CN103647564A - 一种双通道短波信号分集接收系统及其接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分集接收技术领域，公开了一种双通道短波信号分集接收系统及其接收方法。该双通道短波信号分集接收系统包括：第1接收天线、第2接收天线、双通道接收机；双通道接收机分别电连接第1接收天线和第2接收天线；双通道接收机包括：依次电连接的双通道信号处理模块、双通道数据处理器、CPCI计算机；双通道信号处理模块包括第i单通道信号处理模块，i取1和2；第i接收天线电连接第i单通道信号处理模块；双通道数据处理器包括第i单通道数据处理器；CPCI计算机分别电连接第1单通道数据处理器和第2单通道数据处理器；双通道短波信号分集接收系统还包括：数据库服务器，CPCI计算机的输出端电连接数据库服务器的输入端。

Description

一种双通道短波信号分集接收系统及其接收方法

技术领域

本发明属于分集接收技术领域，特别涉及一种双通道短波信号分集接收系统及其接收方法。

背景技术

无线通信中信号衰落是影响通信质量的主要因素之一。其中的快衰落深度可达30～40dB，如果想利用加大发射功率、增加天线尺寸和高度等方法来克服这种深衰落是不现实的，而且会造成对其它电台的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双通道短波信号分集接收系统及其接收方法。该双通道短波信号分集接收系统通过分集接收技术减轻信道衰落的影响，获得分集增益，能增加接收灵敏度。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，包括：用于接收同一射频信号的第1接收天线和第2接收天线，还包括双通道接收机；所述双通道接收机的输入端分别电连接第1接收天线和第2接收天线；

所述双通道接收机包括：依次电连接的双通道信号处理模块、双通道数据处理器；所述双通道信号处理模块包括用于对来自第i接收天线的射频信号进行放大、滤波、混频处理的第i单通道信号处理模块，i取1和2；所述第i接收天线电连接第i单通道信号处理模块的输入端；所述双通道数据处理器包括用于对来自第i单通道信号处理模块的信号依次进行模数转换、下变频的第i单通道数据处理器；所述双通道接收机还包括：用于对来自第i单通道数据处理器的信号进行格式转换的CPCI计算机，所述CPCI计算机分别电连接第1单通道数据处理器的输出端和第2单通道数据处理器的输出端；

所述双通道短波信号分集接收系统还包括：用于对来自CPCI计算机的两路数据进行合并的数据库服务器，所述CPCI计算机的输出端电连接数据库服务器的输入端。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

所述第i单通道信号处理模块包括：射频处理电路、第一混频器、第一中频处理电路、第二混频器、第二中频处理电路；所述射频处理电路的输出端电连接第一混频器的射频输入端，所述第一混频器的中频输出端电连接第一中频处理电路的输入端，所述第一中频处理电路的输出端电连接第二混频器的中频输入端，所述第二混频器的中频输出端电连接第二中频处理电路的输入端，所述第二中频处理电路的输出端电连接第i单通道数据处理器的输入端；

所述双通道接收机包括：用于产生第一本振信号和第二本振信号的频率合成器，所述频率合成器的第一本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；所述频率合成器的第二本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；

在所述第i单通道信号处理模块中，所述射频处理电路为用于对来自第i接收天线的射频信号进行放大、滤波处理的射频信号处理电路，所述第一中频处理电路为用于对来自第一混频器的中频信号进行放大、滤波处理的中频信号处理电路，所述第二中频处理电路为用于对来自第二混频器的中频信号进行放大、滤波处理的中频信号处理电路。所述频率合成器包括晶体振荡器、直接数字式频率合成器、鉴频鉴相器、电荷泵、本振信号放大器、锁相环电路，所述晶体振荡器电连接有分频器，所述分频器的输出端电连接鉴频鉴相器的一个输入端，所述直接数字式频率合成器的输出端电连接鉴频鉴相器的另一个输入端，所述电荷泵的两个输入端对应电连接鉴频鉴相器的两个输出端，所述电荷泵的输出端电连接有第一环路滤波器，所述第一环路滤波器的输出端电连接有第一压控振荡器，所述第一压控振荡器的输出端分别电连接直接数字式频率合成器的输入端和本振信号放大器的输入端，所述本振信号放大器的输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；所述晶体振荡器电连接锁相环电路的一个输入端，所述锁相环电路的输出端电连接有第二环路滤波器，所述第二环路滤波器的输出端电连接有第二压控振荡器、所述第二压控振荡器的输出端分别电连接锁相环电路的另一个输入端、第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；所述CPCI计算机的控制信号输出端分别电连接锁相环电路的控制端以及直接数字式频率合成器的控制端。

所述双通道接收机还包括：用于对来自第1接收天线的射频信号进行带通滤波的第1单通道滤波模块、以及用于对来自第2接收天线的射频信号进行带通滤波的第2单通道滤波模块；所述第i单通道滤波模块串接在第i接收天线和第i单通道信号处理模块之间。

所述第i单通道数据处理器包括模数转换器、以及对模数转换后的数字信号进行下变频处理的FPGA，所述模数转换器的输入端电连接第i单通道信号处理模块的输出端，所述模数转换器的输出端电连接FPGA的输入端，所述FPGA的输出端电连接CPCI计算机的输入端。

