数字中频信号的正交下变频方法技术

本发明专利技术公开了一种数字中频信号的正交下变频方法，主要解决现有正交数字下变频处理方法运算量较大的问题。其实现方案对数字中频信号的抽取和混频滤波，该抽取是每间隔三个时钟抽取一次数据，抽取数字中频信号的1/4的数据；该混频滤波是先将低通滤波器的卷积系数序列与数控振荡器产生正余弦本振信号序列分别相乘，得到I路滤波器的卷积系数序列和Q路滤波器的卷积系数序列；再将I路滤波器的卷积系数序列和Q路滤波器的卷积系数序列分别与抽取后的数字中频信号序列卷积求和，得到I路零中频信号和Q路零中频信号，以传输给FPAG系统中的其他信号处理模块。本发明专利技术减小了正交下变频的运算量，降低了硬件资源消耗，可用于雷达通用信号处理系统。号处理系统。号处理系统。

【技术实现步骤摘要】
数字中频信号的正交下变频方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种信号正交下变频方法，可用于对雷达中频信号的处理。

技术介绍

[0002]数字混频处理是雷达系统中的一项关键技术。正交数字下变频处理一种常见的数字混频处理，正交数字下变频处理可以通过对数字中频信号进行混频以及抽取滤波来获取两路正交零中频信号。
[0003]图1展示了传统的正交数字下变频处理方法，其处理过程如下：
[0004]首先，本地数控振荡器产生的正弦本振信号和余弦本振信号和余弦本振信号分别与中频信号IF(n)相乘，得到正交混频后的I（信号和Q(n)信号，其中，f
s
表示中频信号的采样率，f0表示中频信号的频率，n代表中频信号的总数，代表乘法运算；然后，分别对I(n)
pre
信号和Q(n)
pre
信号进行FIR滤波，得到滤波后的I(n)
’
信号和Q(n)
’
信号；最后，对I(n)
’
信号和Q(n)
’
信号进行降采样抽取，得到抽取后的I路零中频信号和Q路零中频信号，其中，降采样抽取一般为2取1保留奇数项或保留偶数项的2倍抽取。该传统的正交数字下变频处理方法由于需要对混频后的每一个中频信号进行滤波，这不仅需要大量的乘法器硬件资源，还增加了数字电路的动态消耗。
[0005]申请号为CN 104393841A的专利文献公开了一种数字中频信号正交下变频的实现方法，该方法对输入的数字中频信号进行I路和Q路的四分之一下变频，然后对下变频后得到的I路和Q路信号的其中一路进行滤波，另一路进行数字延迟处理，最后进行降采样抽取。该方法虽然减少了滤波器的使用数量，但正交数字下变频处理的运算量仍然较大。
[0006]因此，对目前使用现场可编程逻辑门阵列FPGA实现正交数字下变频处理时，如何降低数字混频处理的硬件资源和运算量成为一个亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种数字中频信号的正交下变频方法，以减小数字混频处理的运算量，降低硬件资源消耗。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的数字中频信号的正交下变频方法，包括抽取和滤波两个步骤，其特征在于：
[0009]所述抽取，是每间隔三个时钟抽取一次数据，即抽取中频信号IF(n)的1/4的数据，得到第二数字中频信号序列IF(n)
pre
＝{S1,S2,S3,
…
,S
i
,
…
,S
n
},其中，i＝1,2,
…
,n，n为中频信号序列的总数，取值为整数，且为4的倍数，S
i
代表第二数字中频信号序列中第i个中频信号；
[0010]所述滤波，实现如下：
[0011]获取I路滤波器的卷积系数序列x1,x2,x3,
…
,x
i
,
…
,x
n
和Q路滤波器的卷积系数序
列y1,y2,y3,
…
,y
i
,
…
,y
n
，其中，
[0012]将第二数字中频信号序列S1,S2,S3,
…
,S
i
,
…
,S
n
分别与I路滤波器的卷积系数序列和Q路滤波器的卷积系数序列卷积，得到I0路多项式和Q0路多项式；
[0013]分别合并I0路多项式和Q0路多项式中的同类项，得到简化的两组多项式I1和Q1：
[0014]将简化后I1路多项式和Q1路多项式中的单项式分别进行卷积运算，并对卷积运算的结果求和得到I路零中频信号和Q路零中频信号。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
[0016]本专利技术在抽取过程中，由于只抽取中频信号1/4的数据，降低了需要滤波的中频信号总量；同时在滤波过程中，由于对中频信号序列和滤波卷积系数序列先合并同类项再卷积，少使用了一半的乘法器，其使用的乘法器总量仅为传统方法总量的1/8，有效的降低了数字混频滤波处理的运算量，节约了资源空间。
附图说明
[0017]图1为传统的正交数字下变频处理方法示意图。
[0018]图2为本专利技术的数字中频信号的正交下变频方法示意图。
