CN103117758A - Uhf频率测流雷达保持多通道接收机相位一致性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及UHF频率测河流流速雷达的数字中频接收机，公开了一种数字中频或视频相位补偿方法，包括：UHF测流雷达需要多个接收通道，各接收通道的中频信号要求有很好的幅相一致性，幅度一致性可以通过模拟AGC分别进行调节，而通过模拟电路在射频、混频前中调节相位一致性是很困难的。可以通过中频信号在数字下变频时完成相位的补偿，使下变频后各路视频信号相位保持一致性。该方法采用了闭环控制方式，保证了补偿相位可以进行自适应的完成，保证了各路相位一致性可以实时调整，即使在雷达运行时也可以通过很短的时间进行检测，校正。本发明解决了测流雷达接收信号相位不一致性对后续信号处理、数据处理带来的影响，降低了雷达测量系统误差，整个过程采用环路自适应控制，补偿各个通道之间的相位差，达到了智能的效果。

Description

UHF频率测流雷达保持多通道接收机相位一致性的方法

技术领域

本发明涉及UHF测流雷达多通道数字中频接收机，特别是需要多路接收信号相位保持一致性的场合。

背景技术

众所周知，UHF测流雷达为实现角度分辨，雷达接收机通常要接收几路信号。以三路接收通道为例，必须要求三通道的相位保持一致。雷达信号经过电磁波传送、到达雷达天线、天线馈电、混频前中到达数字中频接收机，三通道的相位很难保持一致，在模拟前端进行相位的补偿调节是很难做到的。可以通过数字下变频时完成相位的补偿，使三路视频输出相位达到一致。

目前为了保持三路信号的相位一致性，都是通过电缆配相的办法实现，在实际操作中比较困难，稳定性差、且准确性难以保证，存在较大误差。在环境恶劣的条件下，相位变化较大，更加难以调整。采用该数字中频相位补偿方法，可以有效解决该问题。由于直接数字下变频多采用FPGA实现，在FPGA硬件平台上实现算法难度不大，占用资源少。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有雷达数字中频接收机各通道相位不一致的情况，提出一种数字中频相位补偿方法。该方法实现简单，实时性强，可以自适应的调整相位补偿量，使三路视频输出相位保持一致。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种数字中频相位补偿方法，该方法包括：

采用第一路信号作为参考，该路信号经过射频前端两次混频至中频信号，然后经过FPGA内部的NCO进行数字下变频，数字下变频后经过低通滤波器取其低频部分得到信号，该信号的相位

中包含了该路输入信号与NCO1的相位差。第二路信号同样经过类似处理，得到信号

，该信号的相位

中包含了第二路输入信号与NCO2的相位差，使用鉴相模块取得两路信号的相位差

，然后采用该差值去补偿NCO2的相位，经过闭环控制使这样

，两路中频信号经过下变频后输出的视频信号的相位保持一致，从而达到了相位补偿的目的，同样，可以用类似的方法处理第三路。通过相位补偿使三路信号相位保持一致。

本发明是一种可用于多路数字中频接收机的相位补偿方法，由于本方法使用了FPGA硬件平台，对射频信号的相位补偿转换为对NCO模块进行相位补偿，这样原来复杂的调试过程，转化为通过软件自适应的调整，补偿各路之间的相位差，从而使各路信号到视频级时相位保持一致。整个补偿算法都是在FPGA中通过软件完成，不需要额外的硬件，产品集成度高。算法简单，环路无条件收敛，且收敛时间快，可以在10ms内完成对相位的补偿，同时在低信噪比下也可以完成。该发明大大提高了三通道雷达的相位一致性，而且其调试简单，灵活性强。

附图说明

附图为一种数字中频相位补偿方法的框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

附图为本发明一种数字中频相位补偿方法的框图。如图的实施例所示，该方法包括：

信号经过天线后得到射频校准信号，然后经过串馈波导耦合器，经过N个通道得到N路中频信号，N路中频信号进数字中频接收机，经过N路A/D采样后得到N路数字信号，数字信号在FPGA中完成数字下变频和正交化，具体实施是通过与本地NCO进行正交相乘得到，两路正交信号分别为I路和Q路，这两路信号包含了下变频后输入信号与本地NCO之间的相位差信息。取其中第一路作为参考信号，将第一路的相位差与第二路、第三路，直至第N路的相位差进行鉴相，鉴相采用复数相乘。第一路经过NCO数字正交下变频后信号为I/Q两路，可以写为复数形式：