技术方案二：

一种双通道分集接收方法，基于上述一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：第1接收天线和第2接收天线接收同一射频信号，第i接收天线将接收到的射频信号传输至第i单通道信号处理模块；

S2：第i单通道信号处理模块对射频信号进行放大、滤波、混频处理，将处理后的信号发送至第i单通道数据处理器；

S3：第i单通道数据处理器依次对接收到信号进行模数转换和下变频处理，生成数字基带信号，然后将数字基带信号发送至CPCI计算机；

S4：所述CPCI计算机对来自第i单通道数据处理器数字基带信号进行格式转换，将格式转换后的信号发送至数据库服务器；

S5：所述数据库服务器对两路格式转换后的信号进行合并。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

在步骤S2中，频率合成器产生第一本振信号和第二本振信号，将第一本振信号分别发送至第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；频率合成器将第二本振信号分别发送至第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；

在步骤S2中，在所述第i单通道信号处理模块中，所述射频处理电路对第i接收天线的射频信号进行放大、滤波处理，将处理后的射频信号发送至第一混频器的射频输入端；第一混频器对收到的信号进行混频处理，将生成的中频信号发送至第一中频处理电路；第一中频处理电路对所述中频信号进行放大、滤波处理，将处理后的信号发送至第二混频器；第二混频器对收到的信号进行混频处理，将处理后的信号发送至第二中频处理电路；第二中频处理电路对接收到的信号进行放大、滤波处理，将处理后的信号发送至第i单通道数据处理器。

在步骤S2中，晶体振荡器将标准频率信号分别发送至分频器和锁相环电路，分频器对标准频率信号进行分频，将分频后的信号发送至鉴频鉴相器；第一压控振荡器输出的信号经直接数字式频率合成器分频后，被发送至鉴频鉴相器；鉴频鉴相器对经分频器分频后的信号、以及经直接数字式频率合成器分频后的信号进行相位比较，生成一本振相位误差信号，一本振相位误差信号经电荷泵后转变为一本振电压误差信号；所述一本振电压误差信号经第一环路滤波器滤波后，形成第一压控振荡器的控制电压信号，所述第一压控振荡器的控制电压信号改变并锁定第一压控振荡器输出的信号的频率，然后，第一压控振荡器输出的信号经过放大处理后输出；在直接数字式频率合成器对信号进行分频的过程中，CPCI计算机向直接数字式频率合成器发送对应的分频控制信号，控制对应的分频倍率；

在步骤S2中，锁相环电路对标准频率信号分频后产生鉴相基准频率信号，第二压控振荡器输出的信号经锁相环电路分频后产生鉴相比较频率信号；锁相环电路对鉴相基准频率信号和鉴相比较频率信号进行相位比较，生成二本振相位误差信号，然后将二本振相位误差信号转变为二本振电压误差信号；所述二本振电压误差信号经第二环路滤波器滤波后，形成第二压控振荡器的控制电压信号，所述第二压控振荡器的控制电压信号改变并锁定第二压控振荡器输出的信号的频率，然后，第二压控振荡器输出的信号经过射极跟随器后输出；在锁相环电路对第二压控振荡器输出的信号进行分频的过程中，CPCI计算机向锁相环电路发送对应的分频控制信号，控制对应的分频倍率。

在步骤S1之后，第i单通道滤波模块对来自第i接收天线的射频信号进行带通滤波，将滤波后的信号发送至第i单通道信号处理模块。

在步骤S3中，模数转换器对接收到的信号进行模数转换，将生成的数字信号发送至FPGA，FPGA对数字信号进行下变频处理，生成数字基带信号，然后将数字基带信号发送至CPCI计算机。

本发明的有益效果为：通过分集接收技术减轻信道衰落的影响，获得分集增益，能更正确的恢复出原发送信号，增加接收灵敏度，提高通信效果。

附图说明

图1为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的结构示意图；

图2为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的双通道接收机的结构示意图；

图3为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的双通道滤波模块的结构示意图；

图4为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的第1单通道滤波模块的结构示意图；

图5为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的第1单通道信号处理模块的结构示意图；

图6为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的频率合成器的结构示意图；

图7为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的第1单通道数据处理器的结构示意图；

图8为本发明的一种双通道接收机的电源模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的结构示意图。该双通道短波信号分集接收系统包括两个相同的接收天线、双通道接收机、局域网和数据库。两个相同的接收天线为第1接收天线1和第2接收天线2，这两个接收天线用于接收同一射频信号，这两个接收天线的间距大于0.61λ，λ为需要接收的射频信号的波长。优选地，两个接收天线的间距在l/4λ的奇数倍附近，例如，两个接收天线的间距在n*l/4λ*95%到n*l/4λ*105%之间，其中，n为大于1的奇数。第1接收天线1和第2接收天线2还各自设有对应的天线调谐器。双通道接收机的两个输入端对应连接这两个接收天线，这两个接收天线各自独立地接收同一射频信号，将接收的射频信号发送至双通道接收机，双通道接收机通过局域网连接数据库服务器，双通道接收机对射频信号进行处理，将处理后的信号通过局域网发送至数据库服务器，数据库服务器对接收到的信号进行合并处理。本发明实施例中，上述局域网，指在某一区域内将各种计算机、外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网。网内各计算机、外部设备和数据库有独立的IP地址，可相互间进行数据传输和处理。局域网时统软件借助外部时统服务器对接收设备的计算机精确授时。上述数据库服务器，是指按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。用户可以对数据库文件中的文件数据进行新增、截取、更新、删除等操作。用户自己选定和架设接收天线，组建局域网和数据库服务器。

