一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法技术

一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法，包括相关型微波辐射计极化信号接收、中频IQ变换、AD采集以及冗余相关四个步骤，其中相关型微波辐射计极化信号接收是天线接收到的射频信号通过正交模耦合器后分为V、H极化信号，通过低噪声放大、滤波、混频、滤波、放大后输出中频信号；通过90°功分器将接收到中频信号分为两路正交的0°、90°中频信号，然后通过AD采集按照大于接收信号1倍带宽的采样率完成数字采样；冗余相关通过采用2组冗余的相关运算结果进行平均运算，最终得到复相关结果。本发明专利技术具有在保证不恶化复相关灵敏度的条件下，将采样率降低1倍，降低了由于高采样率带来的系统硬件的复杂性，简化了信号处理算法，降低了信号处理速率。

【技术实现步骤摘要】
一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法
本专利技术涉及一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法，属于微波遥感领域。
技术介绍
最简单的相关型微波辐射计由三部分组成：双极化天线系统、双通道超外差式接收机和数字相关器。双极化天线系统接收来自观测场景的微波辐射亮温，变换成相互正交的极化信号，通过正交模耦合器(OMT)输出V路和H路信号进入V路和H路接收通道；超外差式接收机由一个公共本振将V路信号和H路信号下变频到中频，而数字相关器首先完成对输入信号的AD采样，再对这四路信号完成复相关处理。相关型微波辐射计可以应用于全极化微波辐射计和综合孔径微波辐射计中。采用多个相关型微波辐射计组成的系统称为综合孔径微波辐射计，其数字相关器输出的复相关结果为可见度函数，而对于全极化微波辐射计而言，单个相关型微波辐射计就能够完成全极化信息的提取，其数字相关器输出的复相关结果为T3和T4亮温。目前，相关型微波辐射计采样、处理主要由两种方法：(1)模拟中频0°、90°变换后，通过数字相关器采样后、相关处理得到复相关结果，对于单独0°信号和90°信号采样是按带通采样定理或是奈奎斯特采样定理进行采样，其复相关处理采用非冗余的处理方法。(2)数字中频0°、90°变换，通过数字相关器对单路中频信号进行采样后，再进行数字0°、90°变换，之后在进行非冗余复相关处理。本方法采用全新的中频信号处理方法，通过模拟IQ完成中频信号的正交变换，通过的方法完整的恢复被采样的信号，通过冗余的相关处理算法完成相关运算最终得到。上述方法的不足之处在于：(1)对于模拟0°、90°信号采样按照带通采样定理或奈奎斯特采样定理进行采样，采样率没有得到降低，采样率要求高；0°、90°变换实现形式为模拟方法实现，增加了硬件设备，复杂度和重量有所增加。(2)对于单路中频信号采样按照带通采样定理或奈奎斯特采样定理进行采样，采样率没有得到降低，采样率要求高；0°、90°变换实现形式为数字方法实现，对处理器的资源要求增加。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种相关型微波辐射计中频信号处理方法，在保证复相关灵敏度的前提下，降低了相关型辐射计AD采样率，本方法实现简单、可靠性高。本专利技术的技术解决方案是：一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法，包括步骤如下：(1)射频天线接收的射频信号通过正交模耦合器后分为V、H两路极化信号，V、H极化信号分别通过接收通道后，输出中频信号到90°功分器；(2)将中频信号分为0°、90°两路中频信号：V、H两路信号分别通过90°功分器将步骤(1)的中频信号变换为V路的两路正交的0°、90°的中频信号以及H路的两路正交的0°、90°的中频信号，并送至AD采集芯片；(3)AD采集芯片按照大于或者等于1倍输入信号带宽的采样率对V路的中频0°、90°信号以及H路的0°、90°信号的数字进行采样得到V路0°信号、V路90°信号、H路0°信号、H路90°信号，分别定义为V0、V90、H0和H90；(4)对步骤(3)中的V0、V90、H0和H90冗余处理：根据公式：进行复相关运算得到复相关结果的实部CRe、复相关结果的虚部CIm以及冗余复相关结果实部以及冗余复相关结果虚部并根据公式得到最终输出的复相关结果。所述步骤(3)中的AD采样所需要的采样率只需要按照大于或者等于1倍的输入信号带宽进行，即可以还原得到V或H路信号的信息。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术采用中频0°、90°变换方法，在AD采集的采样率降低1倍的情况下，能够完整的恢复被采样的信号，大大降低AD采样率以及系统处理速率。(2)本方法采用冗余的相关处理算法可以提高由于采样率降低的而带来的复相关灵敏度降低的问题，保证复相关灵敏度。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为V(或H路)0°、90°中频信号频谱；图3为V(或H路)0°、90°中频信号采样原理；图4为V(或H路)0°、90°中频采样混叠示意图；图5为V(或H路)0°、90°中频信号采样后合成结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述。