一种多目标跟踪系统及其DBF通道校准FPGA实现方法技术方案

本发明专利技术提出了一种多目标跟踪系统及其DBF通道校准FPGA实现方法，旨在消除射频通道误差和模数转换通道误差。首先将射频输入接口连接校准信号源，上位机控制多目标跟踪系统切换至通道校准模式，进行通道校准，天线阵面接收校准信号，经过射频接收通道和AD采样模块，传输至FPGA波束控制模块，进行信号预处理后进入到通道校准模块获取，在通道校准模块内依次切换每个接收处理通道的信号，依次获得N个通道的校准系数分别存储至FPGA中；上位机发送指令控制多目标跟踪系统切换至正常工作模式，将信号源信号对准天线阵列，接收外部信号进入接收处理通道，进入FPGA波束控制模块。

A multitarget tracking system and Its FPGA implementation of DBF channel calibration

【技术实现步骤摘要】
一种多目标跟踪系统及其DBF通道校准FPGA实现方法
本专利技术涉及无线通信、雷达等领域通道校准实现方法，具体涉及一种多目标跟踪系统及其DBF通道校准FPGA实现方法。
技术介绍
在多目标遥测地面接收系统中，数字相控阵多波束形成(DBF)天线阵列对应多个天线通道、射频通道和AD采样通道。而天线阵列和射频通道的不一致，AD采样时钟的相位抖动和精度限制，环境的变化、组件的故障等不确定因素会引起接收通道幅相误差，在对通道幅相误差与角度估计精度的关系进行了分析,结果表明通道幅相误差将导致波束指向精度降低和波束主瓣畸变,进而影响角度测量的精度，为保证天线方向图特性数字相控阵系统同时要求各个通道间的幅度和相位保持严格一致，通道间移相误差尽可能小。为此，需要对相控阵中多通道的参数值进行校准。目前，传统的模拟阵列系统通道校准采用模拟馈线网络，但随着波束数的增多，其复杂度显著提高，而且扩展能力较弱，模拟相控阵体制由于波束合成网络相对固定，无法动态调整波束的宽度及增益，同时模拟相控阵通道校准无法完成对模数转换造成的通道误差进行校准。大型数字阵列系统的规模大，一般达到几千甚至上万个通道，各通道独立、通道数据通过光纤下行，近场测试时每次需要将所有通道采样数据进行记录，事后解析出同一时刻所有通道的数据进行累加，记录的数据量大，分析时间长，另外有的需要上位机进行计算通道幅相误差，处理复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多目标跟踪系统及其DBF通道校准FPGA实现方法，简单、灵活又节省资源，只需要FPGA完成幅相误差参数计算而不需要上位机计算，整个过程在FPGA自动完成而不需要人工干预，具有分析时间短，处理简单，数据量小，计算准确可靠等优点。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种多目标跟踪系统，包括通信信号处理模块、电源模块、上位机和N组接收处理通道。上位机与FPGA波束控制模块相连接，N组相同的接收处理通道分别与通信信号处理模块连接，所述每组接收处理通道包括依次连接的天线阵面、射频接收模块、AD采样模块、FPGA波束控制模块，FPGA波束控制模块再与通信信号处理模块连接。N组接收处理通道中的天线阵面接收到M个目标信号后，通过射频接收通道混频至中频，再依次经过AD采样模块、FPGA波束控制模块后，将N组数据分别传输到通信信号处理模块。一种基于多目标跟踪系统的DBF通道校准FPGA实现方法，步骤如下：步骤1、打开校准信号源，启动多目标跟踪系统；步骤2、上位机控制多目标跟踪系统切换至通道校准模式，进行通道校准，天线阵面接收校准信号，经过射频接收通道和AD采样模块，传输至FPGA波束控制模块，进行信号预处理后进入到通道校准模块获取，在通道校准模块内依次切换每个接收处理通道的信号，依次获得N个通道的校准系数分别存储至FPGA中；步骤3、上位机发送指令控制多目标跟踪系统切换至正常工作模式，将信号源信号对准天线阵列，接收外部信号进入接收处理通道，进入FPGA波束控制模块。在其中的通道校准模块中，N路信号分别经过预处理通道与校准系数做复数乘法，即可完成幅度相位校正。本专利技术所采用的技术方案，一种多目标跟踪系统的DBF通道校准FPGA实现方法，包括以下步骤：首先上位机控制多目标跟踪系统切换至通道校准模式，进行通道校准，天线阵面接收校准信号，经过射频接收通道和AD采样模块，传输至FPGA波束控制模块，进行信号预处理后进入到通道校准模块获取，在该模块内依次切换每个接收处理通道的信号，依次获得N个通道的校准系数分别存储至FPGA中，系数获取完成后向上位机发出指示信号表示已获取每一路的校准系数，校准系数中包含幅度误差和相位误差，可进行正常工作。整个通道校准模式具体流程如图3所示：图中CH0_DDC(refencechannel)信号为参考通道预处理后的输入信号，设其信号表达式为：CHn_DDC为待校准通道预处理后的输入信号，设其信号表达式为：式中Sref为参考通道预处理后的输入信号，A0为其幅度，w为其角频率，为其初相位，Sn为待校准通道预处理后的输入信号，An为其幅度，为其初相位。