参照图2，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的双通道接收机的结构示意图。参照图3，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的双通道滤波模块的结构示意图。该双通道接收机包括依次电连接的双通道滤波模块、双通道信号处理模块、双通道数据处理器、以及CPCI计算机。其中，双通道滤波模块包括第1单通道滤波模块、以及第2单通道滤波模块，第1单通道滤波模块的输入端电连接第1接收天线（例如通过射频电缆实现第1单通道滤波模块和第1接收天线的电连接），第2单通道滤波模块的输入端电连接第2接收天线（例如通过射频电缆实现第2单通道滤波模块和第2接收天线的电连接）。第1单通道滤波模块用于对来自第1接收天线的射频信号进行带通滤波，滤除射频信号中的无用分量，第2单通道滤波模块用于对来自第2接收天线的射频信号进行带通滤波，滤除射频信号中的无用分量。

上述双通道信号处理模块包括第1单通道信号处理模块和第2单通道信号处理模块。第1单通道信号处理模块的输入端电连接第1单通道滤波模块的输出端，用于对第1单通道滤波模块输出的射频信号进行放大、滤波、混频处理（要进行两次混频处理），生成中频信号（模拟信号）。第2单通道信号处理模块的输入端电连接第2单通道滤波模块的输出端，用于对第2单通道滤波模块输出的射频信号进行放大、滤波、混频处理（要进行两次混频处理），生成中频信号（模拟信号）。

上述双通道数据处理器包括第1单通道数据处理器和第2单通道数据处理器。其中，第1单通道数据处理器的输入端电连接第1单通道信号处理模块的输出端，第1单通道数据处理器首先对第1单通道信号处理模块输出的中频信号进行模数转换，然后对模数转换后的数字信号进行下变频处理（数字下变频处理），生成数字基带信号。第2单通道数据处理器的输入端电连接第2单通道信号处理模块的输出端，第2单通道数据处理器首先对第2单通道信号处理模块输出的中频信号进行模数转换，然后对模数转换后的数字信号进行下变频处理（数字下变频处理），生成数字基带信号。

上述CPCI计算机分别电连接第1单通道数据处理器的输出端和第2单通道数据处理器的输出端，第1单通道数据处理器和第2单通道数据处理器分别将下变频处理后的信号发送至CPCI计算机，CPCI计算机分别对这两路信号进行格式转换（转换为符合标准PCI规范的格式）。CPCI计算机将格式转换后的信号通过局域网发送至数据库服务器（通过Tcp/Ip协议）。

本发明实施例中，CPCI计算机包括主CPU板卡、I/O板卡、PCI接口板卡、电源板卡和背板，四种板卡通过背板完成各板卡的数据总线、控制信令、电源等的连接。CPCI计算机是一种基于标准PCI总线规格的加固型高性能工业计算机架构。其主要核心涉及三种重要技术：PCI局域总线、欧罗卡结构和密封针槽接口，其优点是可维护性好、抗振抗冲击、通风散热好并支持热插拔。其中，主CPU板卡主要提供软件运行环境，同时提供计算机所需要的各种接口，板内硬盘可提供系统各种数据存储；I/O板卡完成计算机与接收机之间进行控制及检测信息交互，电源板卡提供计算机各板卡工作所需要的各种电源电压；PCI接口板卡用于将从双通道数据处理器通过传输电缆送来的双路数据信号转换成标准PCI格式以供计算机进行数据处理。本发明实施例中，双通道接收机中还设置有上位机，CPCI计算机通过I/O板卡、数据线电连接上位机，CPCI计算机可以通过I/O板卡上报故障信息给上位机，反过来也可以接收上位机指令，在接收到上位机指令后，对双通道接收机进行对应的控制，CPCI计算机还可以接收局域网时统软件对接收设备的计算机精确授时。

参照图3，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的双通道滤波模块的结构示意图。其中，第1单通道滤波模块和第2单通道滤波模块均采用LC带通滤波器实现滤波，LC带通滤波网络具有插入损耗小，过渡带窄矩形系数好等特点。第1单通道滤波模块和第2单通道滤波模块具有完全相同的内部结构，下面以第1单通道滤波模块为例进行说明，第1单通道滤波模块包括第一输入波段开关、第一带通滤波网络、第一输出波段开关，第一带通滤波网络根据需要形成四个不同（截止频率不同）的带通滤波器，即可以根据需要使输入的信号选择其中一个带通滤波器进行滤波，第一输入波段开关和第一输出波段开关用于切换这四个不同的带通滤波器。下面给出第1单通道滤波模块的一个具体实施例，参照图5，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的第1单通道滤波模块的结构示意图。第一输入波段开关包括第一开关二极管至第四开关二极管，第一输出波段开关包括第五开关二极管至第八开关二极管，第1带通滤波网络包括第一带通滤波器至第四带通滤波器。第1接收天线的输出端分别电连接第一开关二极管至第四开关二极管的一端，第五开关二极管至第八开关二极管的输出端均电连接第1单通道信号处理模块的输入端。第一开关二极管、第一带通滤波器、第五开关二极管依次串联连接，第二开关二极管、第二带通滤波器、第六开关二极管依次串联连接，第三开关二极管、第三带通滤波器、第七开关二极管依次串联连接，第四开关二极管、第四带通滤波器、第四开关二极管依次串联连接。CPCI计算机通过自身的I/O板卡分别电连接第一开关二极管至第八开关二极管的控制端，可以控制第一开关二极管至第八开关二极管的通断。

