一种数字正交下变频方法

摘要

本发明属于雷达目标特性测量技术领域，具体涉及一种数字正交下变频方法。该方法包括如下步骤：步骤一：对含有目标幅相特性的中频直接采样信号进行求和平均处理，得到积累后单个脉冲信号：步骤二：对积累后单个脉冲信号进行离散傅里叶变换，得到信号频谱结果；步骤三：对得到的信号频谱结果进行复数据提取；步骤四：对提取的复数据进行幅度校正，得到中频直接采样信号经数字正交下变频处理后输出的I/Q零中频信号。该方法省去了数字本振信号产生、数字混频和数字低通滤波等环节，大大节省了计算机或FPGA的软硬件资源开销，降低了开发实现难度；通过脉冲串求和平均和FFT两次相参积累处理，提高了输出处理结果I/Q零中频信号的信噪比和测量准确性。

权利要求

1.一种数字正交下变频方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：对含有目标幅相特性的中频直接采样信号进行求和平均处理，得到积累后单个脉冲信号：步骤二：对积累后单个脉冲信号进行离散傅里叶变换，得到信号频谱结果；

步骤三：对得到的信号频谱结果进行复数据提取；

步骤四：对提取的复数据进行幅度校正，得到中频直接采样信号经数字正交下变频处理后输出的I/Q零中频信号；

所述步骤一的中频直接采样信号表示为Sm(n)，m＝1，…，M，n＝1，…，N，M为脉冲串内脉冲个数，N为单个脉冲内的采样点数；求和平均处理得到积累后单个脉冲信号表示为所述步骤二的实现方法如下：首先对相参积累后的单个脉冲信号s(n)进行补零处理，得到 其中N’为2的整数次方；然后对s’(n)进行N’点FFT计算，得到信号频谱结果S(k)，k＝1…N’；

所述步骤三的实现方法如下：首先对中频频率ω0在频谱横轴上的位置序号进行计算确定，即 其中fs为AD采样率，FFT得到的频谱横轴为整数序列，对k0进一步四舍五入取整得到 然后依据 直接从频谱结果S(k)，k＝1，…，N’中取出复数据

2.根据权利要求1所述的数字正交下变频方法，其特征在于：所述步骤四的实现方法如下：对提取出的复数据 进行乘2处理，得到的结果 即为中频直接采样信号经数字正交下变频处理后输出的I/Q零中频信号。

说明书

一种数字正交下变频方法

技术领域

[0001] 本发明属于雷达目标特性测量技术领域，具体涉及一种数字正交下变频方法。

背景技术

[0002] 为了获取雷达目标幅相特性数据，以实现对目标的复散射特性分析、相干处理及成像诊断等，须对接收到的目标雷达回波进行正交下变频处理以得到I/Q零中频信号。

[0003] 正交下变频方法主要有模拟正交下变频法和数字正交下变频法。其中，模拟正交下变频基于模拟电路实现本振信号产生、下变频混频和低通滤波，受模拟器件性能指标和环境条件影响，通常很难获得稳定理想的I/Q通道幅度一致性和相位正交性，进而影响后续测量和分析处理结果的正确性。数字正交下变频法由于对接收信号中频直接进行AD采样，然后完全在数字域进行处理以得到I/Q零中频信号，因此可以较容易的获得稳定理想的I/Q通道幅度一致性和相位正交性，并可通过现场编程灵活改变参数设置以适应不同需求。

[0004] 现有的数字正交下变频法以高速AD和FPGA器件为基础，通过在数字域实现数字本振信号产生、数字混频和数字低通抽取滤波等处理来获取I/Q零中频信号。该类方法原理与模拟正交下变频法完全一致，物理概念清晰，但实现过程较为复杂，不能借助成熟快速算法，对FPGA硬件资源有较高要求。因此，需研究更为高效、快速、节省资源的数字正交下变频方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种数字正交下变频方法，该方法以高速AD脉内采样和FFT算法为基础，在对目标雷达回波中频直接采样信号进行数字正交下变频处理同时，能够大大节省计算机或FPGA资源开销。