首先,对待校准通道输入信号取共轭计算，得到信号为：然后，与参考通道信号做复数乘法计算，得到信号为：另外，对待校准通道输入信号做取共轭和复数乘法，以得到其幅度平方，计算得到信号为：最后，将(4)式结果与(5)式结果做除法计算，得到n通道校准系数，计算结果为：依次获得N个通道的校准系数分别存储至FPGA中，以在正常工作模式下进行通道补偿。然后上位机控制多目标跟踪系统切换至正常工作模式下，每一路信号经过N路接收处理通道，进入通道校准模块，与校准系数相乘，完成通道幅度相位补偿。正常工作模式具体流程如图2所示：待校准通道预处理后的输入信号，设其信号表达式为式(2),在通道校准模式获取得到的校准参数表达式为式(6)，输入信号与校准参数做复数乘法，得到校准后输出信号为：本专利技术与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)在切换至校准模式下，整个多目标通道校准自动完成，无需人为干预。整个过程上位机控制下，依次选择各通道接入获得校准系数，使得校准过程简化。(2)采用新的校准实现结构，更加节省FPGA逻辑资源和DSP48资源，整个多目标通道校准是串行流水实现，极大节省了硬件资源。(3)不需要上位机参与计算，而在FPGA中完成实时计算。使整个校准过程更加简化，大大缩短计算时间。(4)计算精度更高，在校准系数获取时，取1024点数据作为样本进行计算，以去除噪声干扰。参与计算精度为16bit，复数乘法器输出精度33bit，对复数乘法结果取平均进行做除法得到校准系数。(5)FPGA代码具有较高可移植性，整个校准参数获取模块和幅度相位通道补偿模块代码独立于其他DBF综合模块，容易进行移植。附图说明图1是本专利技术DBF多目标跟踪系统原理图。图2是图1信号通道校准模块原理图。图3是图2校准系数生成模块原理图。图4是通道校准测试结果波形图(校准前信号)。图5是通道校准测试结果波形图(校准后信号)。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。结合图1，一种多目标跟踪系统，包括通信信号处理模块、电源模块、上位机和N组接收处理通道。上位机与FPGA波束控制模块相连接，N组相同的接收处理通道分别与通信信号处理模块连接，所述每组接收处理通道包括依次连接的天线阵面、射频接收模块、AD采样模块、FPGA波束控制模块，FPGA波束控制模块再与通信信号处理模块连接。N组接收处理通道中的天线阵面接收到M个目标信号后，通过射频接收通道混频至中频，再依次经过AD采样模块、FPGA波束控制模块后，将N组数据分别传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多目标跟踪系统，其特征在于：包括通信信号处理模块、电源模块、上位机和N组接收处理通道；/n上位机与FPGA波束控制模块相连接，N组相同的接收处理通道分别与通信信号处理模块连接，所述每组接收处理通道包括依次连接的天线阵面、射频接收模块、AD采样模块、FPGA波束控制模块，FPGA波束控制模块再与通信信号处理模块连接；/nN组接收处理通道中的天线阵面接收到M个目标信号后，通过射频接收通道混频至中频，再依次经过AD采样模块、FPGA波束控制模块后，将N组数据分别传输到通信信号处理模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种多目标跟踪系统，其特征在于：包括通信信号处理模块、电源模块、上位机和N组接收处理通道；
上位机与FPGA波束控制模块相连接，N组相同的接收处理通道分别与通信信号处理模块连接，所述每组接收处理通道包括依次连接的天线阵面、射频接收模块、AD采样模块、FPGA波束控制模块，FPGA波束控制模块再与通信信号处理模块连接；
N组接收处理通道中的天线阵面接收到M个目标信号后，通过射频接收通道混频至中频，再依次经过AD采样模块、FPGA波束控制模块后，将N组数据分别传输到通信信号处理模块。


2.根据权利要求1所述的多目标跟踪系统，其特征在于：所述接收处理通道数量N与天线阵列数量相对应，而后者决定波束宽度和增益，其关系如下：



G0＝ABπ(9)
式中，和Δθ1/2分别为天线波束半功率点宽度的方位角和俯仰角，G0为天线增益，λ为接收信号的波长，d为天线阵元间距，A为天线阵元行数，B为天线阵元列数AB＝N。


3.根据权利要求1所述的多目标跟踪系统，其特征在于：所述上位机为本系统提供控制指令、显示本系统工作状态、接收并存储通信解调数据。


4.根据权利要求1所述的多目标跟踪系统，其特征在于：所述射频接收通道包括接收组件和变频通道，实现对接收信号接收和下变频功能。


5.根据权利要求1所述的多目标跟踪系统，其特征在于：所述FPGA波束控制模块包括通道校准模块和DBF模块，实现信号预处理和波束控制功能。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：于迪，李亚涛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32