在第1单通道滤波模块，CPCI计算机可以通过控制每个开关二极管的通断来选择一个带通滤波器，在第2单通道滤波模块，CPCI计算机可以通过控制每个开关二极管的通断来选择一个带通滤波器。为了实现分集接收的目的，第1单通道滤波模块选择的带通滤波器要和第2单通道滤波模块选择的带通滤波器保持一致，例如，CPCI计算机控制第1单通道滤波模块的第一开关二极管和第五开关二极管闭合，控制第1单通道滤波模块的其他开关二极管断开，即可已选择第一带通滤波器；CPCI计算机按照同样的方法选择第2单通道滤波模块的第一带通滤波器。CPCI计算机向开关二极管发送的数据为并行数据（由串行数据转变为并行数据）。

本发明实施例中，第1单通道信号处理模块和第2单通道信号处理模块具有完全相同的内部结构。下面以第1单通道信号处理模块为例进行说明。参照图5，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的第1单通道信号处理模块的结构示意图。该第1单通道信号处理模块包括：射频处理电路、第一混频器、第一中频处理电路、第二混频器、第二中频处理电路。其中，射频处理电路包括依次电连接的射频信号放大器和射频信号滤波器，射频信号放大器的输入端电连接第1单通道滤波模块的输出端，射频信号放大器用于对来自第1单通道滤波模块的射频信号进行放大，放大的增益为12dB。射频信号滤波器用于对来自射频信号放大器的射频信号进行滤波，对应的增益为-1dB。

射频信号放大器的输出端电连接第一混频器的射频输入端，第一混频器的本振输入端用于接入第一本振信号，第一混频器用于对输入的两路信号进行混频处理（对应的变频增益为-16dB），生成中频信号。

第一中频处理电路包括依次电连接的第一中频信号放大器、第一中频信号滤波器、第二中频信号放大器、第二中频信号滤波器，第一中频信号放大器的输入端电连接第一混频器的中频输出端。第一混频器生成的中频信号经第一中频信号放大器进行放大处理（对应的增益为21dB），然后经第一中频信号滤波器进行滤波处理（对应的增益为-7dB），然后经第二中频信号放大器进行放大处理（对应的增益为28dB），然后经第二中频信号滤波器进行滤波处理（对应的增益为-2dB）。

第二中频信号滤波器的输出端电连接第二混频器的中频输入端，第二混频器的本振输入端用于接入第二本振信号，第二混频器用于对输入的两路信号进行混频处理（对应的变频增益为-7dB）。

第二中频处理电路包括依次电连接的第三中频信号放大器、第三中频信号滤波器、第四中频信号放大器、第五中频信号放大器、第四中频信号滤波器，第三中频信号放大器的输入端电连接第二混频器的中频输出端。第二混频器处理后的信号（中频信号）经第三中频信号放大器进行放大处理（对应的增益为20dB），然后经第三中频信号滤波器进行滤波处理（对应的增益为-6dB），然后经第四中频信号放大器进行放大处理（对应的增益为6dB），然后经第五中频信号放大器进行放大处理（对应的增益为16dB），然后经第四中频信号滤波器进行滤波处理（对应的增益为-2dB）。第四中频信号滤波器的输出端电连接第1单通道数据处理器的输入端，用于将滤波后的中频模拟信号发送至第1单通道数据处理器。

本发明实施例中，第二中频信号滤波器、第三中频信号滤波器和第四中频信号滤波器均采用中频晶体滤波器，第二中频信号滤波器、第三中频信号滤波器和第四中频信号滤波器的带内波动均不超过0.8dB。这样，能够大大减小每个单通道信号处理模块（第1单通道信号处理模块或第2单通道信号处理模块）的带内波动，当信道带宽为24kHz时，每个单通道信号处理模块对应的带内波动不超过3dB。

本发明实施例中，选用的放大器（包括射频信号放大器、第一中频信号放大器、第二中频信号放大器、第三中频信号放大器、第四中频信号放大器、第五中频信号放大器）具有高增益、低噪声、大动态范围，其中，射频信号放大器的三阶交调截取点（三阶截点）不小于30dBm，这样，射频信号的动态范围在60dB左右。第一中频信号放大器、第二中频信号放大器、第三中频信号放大器、第四中频信号放大器和第五中频信号放大器的三阶交调截取点（三阶截点）均不小于18dBm，能满足最大输出需要，第一混频器选用三阶交调截取点较大的混频器（例如三阶交调截取点在26dBm以上的混频器或带有负压的的混频器）。这样，每个单通道信号处理模块（第1单通道信号处理模块或第2单通道信号处理模块）对应的三阶交调截取点不小于20dBm，与现有的单通道信号处理模块（三阶交调截取点在10dBm左右），大约提高了一倍。

