CN103634249A - 一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法及其装置，输入安全指令接收机中频调频信号通过量化比较电路转换为方波信号，采用简单低廉的量化比较电路代替复杂昂贵的A/D采样电路，节省了印制板面积及A/D芯片大量的外围电路，降低了电路功耗。对该方波信号进行单bit采样，采样信号通过正交变换和补偿电路实现正交变换，两路正交信号通过解调算法的处理得到调制信号的频率信息，通过对该信号的抽取滤波完成基带调制信号的波形恢复。采用单bit信号进行正交变换及解调算法，节省了逻辑可编程电路的资源，降低了电路功耗，且滤波器参数设计更加简单。

Description

一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种中频调频信号解调方法及其装置，尤其涉及一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法及其装置。

背景技术

安全指令接收机一般配套外安或测量系统，用于确保靶场及航区重要目标的安全。在弹箭飞行试验过程中，接收并解调地面站安全遥控设备的安全遥控指令，及时、准确、可靠地将故障弹箭炸毁，是实施弹箭自毁的关键安全遥控设备。

考虑到安全指令接收机的重要性及使用环境的特殊性，其信号调制方式通常选用调频体制。安全指令接收机多采用超外差接收结构，对接收到的安全遥控信号进行FM解调。为了保证产品的可靠性和实时性，对中频调频信号的解调一般采用开环解调方案。

目前，安全指令接收机对基带调制信号的解调已采用数字设计方案实现，中频调频信号的解调仍采用模拟解调。随着技术发展和型号需求的提升，对中频调频信号解调进行数字化设计可以进一步降低安全指令接收机产品功耗，为产品进行小型化设计打下基础，因此，研制减少产品元器件使用数量，降低产品调试工作量的中频调频信号的数字解调方法及其装置十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法及其装置，以降低了解调所需功耗，也降低了解调所需要的逻辑可编程电路资源。

为了实现上述目的，本发明提供了一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法，包括以下步骤：

S1：将一安全指令接收机中频调频信号输入一量化比较电路进行比较，输出方波信号；

S2：对所述方波信号进行单bit采样，得到第一单bit采样信号；

S3：所述第一单bit采样信号分别经正交变换以及延时补偿，转换为一对互相正交的信号；

S4：通过解调算法对所述相互正交的信号进行解调，得到一包含所述安全指令接收机中频调频信号的原调制信号频率信息的第二单bit采样信号；

S5：对所述第二单bit滤波器进行抽取滤波处理，恢复所述原调制信号波形。

较佳地，所述正交变换为通过希尔伯特滤波器实现的。

较佳地，所述调频解调算法为：

$f\left(n\right)=\frac{X_I\left(n\right)X_Q^{\′}\left(n\right)-X_I^{\′}\left(n\right)X_Q\left(n\right)}{X_I^2\left(n\right)+X_Q^2\left(n\right)},$

其中,X′_Q(n)=X_Q(n)-X_Q(n-1),X′_I(n)=X_I(n)-X_I(n-1)，X_Q(n)为所述Q路信号，X_I(n)为所述I路信号，f(n)为所述第二单bit采样信号。

较佳地，所述抽取滤波是通过CIC抽取滤波器来实现的。

更进一步地，在S5中还包括，通过一带通滤波器滤除所述CIC抽取滤波器中输出的调制波形中的直流分量和带外频率信息。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置，至少包括

量化比较电路，接收一安全指令接收机中频调频信号，并将其转换成方波信号；

单bit数字采样电路，对所述方波信号进行单bit采样，得到第一单bit采样信号；

正交变换模块，对所述第一单bit采样信号进行正交变换，得到I路信号；补偿电路，接收所述第一单bit采样信号，得到Q路信号，使所述Q路信号与所述I路信号正交；

解调算法模块，对所述I路信号以及所述Q路信号进行解调，得到一包含所述安全指令接收机中频调频信号的原调制信号频率信息的第二单bit采样信号；以及

抽取滤波器，对所述第二单bit信号恢复所述原调制信号波形。

较佳地，所述正交变换为通过希尔伯特滤波器实现的。

较佳地，所述解调算法模块的调频解调算法为：

$f\left(n\right)=\frac{X_I\left(n\right)X_Q^{\′}\left(n\right)-X_I^{\′}\left(n\right)X_Q\left(n\right)}{X_I^2\left(n\right)+X_Q^2\left(n\right)},$

