CN104363031B - 消除载波泄漏的前馈自适应对消电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除载波泄漏的前馈自适应对消电路与方法，电路包括定向耦合器、正交相位检波器、低通滤波器、矢量调制器、反向放大器和加法器，所述的定向耦合器的输入端接受外部输入信号，定向耦合器的两路输出分别与正交相位检波器的和加法器的连接，正交相位检波的两路输出均与低通滤波器连接，低通滤波器的两路输出均与矢量调制器连接，矢量调制器的输出与反相放大器连接，反相放大器的输出与加法器连接，加法器输出动目标信号。本发明解决了闭环系统常见的传递函数零极点在复平面上分布不合理而引起的系统自激振荡，采用本发明的载波泄漏对消系统工作稳定可靠，对产品的设计、生产、使用和维修带来极大的便利。

Description

消除载波泄漏的前馈自适应对消电路与方法

技术领域

本发明涉及一种消除载波泄漏的前馈自适应对消电路与方法。

背景技术

传统的自适应载波对消方法主要是采用反馈闭环系统，它的问题是存在闭环系统常见的传递函数零极点在复平面上分布不合理而引起的系统自激振荡等稳定性问题。因此需要一种工作稳定可靠、对产品的设计、生产、使用和维修带来极大的便利的消除载波泄漏的系统与方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种消除载波泄漏的前馈自适应对消电路与方法，解决了闭环系统常见的传递函数零极点在复平面上分布不合理而引起的系统自激振荡而产生的系统的稳定性问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：消除载波泄漏的前馈自适应对消电路，它包括定向耦合器、正交相位检波器、低通滤波器、矢量调制器、反向放大器和加法器，所述的定向耦合器的输入端接受外部输入信号，定向耦合器的两路输出分别与正交相位检波器的和加法器的连接，正交相位检波的两路输出均与低通滤波器连接，低通滤波器的两路输出均与矢量调制器连接，矢量调制器的输出与反相放大器连接，反相放大器的输出与加法器连接，加法器输出动目标信号。

消除载波泄漏的前馈自适应对消电路还包括一个外部参考信号，所述的外部参考信号分别与正交相位检波器和矢量调制器的一路输入端连接。外部参考信号是与载波相参的信号，为本对消电路提供相位基准。

消除载波泄漏的前馈自适应对消方法，它包括以下步骤：

S1：将输入的信号s_i(t)通过定向耦合器，提取样本信号：设对消电路的输入信号s_i(t)是一个实信号，它包含泄漏信号和动目标回波信号：

s_i(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]+a₂(t)cos[ωt+ω_dt]，

式中，a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]为载波泄漏信号，a₂(t)cos[ωt+ω_dt]为动目标回波信号，ω_d为目标的多普勒频率；经过定向耦合器后的信号s_i(t)/k₁；

S2：采用正交相位检波器将样本信号分解为正交的I、Q分量：将信号s_i(t)/k₁经过双通道的正交相位进行检波，即等效乘以复函数e^-jωτ，可得：

$\frac{s_i\left(t\right)}{k_1}{e}^{-\mathrm{j\ωt}}=\frac{1}{k_1}[\frac{1}{2}{u}_1\left(t\right)+\frac{1}{2}{u_1}^{*}\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\ωt}}+\frac{1}{2}{u}_2\left(t\right)+\frac{1}{2}{u_2}^{*}\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\ωt}}],$

式中，u₁(t)＝a₁(t)e^jΦ(t)为载波泄漏的复调制信号；为动目标回波的复调制信号；u₁ ^*(t)＝a₁(t)e^-jΦ(t)为u₁(t)的复共轭；为u₂(t)的复共轭；

S3：滤除基带中的动目标回波信号：通过低通滤波器滤去高次项u₁ ^*(t)e^-j2ωt和u₂ ^*(t)e^-j2ωt即可得：

$\frac{s_i\left(t\right)}{k_1}{e}^{-\mathrm{j\ωt}}=\frac{1}{k_1}[\frac{1}{2}{u}_1\left(t\right)+\frac{1}{2}{u}_2\left(t\right)],$

