CN105610748B - 一种频率分段的通道均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于阵列信号技术，涉及对一定带宽内通道不匹配的均衡方法。通道均衡的步骤如下：第1步、将频域均衡滤波器转换为N点滤波器：选取N为大于等于L的最小二的幂，求频域均衡滤波器的N点频率特性第2步、求出分段均衡的各段滤波器系数；第3步、用e_N对待均衡通道的基带复信号x_A进行均衡处理，得到均衡后的复信号序列x_AE。本发明能够减少通道均衡所需的存储空间，改善通道间对消性能，从而提升阵列处理性能，满足现代通信系统以及相控阵雷达系统等对多通道阵列信号处理的需要。

Description

一种频率分段的通道均衡方法

技术领域

本发明属于阵列信号技术，涉及对一定带宽内通道不匹配的均衡方法。

背景技术

在现代雷达和现代通信中，双通道或多通道阵列信号处理的应用越来越广泛。例如在雷达信号处理中，传统的雷达旁瓣对消技术(SLC)，以及自适应波束形成技术(ADBF)，就是利用两个或多个通道来对消来自与目标不同角度的干扰；空时自适应处理技术(STAP)则可利用多个通道来对消空时耦合的各类杂波。然而通道之间频率特性的差异将造成对消的剩余，从而造成信干噪比(SINR)或信杂噪比(SCNR)的下降。通道均衡能够校正通道间频率特性的差异，改善通道对消性能，从而提高各种先进处理方法的SINR或SCNR。

关于通道均衡，不少学者对之进行了研究，并发表了相关论文，如王峰等人的《基于傅里叶变换的雷达通道均衡算法性能分析及改进》，李建平的《宽带数字阵列雷达通道均衡算法研究》，冉涌的《宽带数字阵列雷达通道校正技术》，以及赵立艳的《数字阵列雷达中通道均衡技术的研究》等。但以上论文提及的方法都是基于如何构建时域滤波器系数的方法，这种时域处理方法需通过逻辑时序单元实现，很难叠加到其它处理过程(如脉压过程)同时实现。另一方面，即使已知均衡滤波器的频率响应，直接在脉压处理时应用需要极大的存储空间，限制了频域均衡的工程应用。

发明内容

发明创造的目的

本发明的目的是：提出一种频率分段的通道均衡方法，以满足多通道阵列信号处理的需要。

技术方案

本发明的技术方案是：一种频率分段的通道均衡方法，基于已知的通道频域均衡滤波器频率特性e＝[e[1],e[2],…,e[P]]^T，其中e[p]代表从-f_s/2至f_s/2内P个不同频点的均衡系数， p＝1…P，f_s为采样频率；已采集的参考通道与待均衡通道的基带复信号x_M和x_A，x_M＝[x_M[1],x_M[2],…,x_M[L]]^T为参考通道的复信号，x_M[l]是参考通道第l个复采样，l＝1…L； x_A＝[x_A[1],x_A[2],…,x_A[L]]^T为待均衡通道的复信号，x_M[l]是参考通道第l个复采样，l＝1…L；信号所占带宽为BW，其中[·]^T表示转置；其特征在于，通道均衡的步骤如下：

第1步、将频域均衡滤波器转换为N点滤波器：选取N为大于等于L的最小二的幂，求频域均衡滤波器的N点频率特性

其中FFT(·,N)表示N点快速傅里叶变换，IFFT(·,N)表示N点快速傅里叶逆变换；

第2步、求出分段均衡的各段滤波器系数：

2.1、根据需要将N点分为K段，每段M个频点，即N＝M×K，将变为M×K的矩阵

其中reshape(·,M,K)表示将向量变为M×K的矩阵，并将写成如下的块矩阵：

其中为M×(F₁-1)的块矩阵，代表的1～F₁-1列，为 M×(F₂-F₁+1)的块矩阵，代表的F₁～F₂列，为M×(K-F₂)的块矩阵，代表的K-F₂+1～K列，F₁、F₂分别表示K个频段中的F₁、F₂个子频段，F₁～F₂个子频段覆盖信号带宽BW；

2.2、对进行处理，得到频率分段均衡系数e_K：

2.2.1、首先，对求平均，

其中，mean(·)为对列求平均，

2.2.2、随后，将的1～F₁-1以及F₂+1～K个元素置为1，得到各段滤波器系数为e_K，写为下式：

其中，为频率分段处理后需要存储的频域均衡系数。

2.3、根据分段均衡系数e_K求得实际均衡时所采用N点频域均衡系数e_N：

其中，[·]^T为矩阵转置；

第3步、用e_N对待均衡通道的基带复信号x_A进行均衡处理，得到均衡后的复信号序列x_AE；

3.1、将待均衡通道的基带复信号x_A转换到频域；

X_AN＝FFT(x_A,N)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[7]