其中,X′_Q(n)=X_Q(n)-X_Q(n-1),X′_I(n)=X_I(n)-X_I(n-1)，X_Q(n)为所述Q路信号，X_I(n)为所述I路信号，f(n)为所述第二单bit采样信号。

较佳地，所述抽取滤波器为CIC抽取滤波器。

更进一步地，还包括一带通滤波器，滤除所述CIC抽取滤波器中输出的调制波形中的直流分量和带外频率信息。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

（1）本发明采用简单低廉的量化比较电路代替复杂昂贵的A/D采样电路，节省了印制板面积及A/D芯片大量的外围电路，降低了电路功耗；

（2）本发明采用单bit信号进行正交变换及解调算法，节省了逻辑可编程电路的资源，降低了电路功耗；

（3）本发明采用单bit信号进行正交变换及解调算法，单bit信号的正交变换，滤波器参数设计更加简单，降低调试工作量。

附图说明

图1为本发明提供的一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法的流程图；

图2为本发明提供的一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置的结构示意图；

图3为实施例一二中安全指令接收机中频调频信号波形和量化比较电路输出的方波信号波形；

图4为实施例一二中单bit采样电路输出信号；

图5为实施例一二中希尔伯特滤波器幅频响应曲线图；

图6为实施例一二中I路信号与Q路信号的波形图；

图7为实施例一二中实现解调算法的逻辑电路图；

图8为实施例一二中解调算法输出的第二单bit采样信号的波形；

图9为实施例一二中CIC抽取滤波器所恢复出的原调制信号的波形。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例来进一步说明本发明。

参见出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

实施例一

如附图1所示的本发明提供的一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法的流程图，包括以下步骤：

S1：将一安全指令接收机中频调频信号输入一量化比较电路进行比较，输出方波信号，如附图3所示。

对于调频信号而言，此变换不会丢失中频调频信号的频率信息。

S2：对方波信号进行单bit采样，得到第一单bit采样信号，如附图4所示。

S3：所述第一单bit采样信号经正交变换得到得到I路信号,以及对第一单bit采样信号进行延时补偿，得到Q路信号，使Q路信号与I路信号正交，如附图6所示，匹配I路信号因进行了正交变换而造成的延时，转换为一对互相正交的信号。

采用单bit信号的正交变换，滤波器参数设计更加简单。正交变换为通过希尔伯特滤波器实现的，如图5所示为设计的希尔伯特滤波器幅频响应曲线。

S4：通过解调算法对相互正交的Q路信号与I路信号进行解调，得到一包含安全指令接收机中频调频信号的原调制信号频率信息的第二单bit采样信号，图8为本实施例中第二单bit采用信号的波形；其调频解调算法为：

$f\left(n\right)=\frac{X_I\left(n\right)X_Q^{\′}\left(n\right)-X_I^{\′}\left(n\right)X_Q\left(n\right)}{X_I^2\left(n\right)+X_Q^2\left(n\right)}---\left(1\right)$

公式（1）中,X′_Q(n)=X_Q(n)-X_Q(n-1),X′_I(n)=X_I(n)-X_I(n-1)，X_Q(n)为Q路信号，X_I(n)为I路信号，f(n)为第二单bit采样信号。

并且对于调频信号，其振幅近似恒定，可以设

代入公式（1）可以得到

$f\left(n\right)=\frac{1}{A}{X}_I(n-1)X_Q\left(n\right)-X_I\left(n\right)X_Q(n-1)---\left(2\right)$