若低通滤波器的带宽B＜ω_d，则u₂(t)项被滤除；根据复变函数论里的Euler公式，可以从u₁(t)/k₁取出I(t)/k₁和Q(t)/k₁；

S4：利用此I、Q分量在矢量调制器中复制出与样本中泄漏相同的信号：在矢量调制器中，将I(t)/k₁和Q(t)/k₁调制到载频ω上，可得：

s_x(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]/k₁；

S5：该信号经过反相放大器后获得一个与输入信号s_i(t)中泄漏信号幅度相同、相位相反的信号；

S6：将步骤S5得到的信号与输入信号s_i(t)相加，即得到去除信号s_i(t)中泄漏信号的对消结果：信号s_x(t)经过反相放大器放大k2倍后在相加器中与s_i(t)相加，可得：

s_o(t)＝s_i(t)+s_x(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]+a₂(t)cos[ωt+ω_dt]+a₁(t)cos[ωt+Φ(t)](-k₂)/k₁，

若k₁＝k₂，则s_o(t)＝a₂(t)cos[ωt+ω_dt]，可见，泄漏信号被对消，对消器仅输出含有多普勒频率ω_d的动目标信号。

本发明的有益效果是：本发明采用的原理是动态构造与实时的泄漏信号幅度相等相位相反的信号，然后与泄漏信号叠加相消，是一种基于前馈的对消技术，因为前馈自适应对消不是反馈闭环系统，理论上不存在闭环系统常见的传递函数零极点在复平面上分布不合理而引起的系统自激振荡，解决了系统的稳定性问题。采用本发明的载波泄漏对消系统工作稳定可靠，对产品的设计、生产、使用和维修带来极大的便利。

附图说明

图1为本发明系统方框图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示，消除载波泄漏的前馈自适应对消电路，它包括定向耦合器、正交相位检波器、低通滤波器、矢量调制器、反向放大器和加法器，所述的定向耦合器的输入端接受外部输入信号，定向耦合器的两路输出分别与正交相位检波器的和加法器的连接，正交相位检波的两路输出均与低通滤波器连接，低通滤波器的两路输出均与矢量调制器连接，矢量调制器的输出与反相放大器连接，反相放大器的输出与加法器连接，加法器输出动目标信号。

消除载波泄漏的前馈自适应对消电路还包括一个外部参考信号，所述的外部参考信号分别与正交相位检波器和矢量调制器的一路输入端连接。

如图2所示，消除载波泄漏的前馈自适应对消方法，它包括以下步骤：

S1：将输入的信号s_i(t)通过定向耦合器，提取样本信号：设对消电路的输入信号s_i(t)是一个实信号，它包含泄漏信号和动目标回波信号：

s_i(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]+a₂(t)cos[ωt+ω_dt]，

式中，a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]为载波泄漏信号，a₂(t)cos[ωt+ω_dt]为动目标回波信号，ω_d为目标的多普勒频率；经过定向耦合器后的信号s_i(t)/k₁；

S2：采用正交相位检波器将样本信号分解为正交的I、Q分量：将信号s_i(t)/k₁经过双通道的正交相位进行检波，即等效乘以复函数e-^jωτ，可得：

$\frac{s_i\left(t\right)}{k_1}{e}^{-\mathrm{j\ωt}}=\frac{1}{k_1}[\frac{1}{2}{u}_1\left(t\right)+\frac{1}{2}{u_1}^{*}\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\ωt}}+\frac{1}{2}{u}_2\left(t\right)+\frac{1}{2}{u_2}^{*}\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\ωt}}],$

式中，u₁(t)＝a₁(t)e^jΦ(t)为载波泄漏的复调制信号；为动目标回波的复调制信号；u₁ ^*(t)＝a₁(t)e^-jΦ(t)为u₁(t)的复共轭；为u₂(t)的复共轭；

S3：滤除基带中的动目标回波信号：通过低通滤波器滤去高次项u₁ ^*(t)e^-j2ωt和u₂ ^*(t)e^-j2ωt即可得：

$\frac{s_i\left(t\right)}{k_1}{e}^{-\mathrm{j\ωt}}=\frac{1}{k_1}[\frac{1}{2}{u}_1\left(t\right)+\frac{1}{2}{u}_2\left(t\right)],$

