CN106872948A - 基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统及其方法 - Google Patents

基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统，其中射频直接采样模块得到包含n个信道的雷达回波数字信号，数字正交混频模块得到包含n个信道的基带数字信号；半带滤波模块得到第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，数据发送接口模块得到帧数据；雷达参数信息模块用于提供当前雷达工作信道的参数信息；信道映射表模块内输出对应的混频频率控制字，数据接收接口模块获取帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号；可变频数字正交混频模块得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号，多相抽取滤波模块得到第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号后输出至数据发送光纤模块进行输出。

Description

基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统及其方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域，特别涉及一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统及其方法，适用于多个工作信道且多个工作信道分别实时变化的雷达回波模拟信号中实时采集当前工作信道中的雷达回波模拟信号。
背景技术
雷达回波信号所处的电磁环境是极为复杂且实时变化的，不但会受到无意的电磁干扰，而且还会受到有意的对方电磁干扰；诸多电磁干扰对雷达回波信号的检测处理造成很大影响，严重时甚至会导致雷达系统处于瘫痪状态。
在此背景下，雷达发射机要求能够在大带宽内实时改变发射信号的信道，同时需要雷达接收机能够适应雷达工作时的信道改变，实现大带宽内多信道扫频，以达到避开电磁干扰较强信道的目的。
目前大部分雷达接收机采用中频模数转换(ADC)进行中频采样，并将采样后得到的中频数字信号直接输入现场可编程门阵列(FPGA)，使其分别与多个不同的数字正交混频模块进行混频，将对应不同信道分别搬移到零频，然后通过抽取滤波器进行一级数字下变频处理；这种结构适用于中频采样的情况，由于采样率低，信道数较少，即使多个不同的数字正交混频模块分别与数字下变频同时进行，现场可编程门阵列(FPGA)内部资源占用率也不会溢出。
目前软件无线电发展迅速，射频直接采样越来越成为主流，但是射频直接采样信号采样率很高，难以直接传输给现场可编程门阵列(FPGA)进行处理，并且带宽增大，信道数增多，同时进行多信道处理会引起资源的溢出。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统及其方法，该种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统及其方法能够实现在多个工作信道且多个工作信道分别实时变化的雷达回波模拟信号中实时采集当前工作信道中的雷达回波模拟信号的目的。
为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统，包含现场可编程门阵列、高速模/数转换器和雷达参数信息模块，所述现场可编程门阵列包含：信道映射表模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块、数据发送光纤模块、高速模/数转换器配置模块；
所述高速模/数转换器包含射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块和数据发送接口模块；
所述射频直接采样模块依次连接数字正交混频模块、半带滤波模块、数据发送接口模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块和数据发送光纤模块，所述雷达参数信息模块依次连接信道映射表模块和可变频数字正交混频模块，所述高速模/数转换器配置模块的输出端分别对应连接射频直接采样模块的输入端、数字正交混频模块的输入端、半带滤波模块的输入端和数据发送接口模块的输入端，所述雷达参数信息模块依次连接信道映射表模块和可变频数字正交混频模块；
所述高速模/数转换器配置模块用于给高速模/数转换器配置相关参数值，其中相关参数值包括射频直接采样模块的采样率数值、数字正交混频模块的混频频率数值、半带滤波模块的级数数值以及数据发送接口模块的发送数据速度数值，并分别发送至射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块，进而分别完成射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块各自的配置，使其都能正常工作；
所述射频直接采样模块用于获取雷达回波模拟信号，并对所述雷达回波模拟信号进行射频直接采样，得到包含n个信道的雷达回波数字信号；所述雷达回波模拟信号的带宽为B，载频频率为f0；
所述数字正交混频模块用于对包含n个信道的雷达回波数字信号进行混频，将雷达回波数字信号搬移至基带，进而得到包含n个信道的基带数字信号；其中包含n个信道的基带数字信号载频频率为0，带宽为B'，且包含n个信道的基带数字信号带宽与雷达回波模拟信号的带宽取值相等；