[0019]图3为本专利技术中信号抽取示意图。
具体实施方式
[0020]以下结合附图对本专利技术的实施进行详细描述：
[0021]数字下变频技术是雷达通用信号系统中的关键技术，在雷达通用信号系统中，前端射频系统接收射频信号，将射频信号模拟混频、滤波后得到中频信号，AD转换器对中频信号采样后得到带宽数字中频信号，前端射频系统将数字中频信号发送给FPGA信号处理系统；
[0022]FPGA信号处理系统为了得到低速的零中频信号，需要先对数字中频信号进行数字下变频处理，将数字中频信号下变频到数字零中频信号，并降低数字信号的采样率。
[0023]参照图2，本实例的数字中频信号正交下变频包括数字中频信号的抽取和混频滤波，具体实现步骤如下：
[0024]步骤1，对数字中频信号进行抽取。
[0025]为了减少混频滤波过程中数字中频信号的总量，降低混频滤波处理的运算量，需要先对数字中频信号进行抽取。
[0026]参照图3，本实例对数字中频信号IF(n)的抽取，是每间隔三个时钟抽取一次数据，抽取的数量为中频信号的1/4的数据，得到抽取后的数字中频信号序列：
[0027]IF(n)
′
＝{S1,S2,S3,
…
,S
i
,
…
,S
n
}，
[0028]其中，S
i
代表抽取后数字中频信号序列中的第i个中频信号，i＝1,2,
…
,n，n为中频信号序列的总数，取值为整数，且为4的倍数。
[0029]步骤2，对抽取后的数字中频信号进行混频滤波。
[0030]为了得到滤掉高频信号的I、Q两路包含谐波的调制信号，需要对抽取后的数字中频信号进行混频滤波，本实例先将低通滤波器的卷积系数序列与数控振荡器产生正余弦本
振信号分别相乘，生成I路和Q路滤波器的卷积系数序列，再将I路和Q路滤波器的卷积系数序列和抽取后的数字中频信号序列卷积求和，完成对抽取后的数字中频信号的混频滤波，具体滤波混频处理如下：
[0031]2.1)获取I路和Q路滤波器的卷积系数序列：
[0032]通过本地数控振荡器产生正弦本振信号和余弦本振信号其中，f
s
表示中频信号的采样率，f0表示中频信号的频率，i＝1,2,
…
,n；
[0033]将中频信号的采样率设置为中频信号频率的4倍，对正弦本振信号和余弦本振信号分别进行4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字中频信号的正交下变频方法，包括抽取和混频滤波，其特征在于：所述抽取，是每间隔三个时钟抽取一次中频信号IF(n)的1/4的数据，得到抽取后的数字中频信号序列IF(n)'＝{S1,S2,S3,
…
,S
i
,
…
,S
n
},其中，i＝1,2,
…
,n，n为中频信号序列的总数，取值为整数，且为4的倍数，S
i
代表抽取后的数字中频信号序列中第i个中频信号；所述混频滤波，实现如下：获取I路滤波器的卷积系数序列x1,x2,x3,
…
,x
i
,
…
,x
n
和Q路滤波器的卷积系数序列y1,y2,y3,
…
,y
i
,
…
,y
n
，其中，将抽取后的数字中频信号序列S1,S2,S3,
…
,S
i
,
…
,S
n
分别与I路滤波器的卷积系数序列和Q路滤波器的卷积系数序列卷积，得到I路多项式I0和Q路多项式Q0；分别合并I路多项式I0和Q路多项式Q0中的同类项，得到简化的I路多项式I1和Q路多项式Q1；将简化后I路多项式I1和Q路多项式Q1中的单项式分别进行卷积运算，并对卷积运算的结果求和得到I路零中频信号和Q路零中频信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述获取I路滤波器的卷积系数序列x1,x2,x3,
…
,x
i
,
…
,x
n
和Q路滤波器的卷积系数序列y1,y2,y3,
…
,y
i
,
…
,y
n
，实现如下：本地数控振荡器产生正弦本振信号和余弦本振信号其中，f
s
表示中频信号的采样率，f0表示中频信号的频率，i＝1,2,
…
,n；将中频信号的采样率设置为中频信号频率的4倍，对正弦本振信号和余弦本振信号分别进行45
°
的相位变换，并将其幅值均扩大倍，得到正弦本振信号和余弦本振信号将i分别取值1,2,3,
…
,n的变量代入公式计算得到正弦本振信号序列1,1,
‑
1,
‑
1,
…
,1,1,
‑
1,
‑
1；将i分别取值1,2,3,
…
,n的变量代入公式计算得到余弦本振信号序列
‑
1,1,1,
‑
1,
…
,
‑
1,1,1,
‑
1；设低通滤波器的卷积系数序列为w1,w2,w3,
…
,w
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：高琦，翁博，王登峰，软会英，刘婧芳，黄艺，王冲旭，张丽娜，周明，陈彤，
申请(专利权)人：陕西长岭电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：