对于单bit解调，信号幅度A不会对该解调算法输出造成影响，根据公式（2）得到的第二单bit采样信号f(n)包含了调制信号的频率信息，如附图7所示为本发明调频解调算法实现框图。

S5：对第二单bit滤波器进行抽取滤波处理，恢复原调制信号波形。抽取滤波是通过CIC抽取滤波器来实现的，如附图9所示，为本实施例中恢复出的原调制信号波形。因CIC抽取滤波器具有较大的直流增益，因此后续信号处理若有需要可通过带通滤波器滤除直流分量和带外频率信息。

其中S2-S5均是通过逻辑可编程电路来实现的，可以通过FPGA、CPLD或DSP等数字可编程电路来实现，并不做限定。

实施例二

附图2为本发明一种用于安全指令接收机中频调频信号的单bit解调的结构示意图，以下详细描述本发明提供的一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置。

一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置至少包括量化比较电路1、单bit数字采样电路2、正交变换模块3、补偿电路4、解调算法模块5、抽取滤波器6，其中单bit数字采样电路2、正交变换模块3、解调算法模块4以及抽取滤波器5均是通过逻辑可编程电路来实现的，本实施例中通过FPGA芯片进行实现，也可以通过CPLD或DSP等其他数字可编程电路来实现，并不做限定。

量化比较电路1，接收一安全指令接收机中频调频信号7，并将其转换成方波信号8，转换前后的信号波形如附图3所示，对于调频信号而言，此变换不会丢失中频调频信号的频率信息。

单bit数字采样电路2，对方波信号8进行单bit采样，得到第一单bit采样信号9，如附图4所示。本实施例中，此单bit数字采样电路即为通过FPGA芯片的自身采样频率来实现的。

正交变换模块3，对第一单bit采样信号9进行正交变换，得到I路信10。

补偿电路4，接收第一单bit采样信号9，得到Q路信号11，使Q路信号11与I路信号10正交，如附图6所示波形，匹配I路信号10因进行了正交变换而造成的延时。

采用单bit信号9的正交变换，滤波器参数设计更加简单。本实施例中为通过希尔伯特滤波器实现正交变换的，如图5所示为设计的希尔伯特滤波器幅频响应曲线。

解调算法模块5，对I路信号10以及Q路信号11进行解调，得到一包含安全指令接收机中频调频信号的原调制信号12频率信息的第二单bit采样信号13，如附图8所示波形。

其中调频解调算法为：

$f\left(n\right)=\frac{X_I\left(n\right)X_Q^{\′}\left(n\right)-X_I^{\′}\left(n\right)X_Q\left(n\right)}{X_I^2\left(n\right)+X_Q^2\left(n\right)}---\left(1\right)$

公式（1）中,X′_Q(n)=X_Q(n)-X_Q(n-1),X′_I(n)=X_I(n)-X_I(n-1)，X_Q(n)为Q路信号，X_I(n)为I路信号，f(n)为第二单bit采样信号。

并且对于调频信号，其振幅近似恒定，可以设

代入公式（1）可以得到

$f\left(n\right)=\frac{1}{A}{X}_I(n-1)X_Q\left(n\right)-X_I\left(n\right)X_Q(n-1)---\left(2\right)$

对于单bit解调，信号幅度A不会对该解调算法输出造成影响，根据公式（2）得到的第二单bit采样信号f(n)包含了调制信号的频率信息，如附图7所示为本发明调频解调算法实现框图。

抽取滤波器6，通过第二单bit信号13恢复原调制信号12的波形，如附图9所示，为本实施例中恢复出的原调制信号12的波形。抽取滤波器是通过CIC抽取滤波器来实现的。又因CIC抽取滤波器具有较大的直流增益，因此后续信号处理若有需要可通过带通滤波器滤除直流分量和带外频率信息。附图6为CIC抽取滤波器所解调信号的波形。