所述半带滤波模块用于根据高速模/数转换器配置模块配置的半带滤波模块的级数数值对包含n个信道的基带数字信号进行滤波抽取，得到第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，其中第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为f1，且第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为包含n个信道的基带数字信号采样率的1/(2d)倍，d为小于5的自然数；
所述数据发送接口模块用于将第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号转换成帧的形式，得到帧数据，并传输至数据接收接口模块；
所述雷达参数信息模块用于获取雷达参数信息，其中雷达参数信息为n个信道各自的地址信息，所述雷达参数信息模块给信道映射表模块提供当前雷达工作信道的参数信息，并用于信道映射表模块的输入；所述信道映射表模块内用于预置n个信道各自的混频频率控制字，当信道映射表模块接收到雷达参数信息模块的输入时，则输出当前雷达工作信道对应的混频频率控制字，并将当前雷达工作信道混频频率控制字输入至可变频数字正交混频模块；
所述数据接收接口模块用于接收数据发送接口模块传输来的帧数据并进行解析处理，获取帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号；
所述可变频数字正交混频模块用于对帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号进行数字正交混频，得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号；
所述多相抽取滤波模块用于对数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号进行抽取滤波，完成第二级数字下变频，得到第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号；所述第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号采样率的1/h倍，h为抽取倍数，且h为自然数；
所述数据发送光纤模块用于接收第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号并通过光纤进行输出。
技术方案二：
一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，应用于所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统，所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统包含现场可编程门阵列、高速模/数转换器和雷达参数信息模块，所述高速模/数转换器包含射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块和数据发送接口模块，所述现场可编程门阵列包含：信道映射表模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块、数据发送光纤模块、高速模/数转换器配置模块；所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，包括以下步骤：
步骤1，射频直接采样模块获取雷达回波模拟信号，所述雷达回波模拟信号的带宽为B，载频频率为f0；根据雷达回波模拟信号的带宽B和载频频率f0，确定高速模/数转换器的工作参数，包括射频直接采样模块的采样率、数字正交混频模块的混频频率、半带滤波模块内半带滤波器级联的级数以及数据发送接口模块的接口速度；确定高速模/数转换器所需的工作参数后，高速模/数转换器配置模块对应获取射频直接采样模块的采样率数值、数字正交混频模块的混频频率数值、半带滤波模块的级数数值以及数据发送接口模块的发送数据速度数值，并分别对应发送至射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块，进而分别完成射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块各自的配置，使其都能正常工作；
步骤2，射频直接采样模块根据高速模/数转换器配置模块配置的射频直接采样模块的采样率数值对雷达回波模拟信号进行射频直接采样，得到包含n个信道的雷达回波数字信号S；
数字正交混频模块根据高速模/数转换器配置模块配置的数字正交混频模块的混频频率数值对包含n个信道的雷达回波数字信号S进行混频，将包含n个信道的雷达回波数字信号S的频谱搬移至基带，得到包含n个信道的基带数字信号；其中包含n个信道的基带数字信号载频频率为0，带宽为B'，且包含n个信道的基带数字信号带宽与雷达回波模拟信号的带宽取值相等；
半带滤波模块根据高速模/数转换器配置模块配置的半带滤波模块的级数数值对包含n个信道的基带数字信号进行滤波抽取，得到第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，其中第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为f1，且第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为包含n个信道的基带数字信号采样率的1/(2d)倍，d为小于5的自然数；
数据发送接口模块将第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号转化成帧的形式，得到帧数据，并根据高速模/数转换器配置模块配置的数据发送接口模块的发送数据速度数值发送给数据接收接口模块；其中n为自然数；
