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CN114137474A - 适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置 - Google Patents

适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置 Download PDF

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CN114137474A
CN114137474A CN202111437989.9A CN202111437989A CN114137474A CN 114137474 A CN114137474 A CN 114137474A CN 202111437989 A CN202111437989 A CN 202111437989A CN 114137474 A CN114137474 A CN 114137474A
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CN
China
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channel
unit vector
digital signal
channels
signal data
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CN202111437989.9A
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董悦
秦进杰
赵保磊
刘彧涵
刘博�
李鑫儒
蒋航
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Tianjin Optical Electrical Communication Technology Co Ltd
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Tianjin Optical Electrical Communication Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置，所述方法包括：设置至少两个通道接收数字信号数据；分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转,进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。可以对高速的数据进行平均，从而降低了数据的吞吐率，并且可以方便地计算出各个通道的信号相对于第一个通道信号的相位差。

Description

适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，尤其是涉及一种适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置。
背景技术
宽带测向接收机在侦察领域有着广泛的应用。宽带测向接收机需要将多个测向天线接收到的多通道信号转化为并行数据，然后通过计算比较所有通道信号相对于第一个通道信号的相位差进行干涉仪测向。传统测相机采用软件进行旋转平滑算法来实现对相位差的捕获，但是宽带测向机数据吞吐量大，而且计算旋转平滑需要较高的计算资源，使得宽带测相机的研发遇到了极大的困难。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置，以解决对于宽带数据的实时测向要求的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明实施例提供了一种适用于宽带测向接收机的旋转方法，包括：
设置至少两个通道接收数字信号数据；
分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；
对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；
从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；
利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转,，进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。
进一步的，所述方法还包括：
对所述至少两个通道接收的数字信号数据的实部和虚部分别进行平均，实现数字信号数据的平滑。
进一步的，所述从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭，包括：
利用单位向量计算共轭转置，作为复共轭。
进一步的，所述方法还包括：
计算单位向量，
所述计算单位向量包括：
将A11的实部和虚部分别输入到CORDIC IP核中，直接计算出复数A11的相位角；
将所述相位角作为输入，输入到另一个CORDIC IP核计算出该相位角下对应的正弦sinα和余弦cosα，得到单位向量E＝cosα+i×sinα。
更进一步的，所述利用单位向量计算共轭转置，包括：
得到A11的单位向量，E11＝Xout+i×Yout，则该单位向量的共轭转置为
Figure BDA0003382015430000021
另一方面，本发明实施例还提供了一种适用于宽带测向接收机的旋转装置，包括：
接收模块，用于设置至少两个通道接收数字信号数据；
处理模块，用于分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；
变换模块，用于对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；
获取模块，用于从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；
旋转模块，用于利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转,进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。
进一步的，所述装置还包括：平均模块，用于对所述至少两个通道接收的数字信号数据的实部和虚部分别进行平均，实现数字信号数据的平滑。
进一步的，所述获取模块，包括：
计算单元，用于利用单位向量计算共轭转置，作为复共轭。
进一步的，所述获取模块，还包括：
单位向量计算单元，用于计算单位向量；
所述单位向量计算单元用于：
将A11的实部和虚部分别输入到CORDIC IP核中，直接计算出复数A11的相位角；
将所述相位角作为输入，输入到另一个CORDIC IP核计算出该相位角下对应的正弦sinα和余弦cosα，得到单位向量E＝cosα+i×sinα。
更进一步的，所述计算单元用于：
得到A11的单位向量，E11＝Xout+i×Yout，则该单位向量的共轭转置为
Figure BDA0003382015430000031
