数字化微波辐射计信号处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数字化微波辐射计信号处理系统包括：高速率AD模块和FPGA模块；其中，高速率AD模块，用于高速采集宽带模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；FPGA模块，用于在快速接收宽带信号的获取宽带信号谱的同时，实时并行的处理各个频带数据并获取其能量值，对频谱进行能量分析；FPGA模块包括窗函数处理模块、并行FFT模块、检波模块以及积分模块和组帧输出模块，本发明专利技术综合考虑时域和频域特性，在快速接收宽带信号的同时，可以实时并行的处理各个通道数据并获取其能量值，同时该设计方法复杂度低，资源占有率少，提升了工作效率。作效率。作效率。

【技术实现步骤摘要】
数字化微波辐射计信号处理系统及方法


[0001]本专利技术涉及无源微波遥感载荷
，尤其涉及一种数字化微波辐射计信号处理系统及方法。

技术介绍

[0002]微波辐射测量技术用来测量物体微波热辐射的高灵敏度接收设备。通过不同频段不同极化的热辐射数据，可反演目标的温度、湿度、降水、云的液态水含量、云水相态、陆表温度、土壤湿度、海冰和覆盖、积雪深度和雪水含量等信息。广泛应用于气象、海洋、国土资源、环境、天文观测和深空探测领域。由国外发展现状可以看出，星载微波辐射计的发展趋势向多频段、多极化的集成一体化方向发展，实现对多参量的同时观测；需要探测的信号频带已经越来越宽，很多应用已达到GHz以上，同时探测频带越来越精细化，最窄需实现kHz频带的提取分析。因此，实现宽带信号的接收并精细化频谱分析技术，尤其要求接收处理宽带信号的同时还有实时的细分和通道能量提取技术，已经成为研究的热点。由于模拟技术具有易受干扰、改动不便且系统复杂等缺点，数字技术以其抗干扰能力强、稳定、系统灵活等优点，发展迅猛，是未来技术所趋，因此，宽带数字化精细谱分析技术成为了研究领域的热点问题。
[0003]宽带信号的接收，常采用多通道并行接收机制，每个通道处理一定的带宽，这样可以提高接收系统的实时性，而检测各个通道的信号能量是探测领域，尤其探测短时自然灾害的重要应用。快速的接收处理宽带多通道信号并获取其能量，需要解决很多关键的技术问题，对于宽带信号而言，采样率非常高，要求具有高速的信号采集功能，高速的并行处理和高精度数据分析能力，同时兼顾系统的复杂度和资源占有率，这些也是宽带数字接收处理的难点所在。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种数字化微波辐射计信号处理系统及方法。
[0005]本专利技术还提供了一种数字化微波辐射计信号处理系统，包括：高速率AD模块和FPGA模块；其中，
[0006]所述高速率AD模块，用于高速采集宽带模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；
[0007]所述FPGA模块，用于在快速接收宽带信号的获取宽带信号谱的同时，实时并行的处理各个频带数据并获取其能量值，对频谱进行能量分析；
[0008]所述FPGA模块包括窗函数处理模块、并行FFT模块、检波模块以及积分模块和组帧输出模块，
[0009]窗函数处理模块，与接收模块连接，用于在进行并行FFT运算前先对输入信号做加窗处理，将接收模块输出的并行多路数据进行并行加窗处理，输出多路的并行数据；
[0010]并行FFT模块，用于将输入的宽带信号进行频域转化，获取宽带信号的频谱并输出
FFT结果；
[0011]检波模块，用于提取各个子带信号的能量值，并根据子带带宽和预设的子带数目对FFT结果进行数字检波，得出各子带的功率和能量；
[0012]积分模块，用于根据输入的积分时间，采取滑动窗口累加的方法，对能量值进行累积输出各子带预设积分时间内的能量；
[0013]偏置模块，用于对获取到的能量进行偏置处理得到偏置数据；
[0014]组帧输出模块，用于将各子带的所述偏置数据进行组帧，并以LVDS格式输出。
[0015]作为优选地，所述并行FFT模块中信号依次经过若干复数处理模块、若干流水线结构FFT处理模块、若干单路FFT恢复模块、若干乘法器、多路输出融合模块和频域输出模块。
[0016]作为优选地，所述窗函数处理模块采用有效抑制旁瓣的blackman
‑
harris窗，将窗函数进行量化且分路存储在不同的ROM中，对输入的多路数据与分路滤波系数进行对应相乘并截位处理后获得加窗的时域数据。
[0017]作为优选地，所述窗函数处理模块的加窗处理方法为输入数据与窗系数的乘法运算，加窗后输出结果为
[0018]y(n)＝x(n)*w(n)，
[0019]其中，x(n)为输入信号，w(n)为生成的blackman
‑
harris窗系数。
[0020]作为优选地，所述并行FFT模块的频域转化方法包括：
[0021]对N点时域信号x(n)进行快速傅里叶变换：
[0022][0023]令
[0024]根据的周期性表现为
[0025][0026]其中a为整数，m＝0,1,
…
,N
‑
1；
[0027]对N点时域信号进行N1倍抽取，得到
[0028][0029]一个N点的FFT通过并行的方式实现：