若低通滤波器的带宽B＜ω_d，则u₂(t)项被滤除；根据复变函数论里的Euler公式，可以从u₁(t)/k₁取出I(t)/k₁和Q(t)/k₁；

S4：利用此I、Q分量在矢量调制器中复制出与样本中泄漏相同的信号：在矢量调制器中，将I(t)/k₁和Q(t)/k₁调制到载频ω上，可得：

s_x(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]/k₁；

S5：该信号经过反相放大器后获得一个与输入信号s_i(t)中泄漏信号幅度相同、相位相反的信号；

S6：将步骤S5得到的信号与输入信号s_i(t)相加，即得到去除信号s_i(t)中泄漏信号的对消结果：信号s_x(t)经过反相放大器放大k2倍后在相加器中与s_i(t)相加，可得：

s_o(t)＝s_i(t)+s_x(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]+a₂(t)cos[ωt+ω_dt]+a₁(t)cos[ωt+Φ(t)](-k₂)/k₁，

若k₁＝k₂，则s_o(t)＝a₂(t)cos[ωt+ω_dt]，可见，泄漏信号被对消，对消器仅输出含有多普勒频率ω_d的动目标信号。

Claims (3)

1.消除载波泄漏的前馈自适应对消电路，其特征在于：它包括定向耦合器、正交相位检波器、低通滤波器、矢量调制器、反相放大器和加法器，所述的定向耦合器的输入端接受外部输入信号，定向耦合器的两路输出分别与正交相位检波器和加法器连接，正交相位检波的两路输出均与低通滤波器连接，低通滤波器的两路输出均与矢量调制器连接，矢量调制器的输出与反相放大器连接，反相放大器的输出与加法器连接，加法器输出动目标信号；

所述的消除载波泄漏的前馈自适应对消电路基于前馈的对消技术，因为前馈自适应对消不是反馈闭环系统，理论上不存在闭环系统常见的传递函数零极点在复平面上分布不合理而引起的系统自激振荡，解决了系统的稳定性问题。

2.根据权利要求1所述的消除载波泄漏的前馈自适应对消电路，其特征在于：它还包括一个外部参考信号，所述的外部参考信号分别与正交相位检波器和矢量调制器的一路输入端连接。

3.消除载波泄漏的前馈自适应对消方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：将输入的信号s_i(t)通过定向耦合器，提取样本信号：设对消电路的输入信号s_i(t)是一个实信号，它包含泄漏信号和动目标回波信号：

s_i(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]+a₂(t)cos[ωt+ω_dt]，

式中，a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]为载波泄漏信号，a₂(t)cos[ωt+ω_dt]为动目标回波信号，ω_d为目标的多普勒频率；经过定向耦合器后的信号s_i(t)/k₁；Φ(t)表示载波泄漏信号相位的调制函数；a₁(t)为泄漏信号的幅度调制函数，a₂(t)为动目标回波信号的幅度调制函数，ω为信号角频率，k₁为定向耦合器的耦合度；

S2：采用正交相位检波器将样本信号分解为正交的I、Q分量：将信号s_i(t)/k₁经过双通道的正交相位进行检波，即等效乘以复函数e^-jωt，得：

式中，u₁(t)＝a₁(t)e^jΦ(t)为载波泄漏的复调制信号；为动目标回波的复调制信号；u₁ ^*(t)＝a₁(t)e^-jΦ(t)为u₁(t)的复共轭；为u₂(t)的复共轭；

S3：滤除基带中的动目标回波信号：通过低通滤波器滤去高次项u₁ ^*(t)e^-j2ωt和u₂ ^*(t)e^-j2ωt即得：

若低通滤波器的带宽B＜ω_d，则u₂(t)项被滤除；根据复变函数论里的Euler公式，从u₁(t)/k₁取出I(t)/k₁和Q(t)/k₁；

S4：利用此I、Q分量在矢量调制器中复制出与样本中泄漏相同的信号：在矢量调制器中，将I(t)/k₁和Q(t)/k₁调制到载频ω上，得：

s_x(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]/k₁；

式中，s_x(t)为矢量对消信号；

S5：该信号经过反相放大器后获得一个与输入信号s_i(t)中泄漏信号幅度相同、相位相反的信号；

S6：将步骤S5得到的信号与输入信号s_i(t)相加，即得到去除输入信号s_i(t)中泄漏信号的对消结果s_o(t)：信号s_x(t)经过反相放大器放大k₂倍后在相加器中与s_i(t)相加，得：

s_o(t)＝s_i(t)+s_x(t)＝a₁(t)cos[ωt+Φ(t)]+a₂(t)cos[ωt+ω_dt]+a₁(t)cos[ωt+Φ(t)](-k₂)/k₁，

若k₁＝k₂，则s_o(t)＝a₂(t)cos[ωt+ω_dt]，泄漏信号被对消，对消器仅输出含有多普勒频率ω_d的动目标信号。