相对于现有技术，本发明所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置具有以下优势：本发明所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法及装置，通过设置至少两个通道接收数字信号数据；分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转，进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。可以对高速的数据进行平均，从而降低了数据的吞吐率，并且可以方便地计算出各个通道的信号相对于第一个通道信号的相位差。相比于传统的利用软件实现的方式，基于FPGA进行实现的方法具有计算速度快、实时处理、对于存储空间要求低等优势。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法中旋转平滑的操作流程示意图；
图3为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法中相位差计算模块接口示意图；
图4为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法中单位向量计算模块接口示意图；
图5为本发明实施例二所述的适用于宽带测向接收机的旋转装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
图1为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法的流程示意图；图2为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法中旋转平滑的操作流程示意图，该方法适用于利用FPGA流水线结构的旋转平滑算法，该旋转平滑算法可以对高速的数据进行平均，从而降低了数据的吞吐率。进而充分满足宽带数据的实时测向要求。
参见图1和图2，所述适用于宽带测向接收机的旋转方法，包括：
S110,设置至少两个通道接收数字信号数据。
参见图2，在本实施例中，共设置有N个通道，每个通道可以独立接收数字信号数据。
S120,分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理。
在通信系统中，为了易于信号发射以及实现信道复用，传输的信号频率很高，因而信号的频率变换是通信系统研究的重要内容。根据频率变换前后的情况可以分为下变频(频率减少)和上变频(频率增加)。在接收机中进行的是下变频。下变频的方法是将接收信号与本地振荡器产生的本振信号相乘，然后通过低通滤波器获得变频后的信号。两个相乘信号通过实数或复数表示可以分为实混频和复混频。因此，可以分别对每个通道的数据分别进行数字下变频(DDC)。
S130,对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合。
示例性的，可以通过如下方式进行处理：
通道1做Nfft点FFT，得到数据为A11，A12和
Figure BDA0003382015430000071
其中A1i(i＝1，2，…，Nfft)代表一个复数，由实部和虚部组成。
通道2做Nfft点FFT，得到数据为A21，A22和
Figure BDA0003382015430000072
其中A2i(i＝1，2，…，Nfft)代表一个复数，由实部和虚部组成。
通道3至通道N同样做Nfft点FFT，得到数据A31，A32和
Figure BDA0003382015430000073
AN1，AN2和
Figure BDA0003382015430000074
S140,从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭。
示例性的，可以包括：利用单位向量计算共轭转置，作为复共轭。相应的，所述方法还可包括如下步骤：计算单位向量。所述计算单位向量包括：将A11的实部和虚部分别输入到CORDIC IP核中，直接计算出复数A11的相位角；将所述相位角作为输入，输入到另一个CORDIC IP核计算出该相位角下对应的正弦sinα和余弦cosα，得到单位向量E＝cosα+i×sinα。图3为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法中相位差计算模块接口示意图；图4为本发明实施例一所述的适用于宽带测向接收机的旋转方法中单位向量计算模块接口示意图；参见图3和图4，E11表示A11的单位向量，表示为A11/|A11|。
Figure BDA0003382015430000075
表示E11的共轭转置。计算单位向量的方法如下：,设A11的实部为Xin，虚部为Yin，此时可以将Xin和Yin分别输入到CORDIC IP核中，直接计算出复数A11的相位角，即α＝arctan(Xin/Yin)，即图3中的PHASE_OUT。
CORDICIP(arctan)的各个接口定义说明如下：
Signal Range Description
X_IN -1＜＝X_IN＜＝1 Input X Coordinate
Y_IN -1＜＝Y_IN＜＝1 lnput Y Coordinate
PHASE_OUT -Pi＜＝PHASE_OUT＜＝Pi Output Angle
再利用一个CORDIC IP核，直接将上一步计算出的相位角作为输入，计算出该相位角下对应的正弦sin α和余弦cos α，得到单位向量E＝cosα+i×sinα，也就是图4中的Xout(cosα)和Yout(sinα)。CORDICIP(cos/sin)的各个接口定义说明如下：
Signal Range Description
PHASE_IN -Pi＜＝PHASE_IN＜＝Pi Input Angleθ
X_OUT -1＜＝X_OUT＜＝1 Output Cos(θ)
Y_OUT -1＜＝Y_OUT＜＝1 Output Sin(θ)
可以得到A11的单位向量，E11＝Xout+i×Yout，则该单位向量的共轭转置为
Figure BDA0003382015430000081
此种方法由于求出的直接就是单位向量，因此就不要进行除法和开根运算了。而且该种方法适用于流水线操作。
S150，利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转，进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。
示例性的，可以采用如下方式开始计算旋转通道1：
Figure BDA0003382015430000082
Figure BDA0003382015430000083
重新得到一个Nfft点的数据；通道2：
Figure BDA0003382015430000084
Figure BDA0003382015430000085
重新得到一个Nfft点的数据；通道3至通道N重复步骤2，得到各自通道的计算值。利用旋转计算可以确定相位的移动，进而确定确定其它通道与所述任一通道的相位差。