总而言之，双通道信号处理模块（第1单通道信号处理模块和第2单通道信号处理模块）用于将来自双通道滤波模块的射频信号进行放大、滤波和两次变频处理，变成中频信号，再将该中频信号放大、滤波，然后送给双通道数据处理器。在双通道信号处理模块中，每个单通道信号处理模块（第1单通道信号处理模块或第2单通道信号处理模块）均无AGC（自动增益控制器）进行控制，能够最真实地反映原始信号的信息。

下面对第一本振信号和第二本振信号的产生过程进行说明。上述双通道接收机包括：频率合成器，频率合成器用于产生第一本振信号和第二本振信号，频率合成器的第一本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；频率合成器的第二本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端。

参照图6，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的频率合成器的结构示意图。该频率合成器包括晶体振荡器（例如为恒温控制晶体振荡器）、直接数字式频率合成器（DDS电路）、鉴频鉴相器（PFD电路）、电荷泵（chargepump）、本振信号放大器、锁相环电路（PLL电路），晶体振荡器电连接有分频器，分频器的输出端电连接鉴频鉴相器的一个输入端，直接数字式频率合成器的输出端电连接鉴频鉴相器的另一个输入端，电荷泵的输入端分别电连接鉴频鉴相器的两个输出端，电荷泵的输出端电连接有第一环路滤波器（LPF电路），第一环路滤波器的输出端电连接有第一压控振荡器（VCO电路），第一压控振荡器的输出端分别电连接直接数字式频率合成器的输入端和本振信号放大器的输入端，本振信号放大器的输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端。

晶体振荡器电连接锁相环电路的一个输入端，锁相环电路的输出端电连接有第二环路滤波器，第二环路滤波器的输出端电连接有第二压控振荡器、第二压控振荡器的输出端分别电连接锁相环电路的另一个输入端、第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端。CPCI计算机的控制信号输出端分别电连接锁相环电路的控制端以及直接数字式频率合成器的控制端。第一本振信号和第二本振信号的频率由来自CPCI计算机进行控制。

本发明实施例中，采用一个频率合成器输出两路本振信号的方案，第一实现了双通道信号处理模块的本振同源，保证了两个单通道信号处理模块（第1单通道信号处理模块和第2单通道信号处理模块）的相位、时延的一致性。

本发明实施例中，第1单通道数据处理器和第2单通道数据处理器具有完全相同的内部结构。下面以第1单通道数据处理器为例进行说明。参照图7，为本发明的一种双通道短波信号分集接收系统的第1单通道数据处理器的结构示意图。该第1单通道数据处理器包括模数转换器、以及FPGA（现场可编程门阵列器件）。模数转换器的输入端电连接第1单通道信号处理模块的第四中频信号滤波器，用于对第四中频信号滤波器输出的中频模拟信号进行模数转换（包括采样、量化处理）。模数转换器的输出端电连接FPGA的输入端，FPGA用于对模数转换后的数字信号进行数字下变频处理（通过抽样滤波处理来实现数字下变频），生成数字基带信号。该FPGA的输出端电连接CPCI计算机的输入端，用于将生成的数字基带信号发送至CPCI计算机。优选地，在第1单通道数据处理器中还设置有信号隔离变压器，该信号隔离变压器串接在第1单通道信号处理模块的第四中频信号滤波器和模数转换器之间，用于将输入的中频模拟信号与第1单通道信号处理模块隔离，同时用于将中频模拟信号的幅度变为模数转换器所需幅度。

本发明实施例中，在双通道接收机的频率合成器中还设置有时钟产生电路，该时钟产生电路的工作过程如下，由晶体振荡器输出的标频信号经放大整形电路处理后输出，输出的信号即可作为第1单通道数据处理器和第2单通道数据处理器（例如模数转换器、FPGA灯）的时钟信号。

本发明实施例中，在双通道接收机中还设置有电源模块，电源模块用于产生双通道接收机内部器件（例如双通道滤波模块、频率合成器、双通道信号处理模块、双通道数据处理器灯）所需的各种直流电压。参照图8，为本发明的一种双通道接收机的电源模块的结构示意图。该电源模块包括电源模块变压器、整流器、整流滤波电路和稳压滤波电路。其中，变压器的初级绕组电连接220V交流电，用于将交流220V电压变成所需要的安全的交流电压。变压器的次级绕组电连接整流器的输入端，整流器用来将安全交流电压变成直流电压。整流滤波电路的输入端电连接整流器的输出端，用于将整流后的直流电压滤除杂波。稳压滤波电路的输入端电连接整流滤波电路的输出端，用于将整流滤波后的直流电压进行稳压和滤波，从而变成所需要的符合一定要求的各种直流电压。稳压滤波电路的输出端分别电连接各种用电器件，用于向对应的用电器件供电。

本发明实施例中，将第1单通道信号处理模块和第2单通道信号处理模块并列设置在同一电路版上，这两个单通道信号处理模块各自采用独立的电源进行供电，并且这两个单通道信号处理模块各自采用独立的地线，使这两个单通道信号处理模块的地线相互独立；对易感应元器件进行屏蔽，例如第1单通道信号处理模块和第2单通道信号处理模块各自使用金属屏蔽器进行屏蔽，实现两个单通道信号处理模块的相互屏蔽和隔离；在第1单通道信号处理模块的第二混频器的输入端和第2单通道信号处理模块的第二混频器的输入端各接入一个射极跟随器，能够对两路第二本振信号进行隔离；在第1单通道信号处理模块的第一混频器的输入端和第2单通道信号处理模块的第一混频器的输入端各接入一个隔离器，能够对两路第一本振信号进行隔离；在采取上述隔离屏蔽措施之后，第1单通道信号处理模块和第2单通道信号处理模块不小于60dB。

