一种步进频信号数字下变频实现方法技术

本发明专利技术提供了一种步进频信号数字下变频实现方法，包括以下步骤：接收步进频回波信号，每帧步进频回波信号包括频率步进的多个回波脉冲，各回波脉冲的脉冲周期相等；根据每帧步进频回波信号的起始标志确定该帧步进频回波信号中回波脉冲的起始频率，根据起始频率、脉冲周期和频率步进量，得到该帧步进频回波信号各回波脉冲的频率；对各回波脉冲进行AD采集，得到各回波脉冲的AD采集信号；根据各回波脉冲的频率，生成相应频率的下变频混频系数；采用下变频混频系数对各回波脉冲的AD采集信号进行混频处理，得到各回波脉冲的基带信号。本发明专利技术实现了步进频雷达回波信号不同频率回波脉冲的数字下变频，对步进频雷达进行数字信号处理有着至关重要的意义。理有着至关重要的意义。理有着至关重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种步进频信号数字下变频实现方法


[0001]本专利技术属于技术步进频雷达领域，特别涉及一种步进频信号数字下变频实现方法。

技术介绍

[0002]小行星探测一直是深空探测的热门话题，我国深空探测将实现近地小行星伴飞、附着、取样返回和主带彗星绕飞，为小行星起源及演化等前沿科学研究提供科学探测数据和真实样品。
[0003]其中装载在小行星探测器上的探测雷达应具有获取小行星与彗星表层、次表层回波探测数据的能力，同时具有数据压缩能力。小行星探测雷达将在伴飞、绕飞在对小天体进行内部结构探测。使用何种雷达进行探测是一个值得深究的问题。
[0004]对于脉冲雷达和调频连续波雷达，因其信号源技术发展较早，技术及应用相对成熟。而步进频率连续波雷达的频率源发展相对较晚。最早也是在20世纪60年代末，美国学者Ruttenburg K和Chanzi L提出了一种新的提高雷达的距离分辨率的技术，也就是利用一连串跳变的脉冲信号来代替之前的普通的雷达频率源，这就是早期的步进频率信号的雏形。
[0005]近年来，随着雷达波及集成电路技术的深化应用，步进频率技术得到了长足的发展，并广泛应用于民用雷达领域，诸如探地雷达、穿墙雷达甚至智能交通的车载雷达中。它凭借其独有的特点，即利用较小的瞬时带宽，在工作时因为连续频率跳变又可以合成较大的工作带宽，这种特点可以大幅度的提高雷达分辨率，同时又降低系统的噪音系数，从而提高雷达的灵敏度，所以步进频率源和其收发系统的研究越来越得到国内外研究者的重视。
[0006]步进频信号通过逆傅里叶变换来完成脉冲压缩，在穿墙研究中，应用最为广泛。它具有的优势有：可以利用窄的瞬时带宽来实现大的系统带宽，接收机结构更简单；相比于大时宽的线性调频信号，最小探测距离对步进频限制较小。
[0007]完成步进频信号的数字信号处理对获取小行星与彗星表层、次表层回波探测数据，有着至关重要的意义，而对步进频信号的数字信号处理第一步就是对探测雷达采集的中频回波进行数字下变频处理，目前尚无针对步进频信号的数字下变频处理方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种步进频信号数字下变频实现方法，解决了步进频信号不同脉冲之间频率不同，难以对每个频率不同的脉冲产生对应数字下变频混频系数以实现步进频数字下变频处理的问题。
[0009]本专利技术的技术解决方案是：
[0010]一种步进频信号数字下变频实现方法，包括以下步骤：
[0011](1)接收步进频回波信号，每帧步进频回波信号包括多个频率依次步进的回波脉冲，各回波脉冲的脉冲周期相等；
[0012](2)根据每帧步进频回波信号的起始标志确定该帧步进频回波信号中回波脉冲的
起始频率，根据起始频率、脉冲周期和频率步进量，得到该帧步进频回波信号中各回波脉冲的频率；
[0013](3)对各回波脉冲进行AD采集，得到各回波脉冲的AD采集信号；
[0014](4)根据各回波脉冲的频率，生成相应频率的下变频混频系数，所述下变频混频系数包括同相混频系数和正交混频系数；
[0015](5)采用下变频混频系数对各回波脉冲的AD采集信号进行混频处理，得到各回波脉冲的基带信号，包括同相基带信号和正交基带信号。
[0016]优选的，所述步骤(4)中，根据各回波脉冲的频率，生成相应频率的下变频混频系数，具体为：
[0017](41)根据各回波脉冲的频率和AD采样率生成相位步进量；
[0018](42)在各回波脉冲的脉冲周期内，以AD采样率作为时钟频率对相位步进量进行累加，得到AD采样信号各采样点所对应的数字相位；
[0019](43)根据各采样点所对应的数字相位生成相应的下变频混频系数。
[0020]优选的，所述步骤(41)中，根据各回波脉冲的频率和AD采样率生成相位步进量，具体为：
[0021][0022]其中，代表相位步进量，f
c
代表当前回波脉冲的频率，f
s