本实施例通过设置至少两个通道接收数字信号数据；分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转，进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。可以对高速的数据进行平均，从而降低了数据的吞吐率，并且可以方便地计算出各个通道的信号相对于第一个通道信号的相位差。相比于传统的利用软件实现的方式，基于FPGA进行实现的方法具有计算速度快、实时处理、对于存储空间要求低等优势。
在本实施例的一个优选实施方式中，所述方法还可包括如下步骤：对所述至少两个通道接收的数字信号数据的实部和虚部分别进行平均，实现数字信号数据的平滑。示例性的，通道1对连续N次的数据进行平均(输出仍为一个复数，包括实部和虚部)；通道2对连续N次的数据进行平均(输出仍为一个复数，包括实部和虚部)；通道3至通道N重复步骤b)，得到通道2至N的平均值输出。平滑后，噪声幅度变低，信号幅度不变。因此对于旋转平滑算法不仅可以方便的计算出各通道与通道1之间的相位差，还可以进一步提高测向接收机的信噪比。
实施例二
图5为本发明实施例二所述的适用于宽带测向接收机的旋转装置的结构示意图，参见图2，所述适用于宽带测向接收机的旋转装置，包括：
接收模块210，用于设置至少两个通道接收数字信号数据；
处理模块220，用于分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；
变换模块230，用于对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；
获取模块240，用于从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；
旋转模块250，用于利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转,进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。
本发明实施例提供适用于宽带测向接收机的旋转装置，通过设置至少两个通道接收数字信号数据；分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转，进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。可以对高速的数据进行平均，从而降低了数据的吞吐率，并且可以方便地计算出各个通道的信号相对于第一个通道信号的相位差。相比于传统的利用软件实现的方式，基于FPGA进行实现的方法具有计算速度快、实时处理、对于存储空间要求低等优势。
进一步的，所述装置还包括：平均模块，用于对所述至少两个通道接收的数字信号数据的实部和虚部分别进行平均，实现数字信号数据的平滑。
在上述实施例的基础上，所述获取模块，包括：
计算单元，用于利用单位向量计算共轭转置，作为复共轭。
在上述实施例的基础上，所述获取模块，还包括：
单位向量计算单元，用于计算单位向量；
所述单位向量计算单元用于：
将A11的实部和虚部分别输入到CORDIC IP核中，直接计算出复数A11的相位角；
将所述相位角作为输入，输入到另一个CORDIC IP核计算出该相位角下对应的正弦sinα和余弦cosα，得到单位向量E＝cosα+i×sinα。
在上述实施例的基础上，所述计算单元用于：
得到A11的单位向量，E11＝Xout+i×Yout，则该单位向量的共轭转置为
Figure BDA0003382015430000111
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于宽带测向接收机的旋转方法，其特征在于，包括：
设置至少两个通道接收数字信号数据；
分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；
对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；
从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；
利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转,，进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述至少两个通道接收的数字信号数据的实部和虚部分别进行平均，实现数字信号数据的平滑。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭，包括：
利用单位向量计算共轭转置，作为复共轭。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
计算单位向量，
所述计算单位向量包括：
将A11的实部和虚部分别输入到CORDIC IP核中，直接计算出复数A11的相位角；
将所述相位角作为输入，输入到另一个CORDIC IP核计算出该相位角下对应的正弦sinα和余弦cosα，得到单位向量E＝cosα+i×sinα。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用单位向量计算共轭转置，包括：
得到A11的单位向量，E11＝Xout+i×Yout，则该单位向量的共轭转置为
Figure FDA0003382015420000021
6.一种适用于宽带测向接收机的旋转装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于设置至少两个通道接收数字信号数据；
处理模块，用于分别对每个通道的数字信号数据进行下变频处理；
变换模块，用于对下变频处理后的数字信号数据进行Nfft点傅里叶变换，分别得到每个通道的复数数据集合；
获取模块，用于从任一通道的傅里叶变换中获取复共轭；
旋转模块，用于利用复共轭对所述至少两个通道的复数数据集合进行旋转,进而确定其它通道与所述任一通道的相位差。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
平均模块，用于对所述至少两个通道接收的数字信号数据的实部和虚部分别进行平均，实现数字信号数据的平滑。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块，包括：
计算单元，用于利用单位向量计算共轭转置，作为复共轭。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取模块，还包括：
单位向量计算单元，用于计算单位向量；
所述单位向量计算单元用于：
将A11的实部和虚部分别输入到CORDIC IP核中，直接计算出复数A11的相位角；
将所述相位角作为输入，输入到另一个CORDIC IP核计算出该相位角下对应的正弦sinα和余弦cosα，得到单位向量E＝cosα+i×sinα。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述计算单元用于：
得到A11的单位向量，E11＝Xout+i×Yout，则该单位向量的共轭转置为
Figure FDA0003382015420000031
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