使得数据量下降一半。
其中，所述等效下变频处理，包括：A/D转换器ADC(3)采样输入的信号为L波段信号，映射到第一Nyquits区域，其中，所述第一Nyquits区域为0MHz～ 1200MHz，所述第一Nyquits区域与第二Nyquits区域为镜像关系，所述第二 Nyquits区域为1200MHz～2400MHz。例如：如图2所示的，ADC接收采样速率比较高，当工作在2400MSPS时，其对应的第一Nyquits区域为0MHz～1200MHz, 第二Nyquits区域为1200MHz～2400MHz，两者为镜像关系。因此当ADC采样输入信号为L波段信号时，会映射到第一Nyquits区域0MHz～1200MHz，等效于下变频处理。而此时的数据速率仍为2400MSPS，而FPGA是无法直接处理这么高速率的数据，为此将串行数据直接拆分成16组并行数据处理，每组的数据速率仅为2400/16＝150MSPS，这样FPGA工作频率只要150MHz就可以满足。再对16 组数据，每间隔一组，抽取一组数据，相当于数据量下降为16/2，变成8组数据。
所述依次进行8相混频和8相抽8FIR数字滤波器，包括：
将得到的8组并行数据同时进行数字混频。对8组混频后的数据进行抽取，得到18.75MSPS数据速率的一组数据。再对这一组数据FIR数字滤波后，进行FFT 处理。例如：如图2所示的，8相混频：将8组并行数据同时进行数字混频。8相抽8FIR数字滤波器：将8组混频后的数据，进行抽取，数据量下降为8/8＝1组数据，此时数据速率仅为150MSPS/8＝18.75MSPS。再对这一组数据FIR数字滤波后，进行FFT处理。
本发明实施例还提供一种对雷达宽带信号进行数字去斜的装置，如图1所示的，包括：控制台(1)、FPGA(2)、A/D转换器ADC(3)、D/A转换器DAC(4)、高速储存器(5)、滤波放大器(6)和天线(7)。控制台(1)连接FPGA(2)， FPGA(2)连接高速储存器(5)。A/D转换器ADC(3)和D/A转换器DAC(4) 分别都与FPGA(2)和滤波放大器(6)连接。滤波放大器(6)连接天线(7)。
在现有技术中，通常采用如图3所示的架构，其中发射部分先由FPGA将线性调频信号的数据发送至D/A转换器DAC，与点频本振f1混频后，再二倍频得到 L波段的中频宽带信号，再与点频本振f2混频得到X波段射频信号，经滤波放大至天线发送出去。接收部分，由天线接收到目标的射频回波信号，经滤波放大，先与点频本振f2混频得到L波段的中频宽带信号，再与宽带本振混频，得到窄带的基带信号，输出至A/D转换器ADC进行模数转换处理。宽带本振产生方法是与发射部分L波段中频宽带信号一样。
而在本发明中，如图4所示的，若要产生X波段的射频信号，发射部分先由 FPGA将线性调频信号的数据发送至高速D/A转换器DAC，直接得到L波段中频宽带信号，再与点频本振f2混频得到X波段射频信号，经滤波放大至天线发送出去。接收部分，由天线接收到目标的射频回波信号，经滤波放大，与点频本振f2 混频得到L波段的中频宽带信号，直接进高速A/D转换器ADC进行模数转换处理，在FPGA内部将ADC转换后的回波采样数字信号与数字域产生并存放在高速存储器的宽带线性调频本振混频。
具体到对700MHz宽带线性调频信号进行数字去斜的场景中。在现有方案中，接收X波段带宽700MHz的信号，需要硬件再产生一组同样的L波段700MHz的宽带信号作为本振，与接收到的X波段信号经下变频后得到的L波段带宽700MHz 的信号进行混频。例如：在现有方案中，需要采用含有倍频器的电路，产生的L 波段信号实测幅度误差达到±1.5dB，相位误差达到±40°。
而本发明中，若采用高速DAC直接产生的L波段信号，幅度误差小于±0.5dB，相位误差小于±10°。其中8相混频就是将数字域产生并存放在高速存储器的宽带线性调频本振与回波采样数字信号混频，由于该本振是数字域产生，所以不会有相位非线性，从而可以简单、快速地提取雷达通道的相位非线性数据。总的来说，本实施例中基于宽带ADC直接采样，既省去了产生宽带本振信号的硬件成本，也避免了宽带本振带来的非线性失真。