本发明实施例提出的一种双通道短波信号分集接收系统，由两根满足一定距离要求的相同的接收天线各自独立地接收同一射频信号，并通过射频电缆传输到两个单通道信号处理模块，获得相互间相关性很小的载有同一消息的信号，变换为数字基带信号，然后送给CPCI计算机处理和传输到数据库服务器，然后通过合并技术再将两路信号合并输出，此时，数据库服务器可以根据合并后的信号，恢复出原始发送信号。因此，通过分集接收技术用来减轻衰落的影响，获得分集增益，正确的恢复出原发送信号，提高接收灵敏度。

本发明实施例还提出了一种双通道短波信号分集接收方法，该双通道短波信号分集接收方法包括以下步骤：

S1：第1接收天线和第2接收天线接收同一射频信号，第i接收天线将接收到的射频信号传输至第i单通道信号处理模块；i取1和2。然后，第i单通道滤波模块对来自第i接收天线的射频信号进行带通滤波，滤除对应的射频信号的无用成分，将滤波后的信号发送至第i单通道信号处理模块。

S2：第i单通道信号处理模块对射频信号进行放大、滤波、混频处理，将处理后的信号发送至第i单通道数据处理器。具体说明如下：

频率合成器产生第一本振信号和第二本振信号，将第一本振信号分别发送至第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；频率合成器将第二本振信号分别发送至第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端。

在第i单通道信号处理模块中，射频处理电路对第i接收天线的射频信号进行放大、滤波处理，将处理后的射频信号发送至第一混频器的射频输入端；第一混频器对收到的信号进行混频处理，将生成的中频信号发送至第一中频处理电路；第一中频处理电路对所述中频信号进行放大、滤波处理，将处理后的信号（中频信号）发送至第二混频器；第二混频器对收到的信号进行混频处理，将处理后的信号（中频信号）发送至第二中频处理电路；第二中频处理电路对接收到的信号进行放大、滤波处理，将处理后的信号发送至第i单通道数据处理器；下面对频率合成器的工作过程进行说明：

晶体振荡器将标准频率信号分别发送至分频器和锁相环电路，分频器对标准频率信号进行分频，将分频后的信号发送至鉴频鉴相器；第一压控振荡器输出的信号经直接数字式频率合成器分频后，被发送至鉴频鉴相器；鉴频鉴相器对经分频器分频后的信号、以及经直接数字式频率合成器分频后的信号进行相位比较，生成一本振相位误差信号，一本振相位误差信号经电荷泵后转变为一本振电压误差信号；一本振电压误差信号经第一环路滤波器滤波后，形成第一压控振荡器的控制电压信号，第一压控振荡器的控制电压信号改变并锁定第一压控振荡器输出的信号的频率，然后，第一压控振荡器输出的信号经过放大处理后输出；在直接数字式频率合成器对信号进行分频的过程中，CPCI计算机向直接数字式频率合成器发送对应的分频控制信号，控制对应的分频倍率，从而可以控制第一压控振荡器输出的信号的频率（即第一本振信号的频率）。锁相环电路对标准频率信号分频后产生鉴相基准频率信号，第二压控振荡器输出的信号经锁相环电路分频后产生鉴相比较频率信号；锁相环电路对鉴相基准频率信号和鉴相比较频率信号进行相位比较，生成二本振相位误差信号，然后将二本振相位误差信号转变为二本振电压误差信号；二本振电压误差信号经第二环路滤波器滤波后，形成第二压控振荡器的控制电压信号，第二压控振荡器的控制电压信号改变并锁定第二压控振荡器输出的信号的频率，然后，第二压控振荡器输出的信号经过射极跟随器后输出；在锁相环电路对第二压控振荡器输出的信号进行分频的过程中，CPCI计算机向锁相环电路发送对应的分频控制信号，控制对应的分频倍率，从而可以控制第二压控振荡器输出的信号的频率（即第二本振信号的频率）。

S3：第i单通道数据处理器依次对接收到信号进行模数转换和下变频处理，生成数字基带信号，然后将数字基带信号发送至CPCI计算机；具体说明如下：中频模拟信号经信号隔离变压器后被输入至模数转换器中，模数转换器对接收到的信号（中频模拟信号）进行模数转换，生成中频数字信号，然后将生成的中频数字信号发送至FPGA，FPGA对中频数字信号进行数字下变频处理，生成数字基带信号，然后将数字基带信号发送至CPCI计算机。

S4：所述CPCI计算机对来自第i单通道数据处理器数字基带信号进行格式转换（转换为符合标准PCI规范的格式），将格式转换后的信号发送至数据库服务器；

S5：所述数据库服务器对两路格式转换后的信号进行合并。

本发明的一种双通道短波信号分集接收方法，利用无线传播环境中同一信号的独立样本之间不相关的特点，使用一定的信号合并技术改善接收信号，来抵抗衰落引起的不良影响，提高了通信效果。实现了双通道分集接收目的，在不增加发射机功率的前提下提高接收机的接收效果，通过对信号数字化处理并对数字化信号的格式化处理并存储，不但可以通过合并技术还原信号，还可对信道进行实时分析，在实际中有非常广泛的应用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，包括：用于接收同一射频信号的第1接收天线（1）和第2接收天线（2），还包括双通道接收机；所述双通道接收机的输入端分别电连接第1接收天线（1）和第2接收天线（2）；