[0006] 为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

[0007] 一种数字正交下变频方法，该方法包括如下步骤：

[0008] 步骤一：对含有目标幅相特性的中频直接采样信号进行求和平均处理，得到积累后单个脉冲信号：

[0009] 步骤二：对积累后单个脉冲信号进行离散傅里叶变换，得到信号频谱结果；

[0010] 步骤三：对得到的信号频谱结果进行复数据提取；

[0011] 步骤四：对提取的复数据进行幅度校正，得到中频直接采样信号经数字正交下变频处理后输出的I/Q零中频信号。

[0012] 所述步骤一的中频直接采样信号表示为Sm(n)，m=1，…，M，n=1，…，N，M为脉冲串内脉冲个数，N为单个脉冲内的采样点数；求和平均处理得到积累后单个脉冲信号表示为[0013] 所述步骤二的实现方法如下：首先对相参积累后的单个脉冲信号s(n)进行补零处理，得到 其中N’为2的整数次方；然后对s’(n)进行N’点FFT计算，得到信号频谱结果S(k)，k=1…N’。

[0014] 所述步骤三的实现方法如下：首先对中频频率ω0在频谱横轴上的位置序号进行计算确定，即 其中fs为AD采样率，FFT得到的频谱横轴为整数序列，对k0进一步四舍五入取整得到 然后依据 直接从频谱结果S(k)，k=1，…，N’中取出复数据

[0015] 所述步骤四的实现方法如下：对提取出的复数据 进行乘2处理，得到的结果 即为中频直接采样信号经数字正交下变频处理后输出的I/Q零中频信号。

[0016] 本发明所取得的有益效果为：

[0017] （1）基于成熟的FFT算法实现数字正交下变频处理，省去了数字本振信号产生、数字混频和数字低通滤波等环节，大大节省了计算机或FPGA的软硬件资源开销，降低了开发实现难度；

[0018] （2）通过脉冲串求和平均和FFT两次相参积累处理，提高了输出处理结果I/Q零中频信号的信噪比和测量准确性。

附图说明

[0019] 图1为本发明所述数字正交下变频方法路程图；

[0020] 图2为中频直接采样信号的格式示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0022] 如图1所示，本发明所述数字正交下变频方法包括如下步骤：

[0023] 步骤一：对含有目标幅相特性的中频直接采样信号进行求和平均处理，得到积累后单个脉冲信号：

[0024] 如图2所示，中频直接采样信号可表示为Sm(n)，m=1，…，M，n=1，…，N，M为脉冲串内脉冲个数，N为单个脉冲内的采样点数；

[0025] 求和平均处理得到积累后单个脉冲信号表示为 n=1，…，N；该步相参积累处理可提高信号噪声比约(10log10M)dB；

[0026] 步骤二：对积累后单个脉冲信号进行离散傅里叶变换，得到信号频谱结果；

[0027] 首先对相参积累后的单个脉冲信号s(n)进行补零处理，得到其中N’为2的整数次方；

[0028] 然后对s’(n)进行N’点FFT计算，得到信号频谱结果S(k)，k=1…N’，其具体实现可直接使用现有成熟的FFT库函数或IP核；该步离散傅里叶变换处理可进一步提高信号噪声比约(10log10N)dB；

[0029] 步骤三：对得到的信号频谱结果进行复数据提取；

[0030] 首先对中频频率ω0在频谱横轴上的位置序号进行计算确定，即其中fs为AD采样率，考虑到FFT得到的频谱横轴为整数序列，需对k0进一步四舍五入取整得到 然后依据 直接从频谱结果S(k)，k=1，…，N’中取出复数据

[0031] 步骤四：对提取的复数据进行幅度校正；

[0032] 对提取出的复数据 进行乘2处理，得到的结果 即为中频直接采样信号经数字正交下变频处理后输出的I/Q零中频信号。