3.2、在频域用e_N对待均衡通道的频域数据进行均衡处理并转换到时域；

_XANE＝IFFT(X_AN*e_N)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[8]

3.3、对N点复信号序列x_ANE取前1*L个数据，得到均衡后的复信号序列x_AE

x_AE＝x_ANE(1:L)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[9]。

发明创造的优点

本发明能够减少通道均衡所需的存储空间，改善通道间对消性能，从而提升阵列处理性能，满足现代通信系统以及相控阵雷达系统等对多通道阵列信号处理的需要。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。一种频率分段的通道均衡方法，基于已知的通道频域均衡滤波器频率特性e＝[e[1],e[2],…,e[P]]^T，其中e[p]，p＝1…P代表从-f_s/2至f_s/2内P个不同频点的均衡系数，f_s为采样频率；已采集的参考通道与待均衡通道的基带复信号x_M和 x_A，x_M＝[x_M[1],x_M[2],…,x_M[L]]^T为参考通道的复信号，x_M[l]，l＝1…L是参考通道第l个复采样；x_A＝[x_A[1],x_A[2],…,x_A[L]]^T为待均衡通道的复信号，x_M[l]，l＝1…L是参考通道第l个复采样；信号所占带宽BW，其中[·]^T表示转置；其特征在于，通道均衡的步骤如下：

1、将频域均衡滤波器转换为N点滤波器：为便于L点时域信号x_M[l]的频域滤波处理，选取N为大于等于L的最小二的幂，求滤波器的N点频率特性

其中FFT(·,N)表示N点快速傅里叶变换，IFFT(·,N)表示快速傅里叶逆变换；

2、求出分段均衡的各段滤波器系数，将实际使用的系数由N点减少为(F₂-F₁+1)点，以减少后续处理的运算量：

2.1、根据需要将N点分为K段，每段M个频点，即N＝M×K，将变为M×K的矩阵

其中reshape(·,M,K)表示将向量变为M×K的矩阵，并将写成如下的块矩阵：

其中为M×(F₁-1)的块矩阵，代表的1～F₁-1列，为 M×(F₂-F₁+1)的块矩阵，代表的F₁～F₂列，为M×(K-F₂)的块矩阵，代表的K-F₂+1～K列，F₁、F₂分别表示K个频段中的F₁、F₂个子频段，F₁～F₂个子频段覆盖信号带宽BW；1～F₁-1及K-F₂+1～K个子频段为带外部分；

2.2、对进行处理，得到频率分段均衡系数e_K：

2.2.1、首先，对求平均，

其中，mean(·)为对列求平均，

2.2.2、随后，将的1～F₁-1以及F₂+1～K个元素置为1，得到各段滤波器系数为e_K，写为下式：

其中，为频率分段处理后需要存储的频域均衡系数，该系数为(F₂-F₁+1)点。

2.3、根据分段均衡系数e_K求得实际均衡时所采用N点频域均衡系数e_N：

其中，[·]^T为矩阵转置；

此时，虽然e_N是N点的滤波器系数，实际上需要存储的滤波器系数只有(F₂-F₁+1)点，减少了处理的存储量；

3、用e_N对待均衡通道的基带复信号x_A进行均衡处理，得到均衡后的复信号序列x_AE；

3.1、将待均衡通道的基带复信号x_A转换到频域，以便进行频域均衡处理；

X_AN＝FFT(x_A,N)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[7]

3.2、在频域用e_N对待均衡通道的频域数据进行均衡处理并转换到时域；

_XANE＝IFFT(X_AN*e_N)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[8]

3.3、对N点复信号序列x_ANE取前1* L个数据，得到均衡后的复信号序列x_AE

x_AE＝x_ANE(1:L)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[9]

实施例

本发明的一个实施例中，通道频域均衡滤波器频率特性e＝[e[1],e[2],…,e[P]]^T，P＝256； f_s＝4MHz；参考通道与待均衡通道的基带复信号x_M＝[x_M[1],x_M[2],…,x_M[L]]^T， x_A＝[x_A[1],x_A[2],…,x_A[L]]^T L＝1800；信号所占带宽BW＝3MHz。