综上所述，本发明具有设计简单，易于实现，资源使用较少，并具有很强的通用性，用简单低廉的量化比较电路代替复杂昂贵的A/D采样电路，节省了印制板面积及A/D芯片大量的外围电路，降低了电路功耗。采用单bit信号进行正交变换及解调算法，节省了逻辑可编程电路的资源，降低了电路功耗。采用单bit信号进行正交变换及解调算法，单bit信号的正交变换，滤波器参数设计更加简单，降低调试工作量。可广泛应用于调频体制的安全指令接收机中频调频信号的解调设计中，对其他中频调频的解调具有一定的指导意义。

上述公开的仅为本发明的具体实施例，该实施例只为更清楚的说明本发明所用，而并非对本发明的限定，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。

Claims (10)

1.一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将一安全指令接收机中频调频信号输入一量化比较电路进行比较，输出方波信号；

S2：对所述方波信号进行单bit采样，得到第一单bit采样信号；

S3：所述第一单bit采样信号分别经正交变换以及延时补偿，转换为一对互相正交的信号；

S4：通过解调算法对所述相互正交的信号进行解调，得到一包含所述安全指令接收机中频调频信号的原调制信号频率信息的第二单bit采样信号；

S5：对所述第二单bit滤波器进行抽取滤波处理，恢复所述原调制信号波形。

2.如权利要求1所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法，其特征在于，所述正交变换为通过希尔伯特滤波器实现的。

3.如权利要求1所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法，其特征在于，所述调频解调算法为：

$f\left(n\right)=\frac{X_I\left(n\right)X_Q^{\′}\left(n\right)-X_I^{\′}\left(n\right)X_Q\left(n\right)}{X_I^2\left(n\right)+X_Q^2\left(n\right)},$

其中,X′_Q(n)=X_Q(n)-X_Q(n-1),X′_I(n)=X_I(n)-X_I(n-1)，X_Q(n)为所述Q路信号，X_I(n)为所述I路信号，f(n)为所述第二单bit采样信号。

4.如权利要求1所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法，其特征在于，所述抽取滤波是通过CIC抽取滤波器来实现的。

5.如权利要求4所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调方法，其特征在于，在S5中还包括，通过一带通滤波器滤除所述CIC抽取滤波器中输出的调制波形中的直流分量和带外频率信息。

6.一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置，其特征在于，至少包括

量化比较电路，接收一安全指令接收机中频调频信号，并将其转换成方波信号；单bit数字采样电路，对所述方波信号进行单bit采样，得到第一单bit采样信号；正交变换模块，对所述第一单bit采样信号进行正交变换，得到I路信号；

补偿电路，接收所述第一单bit采样信号，得到Q路信号，使所述Q路信号与所述I路信号正交；

解调算法模块，对所述I路信号以及所述Q路信号进行解调，得到一包含所述安全指令接收机中频调频信号的原调制信号频率信息的第二单bit采样信号；以及

抽取滤波器，将所述第二单bit信号恢复所述原调制信号波形。

7.如权利要求6所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置，其特征在于，所述正交变换模块为通过希尔伯特滤波器实现的。

8.如权利要求6所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置，其特征在于，所述解调算法模块中的调频解调算法为：

$f\left(n\right)=\frac{X_I\left(n\right)X_Q^{\′}\left(n\right)-X_I^{\′}\left(n\right)X_Q\left(n\right)}{X_I^2\left(n\right)+X_Q^2\left(n\right)},$

其中,X′_Q(n)=X_Q(n)-X_Q(n-1),X′_I(n)=X_I(n)-X_I(n-1)，X_Q(n)为所述Q路信号，X_I(n)为所述I路信号，f(n)为所述第二单bit采样信号。

9.如权利要求6所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置，其特征在于，所述抽取滤波器为CIC抽取滤波器。

10.如权利要求6所述的一种安全指令接收机中频调频信号的解调装置，其特征在于，还包括一带通滤波器，滤除所述CIC抽取滤波器中输出的调制波形中的直流分量和带外频率信息。

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