所述双通道接收机包括：依次电连接的双通道信号处理模块、双通道数据处理器；所述双通道信号处理模块包括用于对来自第i接收天线的射频信号进行放大、滤波、混频处理的第i单通道信号处理模块，i取1和2；所述第i接收天线电连接第i单通道信号处理模块的输入端；所述双通道数据处理器包括用于对来自第i单通道信号处理模块的信号依次进行模数转换、下变频的第i单通道数据处理器；所述双通道接收机还包括：用于对来自第i单通道数据处理器的信号进行格式转换的CPCI计算机，所述CPCI计算机分别电连接第1单通道数据处理器的输出端和第2单通道数据处理器的输出端；

所述双通道短波信号分集接收系统还包括：用于对来自CPCI计算机的两路数据进行合并的数据库服务器，所述CPCI计算机的输出端电连接数据库服务器的输入端。

2.如权利要求1所述的一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，所述第i单通道信号处理模块包括：射频处理电路、第一混频器、第一中频处理电路、第二混频器、第二中频处理电路；所述射频处理电路的输出端电连接第一混频器的射频输入端，所述第一混频器的中频输出端电连接第一中频处理电路的输入端，所述第一中频处理电路的输出端电连接第二混频器的中频输入端，所述第二混频器的中频输出端电连接第二中频处理电路的输入端，所述第二中频处理电路的输出端电连接第i单通道数据处理器的输入端；

所述双通道接收机包括：用于产生第一本振信号和第二本振信号的频率合成器，所述频率合成器的第一本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；所述频率合成器的第二本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；

在所述第i单通道信号处理模块中，所述射频处理电路为用于对来自第i接收天线的射频信号进行放大、滤波处理的射频信号处理电路，所述第一中频处理电路为用于对来自第一混频器的中频信号进行放大、滤波处理的中频信号处理电路，所述第二中频处理电路为用于对来自第二混频器的中频信号进行放大、滤波处理的中频信号处理电路。

3.如权利要求2所述的一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，所述频率合成器包括晶体振荡器、直接数字式频率合成器、鉴频鉴相器、电荷泵、本振信号放大器、锁相环电路，所述晶体振荡器电连接有分频器，所述分频器的输出端电连接鉴频鉴相器的一个输入端，所述直接数字式频率合成器的输出端电连接鉴频鉴相器的另一个输入端，所述电荷泵的两个输入端对应电连接鉴频鉴相器的两个输出端，所述电荷泵的输出端电连接有第一环路滤波器，所述第一环路滤波器的输出端电连接有第一压控振荡器，所述第一压控振荡器的输出端分别电连接直接数字式频率合成器的输入端和本振信号放大器的输入端，所述本振信号放大器的输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；

所述晶体振荡器电连接锁相环电路的一个输入端，所述锁相环电路的输出端电连接有第二环路滤波器，所述第二环路滤波器的输出端电连接有第二压控振荡器、所述第二压控振荡器的输出端分别电连接锁相环电路的另一个输入端、第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；

所述CPCI计算机的控制信号输出端分别电连接锁相环电路的控制端以及直接数字式频率合成器的控制端。

4.如权利要求1所述的一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，所述双通道接收机还包括：用于对来自第1接收天线的射频信号进行带通滤波的第1单通道滤波模块、以及用于对来自第2接收天线的射频信号进行带通滤波的第2单通道滤波模块；所述第i单通道滤波模块串接在第i接收天线和第i单通道信号处理模块之间。

5.如权利要求1所述的一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，所述第i单通道数据处理器包括模数转换器、以及对模数转换后的数字信号进行下变频处理的FPGA，所述模数转换器的输入端电连接第i单通道信号处理模块的输出端，所述模数转换器的输出端电连接FPGA的输入端，所述FPGA的输出端电连接CPCI计算机的输入端。

6.一种双通道分集接收方法，基于权利要求1所述的一种双通道短波信号分集接收系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：第1接收天线和第2接收天线接收同一射频信号，第i接收天线将接收到的射频信号传输至第i单通道信号处理模块；

S2：第i单通道信号处理模块对射频信号进行放大、滤波、混频处理，将处理后的信号发送至第i单通道数据处理器；

S3：第i单通道数据处理器依次对接收到信号进行模数转换和下变频处理，生成数字基带信号，然后将数字基带信号发送至CPCI计算机；

S4：所述CPCI计算机对来自第i单通道数据处理器数字基带信号进行格式转换，将格式转换后的信号发送至数据库服务器；

S5：所述数据库服务器对两路格式转换后的信号进行合并。

7.如权利要求6所述的一种双通道分集接收方法，其特征在于，所述第i单通道信号处理模块包括：射频处理电路、第一混频器、第一中频处理电路、第二混频器、第二中频处理电路；所述射频处理电路的输出端电连接第一混频器的射频输入端，所述第一混频器的中频输出端电连接第一中频处理电路的输入端，所述第一中频处理电路的输出端电连接第二混频器的中频输入端，所述第二混频器的中频输出端电连接第二中频处理电路的输入端，所述第二中频处理电路的输出端电连接第i单通道数据处理器的输入端；