$s_1\left(t\right)=e^{j(2\mathrm{\π\Δf}+{\mathrm{\Δ\φ}}_1)}$

同理第二路第三路第N路可以写为

$s_n\left(t\right)=e^{j(2\mathrm{\π\Δf}+{\mathrm{\Δ\φ}}_n)}$ (其中n＝2、3…N)

Δφ₁、Δφ₂、Δφ₃…Δφ_N分别为各路输入信号与本地NCO之间的相位差，Δf为输入信号与本地NCO之间的频率差，第一路信号与第二路、第三路信号的共轭信号相乘得到：

$p_{1\_2}\left(t\right)=s_1\left(t\right)*s_2^{*}\left(t\right)=e^{j(\mathrm{\Δ\φ}1-\mathrm{\Δ\φ}2)}$

$p_{1\_3}\left(t\right)=s_1\left(t\right)*s_3^{*}\left(t\right)=e^{j(\mathrm{\Δ\φ}1-\mathrm{\Δ\φ}3)}$

$p_{1\_N}\left(t\right)=s_1\left(t\right)*s_N^{*}\left(t\right)=e^{j(\mathrm{\Δ\φ}1-\mathrm{\Δ\φN})}$

Δφ₁-Δφ₂为鉴相输出相位差，使用该相位差调整NCO2的相位，直到Δφ₁-Δφ₂＝0，此时说明Δφ₁＝Δφ₂，表明第一路和第二路的视频输出相位一致，同样的方法可以调整NCO3、NCO4，直至NCOn。最后使各路信号相位保持一致。

本发明实施例中：

NCO模块采用FPGA完成，可以根据需要产生任意中频信号进行数字下变频，并完成正交化。

鉴相算法通过复数相乘，然后求其反正切值得到相位差，整个算法采用FPGA逻辑完成。

整个算法采用闭环控制，可以自适应的完成相位补偿，整个过程可以在很短的时间内完成，大约为10ms。

下面进一步对本发明实施例的工作过程进行描述：

根据已知条件，天线接收信号经过射频前端、混频前中，得到各路中频信号，然后进入数字中频接收机，经过各路A/D采样后进行数字下变频、正交化处理，然后通过鉴相算法得到第一路与第二路，第一路和第三路，第一路与第N路之间的相位差，使用该相位差来补偿NCO2、NCO3、NCOn，经过闭环循环，最终各路视频输出之间的相位差为0。

综上所述，本发明由于使用了FPGA、NCO、鉴相算法、闭环设计等，可以使原来难以在射频端进行调整的三路相位不一致情况，转换为在视频端进行精确的相位补偿，从根本上解决了多路雷达信号相位不一致的情况。本发明具有电路简单、可靠性高、容易实现的特点，并具有一定的通用性，可广泛应用于类似的雷达中频数字接收系统中。

Claims (4)

1.一种UHF测流雷达的数字中频相位补偿方法，该方法应用于测流雷达的多通道数字中频接收系统中，实现多个通道的相位在数字下变频后保持一致，其特征在于：在中频下变频时，通过调整数字下变频时NCO的初始相位进行相位补偿，从而使得各路视频输出相位保持一致性。

2.如权利要求1所述的一种数字中频相位补偿方法，其特征在于：该数字中频相位补偿方法可以自适应的根据当前的各通道之间的相位差进行相位补偿，补偿后可以进行适时监控，在相位发生错误时可以重新进行校正。

3.如权利要求1所述的一种数字中频相位补偿方法，其特征在于：采用数字鉴相的方式求出各路输入信号之间的相位差，也就是鉴相误差，通过该鉴相误差不断修正NCO的初始相位，最后使各通道相位与第一路的相位差达到一致，从而保证了各通道相位的一致性，算法采用了自闭环算法，收敛速度快，可以在10ms内完成相位的补偿。

4.如权利要求1所述的一种数字中频相位补偿方法，其特征在于：整个算法在FPGA硬件平台上，可通过软件的方式进行内部参数的调节。

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