如图1所示，相关型微波辐射计由三部分组成：双极化射频天线、接收通道和数字相关器。双极化天线系统接收来自观测场景的微波辐射亮温，变换成相互正交的极化信号，通过正交模耦合器(OMT)输出V路和H路信号进入V路和H路接收通道；接收通道由一个公共本振将V路信号和H路信号下变频到中频，而数字相关器首先完成对输入信号的AD采样，再对这四路信号完成复相关处理。相关型微波辐射计可以应用于全极化微波辐射计和综合孔径微波辐射计中。采用多个相关型微波辐射计组成的系统称为综合孔径微波辐射计，其数字相关器输出的复相关结果为可见度函数，而对于全极化微波辐射计而言，单个相关型微波辐射计就能够完成全极化信息的提取，其数字相关器输出的复相关结果为T3和T4亮温。本专利技术提供了一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法，具体步骤如下：(1)双极化射频天线接收的射频信号通过正交模耦合器(OMT)后分为V、H极化信号，通过接收通道的低噪声放大、滤波、混频、滤波、放大后输出V路和H路的中频信号(接收通道包含低噪声放大、射频滤波、混频、中频滤波、中频放大)输出到90°功分器；(2)将中频信号分为0°、90°两路中频信号：V、H两路信号分别通过90°功分器将步骤(1)的中频信号变换为V路的两路正交的0°、90°的中频信号以及H路的两路正交的0°、90°的中频信号，并送至AD采集芯片；(3)AD采集芯片按照大于或者等于1倍输入信号带宽的采样率对V路的中频0°、90°信号以及H路的0°、90°信号的数字进行采样得到V路0°信号、V路90°信号、H路0°信号、H路90°信号，分别定义为V0、V90、H0和H90；如图2所示，通过中频0°、90°采样完成中频信号的产生以及数字采样。相关型微波辐射计在接收通道后端增加了90°功分器，V、H接收通道输出0、90°正交信号，由于输出的信号是0、90°中频信号，可以等效为一个复信号，由于复信号是不存在镜像频率的，所以对复信号进行采样采用fs≥B即可。对于I路和Q路中频信号采样，根据傅里叶变化性质，I路信号频谱为：X(jω)＝X(-jω)(1)j*Q路信号的频谱为：X(jω)＝-X(-jω)(2)如图3所示，对于实中频信号采样需要满足带通采样定理的要求，0°、90°信号中频带通采样才不混叠。如图4所示，当不满足带通采样定理时，0°、90°通道采样结果，无论是0°中频信号还是90°，中频信号都产生了混叠。如附图5所示，在两路信号合成后，混叠的部分相互抵消，所以只要满足fs≥B既能够完成对0°、90°中频信号的采样，这样比中频采样定理要求的最小采样信号2倍带宽降低一半。(4)对步骤(3)中的V0、V90、H0和H90进行冗余处理，通过冗余相关处理完成复相关输出，对于数字相关器采样后的信号进行复相关处理，可以得到以下4个相关结果：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法，其特征在于步骤如下：（1）射频天线接收的射频信号通过正交模耦合器后分为V、H两路极化信号，V、H极化信号分别通过接收通道后，输出中频信号到90°功分器；（2）将中频信号分为0°、90°两路中频信号：V、H两路信号分别通过90°功分器将步骤（1）的中频信号变换为V路的两路正交的0°、90°的中频信号以及H路的两路正交的0°、90°的中频信号，并送至AD采集芯片；（3）AD采集芯片按照大于或者等于1倍输入信号带宽的采样率对V路的中频0°、90°信号以及H路的0°、90°信号的数字进行采样得到V路0°信号、V路90°信号、H路0°信号、H路90°信号，分别定义为V0、V90、H0和H90；（4）对步骤（3）中的V0、V90、H0和H90冗余处理：根据公式： C Re = V 0 · H 0 C Im = V 90 · H 0 C Re R = V 90 · H 90 C Im R = - V 0 · H 90 进行复相关运算得到复相关结果的实部CRe、复相关结果的虚部CIm以及冗余复相关结果实部CRRe以及冗余复相关结果虚部CRIm，并根据公式 C Re ′ = ( C Re + C Re R ) / 2 C Im ′ = ( C Im + C Im R ) / 2 得到最终输出的复相关结果。...

【技术特征摘要】
1.一种相关型微波辐射计中频信号欠采样处理方法，其特征在于步骤如下：（1）射频天线接收的射频信号通过正交模耦合器后分为V、H两路极化信号，V、H极化信号分别通过接收通道后，输出中频信号到90°功分器；（2）将中频信号分为0°、90°两路中频信号：V、H两路信号分别通过90°功分器将步骤（1）的中频信号变换为V路的两路正交的0°、90°的中频信号以及H路的两路正交的0°、90°的中频信号，并送至AD采集芯片；（3）AD采集芯片按照大于或者等于1倍输入信号带宽的采样率对V路的中频0°、90°信号以及H路的0°、90°信号的数字进行采样得到V路0°信号、V路90°信号、H路0°信号、H路90°信号，分别定义为V0、V90、H0和H90；（4）对步骤（3）中的V0、V90、H0和H90...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一楠，李浩，吕容川，陈文新，李延明，沈尚宇，金旭，段崇棣，
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：陕西;61