所述双通道接收机包括：用于产生第一本振信号和第二本振信号的频率合成器，所述频率合成器的第一本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；所述频率合成器的第二本振信号输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；

所述双通道分集接收方法包括：在步骤S2中，频率合成器产生第一本振信号和第二本振信号，将第一本振信号分别发送至第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；频率合成器将第二本振信号分别发送至第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；

在步骤S2中，在所述第i单通道信号处理模块中，所述射频处理电路对第i接收天线的射频信号进行放大、滤波处理，将处理后的射频信号发送至第一混频器的射频输入端；第一混频器对收到的信号进行混频处理，将生成的中频信号发送至第一中频处理电路；第一中频处理电路对所述中频信号进行放大、滤波处理，将处理后的信号发送至第二混频器；第二混频器对收到的信号进行混频处理，将处理后的信号发送至第二中频处理电路；第二中频处理电路对接收到的信号进行放大、滤波处理，将处理后的信号发送至第i单通道数据处理器。

8.如权利要求7所述的一种双通道分集接收方法，其特征在于，所述频率合成器包括晶体振荡器、直接数字式频率合成器、鉴频鉴相器、电荷泵、本振信号放大器、锁相环电路，所述晶体振荡器电连接有分频器，所述分频器的输出端电连接鉴频鉴相器的一个输入端，所述直接数字式频率合成器的输出端电连接鉴频鉴相器的另一个输入端，所述电荷泵的两个输入端对应电连接鉴频鉴相器的两个输出端，所述电荷泵的输出端电连接有第一环路滤波器，所述第一环路滤波器的输出端电连接有第一压控振荡器，所述第一压控振荡器的输出端分别电连接直接数字式频率合成器的输入端和本振信号放大器的输入端，所述本振信号放大器的输出端分别电连接第1单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第一混频器的本振输入端；所述晶体振荡器电连接锁相环电路的一个输入端，所述锁相环电路的输出端电连接有第二环路滤波器，所述第二环路滤波器的输出端电连接有第二压控振荡器、所述第二压控振荡器的输出端分别电连接锁相环电路的另一个输入端、第1单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端、以及第2单通道信号处理模块的第二混频器的本振输入端；所述CPCI计算机的控制信号输出端分别电连接锁相环电路的控制端以及直接数字式频率合成器的控制端；

所述双通道分集接收方法包括：在步骤S2中，晶体振荡器将标准频率信号分别发送至分频器和锁相环电路，分频器对标准频率信号进行分频，将分频后的信号发送至鉴频鉴相器；第一压控振荡器输出的信号经直接数字式频率合成器分频后，被发送至鉴频鉴相器；鉴频鉴相器对经分频器分频后的信号、以及经直接数字式频率合成器分频后的信号进行相位比较，生成一本振相位误差信号，一本振相位误差信号经电荷泵后转变为一本振电压误差信号；所述一本振电压误差信号经第一环路滤波器滤波后，形成第一压控振荡器的控制电压信号，所述第一压控振荡器的控制电压信号改变并锁定第一压控振荡器输出的信号的频率，然后，第一压控振荡器输出的信号经过放大处理后输出；在直接数字式频率合成器对信号进行分频的过程中，CPCI计算机向直接数字式频率合成器发送对应的分频控制信号，控制对应的分频倍率；

在步骤S2中，锁相环电路对标准频率信号分频后产生鉴相基准频率信号，第二压控振荡器输出的信号经锁相环电路分频后产生鉴相比较频率信号；锁相环电路对鉴相基准频率信号和鉴相比较频率信号进行相位比较，生成二本振相位误差信号，然后将二本振相位误差信号转变为二本振电压误差信号；所述二本振电压误差信号经第二环路滤波器滤波后，形成第二压控振荡器的控制电压信号，所述第二压控振荡器的控制电压信号改变并锁定第二压控振荡器输出的信号的频率，然后，第二压控振荡器输出的信号经过射极跟随器后输出；在锁相环电路对第二压控振荡器输出的信号进行分频的过程中，CPCI计算机向锁相环电路发送对应的分频控制信号，控制对应的分频倍率。

9.如权利要求6所述的一种双通道分集接收方法，其特征在于，所述双通道接收机还包括：第1单通道滤波模块、第2单通道滤波模块；所述第i单通道滤波模块串接在第i接收天线和第i单通道信号处理模块之间；

所述双通道分集接收方法包括：在步骤S1之后，第i单通道滤波模块对来自第i接收天线的射频信号进行带通滤波，将滤波后的信号发送至第i单通道信号处理模块。

10.如权利要求6所述的一种双通道分集接收方法，其特征在于，所述第i单通道数据处理器包括模数转换器、以及对模数转换后的数字信号进行下变频处理的FPGA，所述模数转换器的输入端电连接第i单通道信号处理模块的输出端，所述模数转换器的输出端电连接FPGA的输入端，所述FPGA的输出端电连接CPCI计算机的输入端；

所述双通道分集接收方法包括：在步骤S3中，模数转换器对接收到的信号进行模数转换，将生成的数字信号发送至FPGA，FPGA对数字信号进行下变频处理，生成数字基带信号，然后将数字基带信号发送至CPCI计算机。

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