均衡过程如下：

1、取N＝2048，求通道频域均衡滤波器的N点频率特性

2、求出分段均衡的各段滤波器系数，将实际使用的系数由2048点减少为24点，以减少后续处理的运算量：

2.1、将2048点分为32段，每段64个频点，将变为64×32的矩阵

并将写成如下的块矩阵，其中24个子频段(5～28)覆盖信号带宽范围3MHz：

2.2、对进行处理，得到e_K＝[1_1×4 b_1×24 1_1×4]_1×32，其中b_1×24即为系统所需存储的频域均衡系数，该系数为仅为24点；

2.3、求得实际均衡时所采用N点频域均衡系数此时，虽然e_N是64点的滤波器系数，实际上需要存储的滤波器系数只有24点，减少了处理的存储量；

3、用e_N对待均衡通道的基带复信号x_A进行均衡处理，得到均衡后的复信号序列x_AE；

3.1、将待均衡通道的基带复信号x_A转换到频域，以便进行频域均衡处理；

X_AN＝FFT(x_A,2048)

3.2、在频域用e_N对待均衡通道的频域数据进行均衡处理并转换到时域；

_XANE＝IFFT(X_AN*e_N)

3.3、对N点复信号序列x_ANE取前1*L个数据，得到均衡后的复信号序列 x_AE＝x_ANE(1:1800)

均衡结果分析：利用本方法，用均衡后的复信号序列与参考通道的复信号序列求对消比 CR，比均衡前改善了6.7dB；所需存储的数组为b_1×24，只需存储24个复数即可，避免了存储 2048个复数，大大减小了存储空间，提高了资源利用效率，同时使得只具备小存储空间的信号处理系统也能够实现良好的均衡效果。

Claims (1)

1.一种频率分段的通道均衡方法，基于已知的通道频域均衡滤波器频率特性e＝[e[1],e[2],…,e[P]]^T，其中e[p]代表从-f_s/2至f_s/2内P个不同频点的均衡系数，p＝1…P，f_s为采样频率；已采集的参考通道与待均衡通道的基带复信号x_M和x_A，x_M＝[x_M[1],x_M[2],…,x_M[L]]^T为参考通道的复信号，x_M[l]是参考通道第l个复采样，l＝1…L；x_A＝[x_A[1],x_A[2],…,x_A[L]]^T为待均衡通道的复信号，x_A[l]是待均衡通道第l个复采样，l＝1…L；信号所占带宽为BW，其中[·]^T表示转置；其特征在于，通道均衡的步骤如下：

第1步、将频域均衡滤波器转换为N点滤波器：选取N为大于等于L的最小二的幂，求频域均衡滤波器的N点频率特性

其中FFT(·,N)表示N点快速傅里叶变换，IFFT(·,N)表示N点快速傅里叶逆变换；

第2步、求出分段均衡的各段滤波器系数：

2.1、根据需要将N点分为K段，每段M个频点，即N＝M×K，将变为M×K的矩阵

其中reshape(·,M,K)表示将向量变为M×K的矩阵，并将写成如下的块矩阵：

其中为M×(F₁-1)的块矩阵，代表的1～F₁-1列，为M×(F₂-F₁+1)的块矩阵，代表的F₁～F₂列，为M×(K-F₂)的块矩阵，代表的K-F₂+1～K列，F₁、F₂分别表示K个频段中的F₁、F₂个子频段，F₁～F₂个子频段覆盖信号带宽BW；

2.2、对进行处理，得到频率分段均衡系数e_K：

2.2.1、首先，对求平均，

其中，mean(·)为对列求平均，

2.2.2、随后，将的1～F₁-1以及F₂+1～K个元素置为1，得到各段滤波器系数为e_K，写为下式：

其中，为频率分段处理后需要存储的频域均衡系数；

2.3、根据分段均衡系数e_K求得实际均衡时所采用N点频域均衡系数e_N：

其中，[·]^T为矩阵转置，1_M×1为M行第1列的全1矩阵；

第3步、用e_N对待均衡通道的基带复信号x_A进行均衡处理，得到均衡后的复信号序列x_AE；

3.1、将待均衡通道的基带复信号x_A转换到频域；

X_AN＝FFT(x_A,N)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[7]

3.2、在频域用e_N对待均衡通道的频域数据进行均衡处理并转换到时域；

X_ANE＝IFFT(X_AN*e_N)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[8]

3.3、对N点复信号序列x_ANE取前1*L个数据，得到均衡后的复信号序列x_AE

x_AE＝x_ANE(1:L)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄[9]。