[0030][0031]根据DFT的共轭对称性，已知两个实序列x1(n),x2(n)，构造新序列x(n)＝x1(n)+jx2(n)，对x(n)进行N点DFT变换得到X(k)，由X(k)求得实序列x1(n)和x2(n)的N点DFT：
[0032][0033]其中，x(n)为时域信号的幅度、X(k)为时域信号转换为频域信号的幅度、X*(k)为X(k)的复共轭序列，N为傅里叶变换区间长度、N1为抽取倍数即并行路数、N2为并行处理后每一路的点数，N＝N1N2；n＝n2N1+n1；n2＝0,1,2,
…
,N2‑
1；n1＝0,1,2,
…
,N1‑
1；k＝k1N2+k2；k1＝0,1,2,
…
,N1‑
1；k2＝0,1,2,
…
,N2‑
1。
[0034]作为优选地，所述检波模块采用平方检波法，根据数字离散域的帕赛瓦尔定理，时域信号的幅度的平方等于其频域的幅度的平方除以计算点数，即信号在时域的总能量等于信号在频域的总能量：
[0035][0036]其中，x[n]为时域信号的幅度，X[k]为时域信号转换为频域信号的幅度。
[0037]作为优选地，所述复数处理模块将数据并行分成两路，其中一路作为流水FFT结构的实部，一路作为流水FFT结构的虚部，从而省去一半的FFT的IP资源。
[0038]作为优选地，所述频域输出模块，用于根据通道子带和数目参数，并行多路自动识别频谱索引值，从而提取各个通道的子带频谱送入所述检波模块。
[0039]作为优选地，所述高速率AD模块采用12bit、四通道、单通道的EV12AQ600，配置为两通道交织采样模式。
[0040]本专利技术还提供了一种数字化微波辐射计信号处理方法，应用于本专利技术实施例所述的数字化微波辐射计信号处理系统，包括：
[0041]高速采集宽带模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；
[0042]在快速接收宽带信号的获取宽带信号谱的同时，实时并行的处理各个频带数据并获取其能量值，对频谱进行能量分析；
[0043]在进行并行FFT运算前先对输入信号做加窗处理，将接收模块输出的并行多路数据进行并行加窗处理，输出多路的并行数据；
[0044]将输入的宽带信号进行频域转化，获取宽带信号的频谱并输出FFT结果；
[0045]提取各个子带信号的能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化微波辐射计信号处理系统，其特征在于，包括：高速率AD模块和FPGA模块；其中，所述高速率AD模块，用于高速采集宽带模拟信号，并将所述模拟信号转换为对应的数字信号；所述FPGA模块，用于在快速接收宽带信号的获取宽带信号谱的同时，实时并行的处理各个频带数据并获取其能量值，对频谱进行能量分析；所述FPGA模块包括窗函数处理模块、并行FFT模块、检波模块以及积分模块和组帧输出模块，窗函数处理模块，与接收模块连接，用于在进行并行FFT运算前先对输入信号做加窗处理，将接收模块输出的并行多路数据进行并行加窗处理，输出多路的并行数据；并行FFT模块，用于将输入的宽带信号进行频域转化，获取宽带信号的频谱并输出FFT结果；检波模块，用于提取各个子带信号的能量值，并根据子带带宽和预设的子带数目对FFT结果进行数字检波，得出各子带的功率和能量；积分模块，用于根据输入的积分时间，采取滑动窗口累加的方法，对能量值进行累积输出各子带预设积分时间内的能量；偏置模块，用于对获取到的能量进行偏置处理得到偏置数据；组帧输出模块，用于将各子带的所述偏置数据进行组帧，并以LVDS格式输出。2.如权利要求1所述的数字化微波辐射计信号处理系统，其特征在于，所述并行FFT模块中信号依次经过若干复数处理模块、若干流水线结构FFT处理模块、若干单路FFT恢复模块、若干乘法器、多路输出融合模块和频域输出模块。3.如权利要求1所述的数字化微波辐射计信号处理系统，其特征在于，所述窗函数处理模块采用有效抑制旁瓣的blackman
‑
harris窗，将窗函数进行量化且分路存储在不同的ROM中，对输入的多路数据与分路滤波系数进行对应相乘并截位处理后获得加窗的时域数据。4.如权利要求3所述的数字化微波辐射计信号处理系统，其特征在于，所述窗函数处理模块的加窗处理方法为输入数据与窗系数的乘法运算，加窗后输出结果为y(n)＝x(n)*w(n)，其中，x(n)为输入信号，w(n)为生成的blackman
‑
harris窗系数。5.如权利要求1所述的数字化微波辐射计信号处理系统，其特征在于，所述并行FFT模块的频域转化方法包括：对N点时域信号x(n)进行快速傅里叶变换：令根据的周期性表现为其中a为整数，m＝0,1,
…
,N
‑
1；
对N点时域信号进行N1倍抽取，得到一个N点的FFT通过并行的方式实现：根据DFT的共轭对称性，已知两个实序列x1(n),x2(n)，构造新序列x(n)＝x1(n)+jx2(n)，对x(n)进行N点DFT变换得到X(k)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李惠媛，王春晓，荣师洁，吴鑫涛，冯剑锋，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：