代表AD采样率。
[0023]优选的，所述步骤(42)中，以AD采样率作为时钟频率对相位步进量进行累加，当数字相位累加至2π后，从0开始重新累加，所述数字相位在0～2π范围内循环累加。
[0024]优选的，所述步骤(43)中，生成的下变频混频系数具体为：
[0025][0026]其中，其中，I_xishu(n)代表同相混频系数，Q_xishu(n)代表正交混频系数，n代表采样点数。
[0027]优选的，所述步骤(43)通过FPGA的cordic核实现。
[0028]优选的，所述AD采集的采样率为100MHz～150MHz，位宽为12bit～14bit。
[0029]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0030](1)本专利技术针对步进频信号特点，将步进频回波信号识别为多个频率不同的点频脉冲信号，分别对每个点频脉冲进行数字下变频处理，可以得到较高精度的步进频信号数字下变频处理的基带数据；
[0031](2)本专利技术利用cordic核输入相位字实时产生两路混频系数，可以有效提高步进频信号数字下变频处理的实时性。
附图说明
[0032]图1为本专利技术步进频信号数字下变频实现方法流程图；
[0033]图2为本专利技术实施例步进频雷达信号处理单元组成示意图。
具体实施方式
[0034]下面通过对本专利技术进行详细说明,本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0035]根据步进频脉冲信号的特点，可以将它识别为多个频率不同的点频脉冲信号，这样就可以将步进频信号的数字下变频处理简化为点频信号的数字下变频处理，只需要在每个脉冲到来时，识别出对应的脉冲的频率即可，基于此考虑，本专利技术提供了一种步进频信号数字下变频实现方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0036](1)根据不同的工作模式的起始频率和频率步进量产生对应的频率控制字；
[0037]具体讲，基于固定的雷达时序，首先设计出每帧雷达信号的起始标志，然后由每帧的起始标志确定每帧的起始频率，从而得到每帧起始回波脉冲信号对应的频率控制字。
[0038]进一步，一帧雷达回波信号由多个脉冲周期组成，步进频信号中每个脉冲周期的时长是相同的，每个脉冲周期里包含一个雷达回波，在一帧的多个回波脉冲结束后，重新开始下一帧多个脉冲。由每帧的起始标志确定每帧的起始频率控制字，频率控制字即为当前回波脉冲信号的实际频率。
[0039](2)根据每个回波脉冲周期的计时产生每个回波脉冲信号的起始标志，在每个回波脉冲的起始标志到来时，由当前频率控制字加上频率步进量，计算出当前回波脉冲的频率控制字。
[0040](3)根据脉冲频率控制字计算各步进频回波脉冲信号所对应的脉冲相位控制字；
[0041]具体讲，每个回波脉冲相位控制字的起始点相位控制字由当前脉冲的频率控制字除以AD采样率乘以2产生，FPGA中相位控制字的位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种步进频信号数字下变频实现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)接收步进频回波信号，每帧步进频回波信号包括多个频率依次步进的回波脉冲，各回波脉冲的脉冲周期相等；(2)根据每帧步进频回波信号的起始标志确定该帧步进频回波信号中回波脉冲的起始频率，根据起始频率、脉冲周期和频率步进量，得到该帧步进频回波信号中各回波脉冲的频率；(3)对各回波脉冲进行AD采集，得到各回波脉冲的AD采集信号；(4)根据各回波脉冲的频率，生成相应频率的下变频混频系数，所述下变频混频系数包括同相混频系数和正交混频系数；(5)采用下变频混频系数对各回波脉冲的AD采集信号进行混频处理，得到各回波脉冲的基带信号，包括同相基带信号和正交基带信号。2.根据权利要求1所述的一种步进频信号数字下变频实现方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据各回波脉冲的频率，生成相应频率的下变频混频系数，具体为：(41)根据各回波脉冲的频率和AD采样率生成相位步进量；(42)在各回波脉冲的脉冲周期内，以AD采样率作为时钟频率对相位步进量进行累加，得到AD采样信号各采样点所对应的数字相位；(43)根据各采样点所对应的数字相位生成相应的下变频混频系...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳爱文，韩东娟，薛飞杨，张小强，李刚，薛强，李彬，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：