由此可见，在本实施例中，发射部分可以直接采用高速16位6GSPS的DAC 产生L波段700MHz带宽的线性调频信号并滤波放大。这样上变频通道没有倍频器，只要一个混频器就可以把L波段中频信号混到X波段或更高，极大减小了倍频器所带来的相位非线性失真。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种对雷达宽带信号进行数字去斜的方法，其特征在于，所述方法用于一种雷达系统，所述雷达系统包括：控制台(1)连接FPGA(2)，FPGA(2)连接高速储存器(5)；A/D转换器ADC(3)和D/A转换器DAC(4)分别都与FPGA(2)和滤波放大器(6)连接；滤波放大器(6)连接天线(7)；
所述方法包括：
S1、控制台控制FPGA将线性调频信号的数据经由D/A转换器DAC(4)处理后再传输给滤波放大器，通过天线(7)发送；
S2、发送出去的电磁波被探测目标拦截，并反向辐射回天线，从而接收到探测目标的射频回波信号(6)；
S3、滤波放大器(6)对所述射频回波信号进行放大处理后，输出至A/D转换器ADC(3)进行模数转换处理，再由A/D转换器ADC(3)将转换后的数据输出至FPGA(2)；
S4、FPGA(2)对输入的数据进行16相抽2数字下变频，再依次进行8相混频和8相抽8FIR数字滤波器，之后将输出的结果再进行FFT处理；
S5、将FFT处理后的数据发送回控制台(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在发射过程中，先由FPGA将线性调频信号的数据发送至D/A转换器DAC(4)并直接得到L波段中频宽带信号；
再与点频本振f2混频得到X波段射频信号，经滤波放大器(6)滤波放大后发至天线(7)发送出去。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在接收过程中，天线(7)接收目标的射频回波信号，天线(7)的接收部分采用3GSPS的ADC直接采样，其中，目标的射频回波信号为700MHz的宽带线性调频信号；
接收的信号经滤波放大后与点频本振f2混频得到L波段的中频宽带信号，之后直接发至A/D转换器ADC(3)进行模数转换处理，转换后的信号与宽带线性调频本振混频，其中，所述宽带线性调频本振由数字域产生并存放在高速储存器(5)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FPGA(2)对输入的数据进行16相抽2数字下变频，包括：
当A/D转换器ADC(3)采样输入的信号为L波段信号时，进行等效下变频处理，其中，等效下变频处理后得到的为2400MSPS数据速率的串行数据；
将2400MSPS数据速率的串行数据，直接拆分成16组并行数据，以便于FPGA(2)以150MHz的工作频率进行处理；
再对16组并行数据，每组数据每2个点抽取一次，再将16组数据每两组合并得到8组并行数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效下变频处理，包括：
A/D转换器ADC(3)采样输入的信号为L波段信号，映射到第一Nyquits区域，其中，所述第一Nyquits区域为0MHz～1200MHz，所述第一Nyquits区域与第二Nyquits区域为镜像关系，所述第二Nyquits区域为1200MHz～2400MHz；
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述依次进行8相混频和8相抽8FIR数字滤波器，包括：
将得到的8组并行数据同时进行数字混频；
对8组混频后的数据进行抽取，得到18.75MSPS数据速率的一组数据；
再对这一组数据FIR数字滤波后，进行FFT处理。
7.一种对雷达宽带信号进行数字去斜的装置，其特征在于，包括：控制台(1)、FPGA(2)、A/D转换器ADC(3)、D/A转换器DAC(4)、高速储存器(5)、滤波放大器(6)和天线(7)；
控制台(1)连接FPGA(2)，FPGA(2)连接高速储存器(5)；
A/D转换器ADC(3)和D/A转换器DAC(4)分别都与FPGA(2)和滤波放大器(6)连接；
滤波放大器(6)连接天线(7)。
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