步骤3，数据接收接口模块接收数据发送接口模块发送过来帧数据并进行解析处理，得到帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号；
然后确定信道映射表模块，根据帧数据对应的包含n个信道的第一级数字下变频基带数字信号在所述信道映射表模块内对应预置n个信道分别对应的混频频率控制字；雷达参数信息模块获取雷达参数信息，其中雷达参数信息为n个信道各自的地址信息，所述雷达参数信息模块给信道映射表模块提供当前雷达工作信道的参数信息，并用于信道映射表模块的输入；所述信道映射表模块内预置n个信道各自的混频频率控制字，当信道映射表模块接收到雷达参数信息模块的输入时，则输出当前雷达工作信道对应的混频频率控制字；
将当前雷达工作信道混频频率控制字输入至可变频数字正交混频模块，所述可变频数字正交混频模块产生对应工作信道的混频频率，并与帧数据对应的包含n个信道的第一级数字下变频基带数字信号进行数字正交混频，得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号，所述数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号包含n个信道，且其工作信道所在频谱为零频处；
步骤4，将数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号输入至多相抽取滤波模块，滤除工作信道之外的其他所有信道并同时进行信号抽取，完成第二级数字下变频，进而得到第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号，所述第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号采样率的1/h倍，h表示抽取倍数，且h为自然数；
数据发送光纤模块接收第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号并通过光纤进行输出。
本发明的有益效果：
第一，使用射频直接采样，能够增大雷达系统工作带宽范围，减少雷达接收机前端模拟环节。
第二，在高速模/数转换器内部实现第一级数字下变频，降低采样率，解决很高采样率无法直接在FPGA内处理的问题。
第三，FPGA内的第二级数字下变频结构，使用可变频数字正交混频模块取代多个数字正交混频模块分别混频的结构，不仅节省了许多FPGA资源，而且可变频数字正交混频模块更加灵活，即使信道划分方式改变，该结构依旧通用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地、完整地描述。
本发明实施例提供一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统及其方法，示例性的，参照图1，为本发明的一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统结构图，所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统，包含现场可编程门阵列(FPGA)、高速模/数转换器和雷达参数信息模块，所述高速模/数转换器包含射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块和数据发送接口模块，所述现场可编程门阵列(FPGA)包含：信道映射表模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块、数据发送光纤模块、高速模/数转换器配置模块；其中，高速模/数转换器和雷达参数信息模块分别作为现场可编程门阵列(FPGA)的外部输入，高速模/数转换器中的数据发送接口模块和FPGA中的数据接收接口模块各自的数据接口分别满足JESD204B协议，雷达参数信息模块与FPGA中的信道映射表模块满足通用异步收发传输器(UART)协议。
所述射频直接采样模块依次连接数字正交混频模块、半带滤波模块、数据发送接口模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块和数据发送光纤模块，所述雷达参数信息模块依次连接信道映射表模块和可变频数字正交混频模块，所述高速模/数转换器配置模块的输出端分别对应连接射频直接采样模块的输入端、数字正交混频模块的输入端、半带滤波模块的输入端和数据发送接口模块的输入端，所述雷达参数信息模块依次连接信道映射表模块和可变频数字正交混频模块。
所述高速模/数转换器配置模块用于给高速模/数转换器配置相关参数值，其中相关参数值包括射频直接采样模块的采样率数值、数字正交混频模块的混频频率数值、半带滤波模块的级数数值d以及数据发送接口模块的发送数据速度数值，并通过串行外设(SPI)接口分别对应发送至射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块，进而分别完成射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块各自的配置，使其都能正常工作。
其中，所述半带滤波模块的级数数值d由d组半带滤波器串联而成，d组半带滤波器串联能够实现对获取的雷达回波模拟信号进行滤波的同时完成第一级数字下变频，即对所述雷达回波模拟信号进行2d倍抽取，d为小于5的自然数。
所述射频直接采样模块用于获取雷达回波模拟信号，所述雷达回波模拟信号的带宽为B，载频频率为f0，且包含n个信道；并根据射频直接采样模块的采样率数值对雷达回波模拟信号进行射频直接采样，得到包含n个信道的雷达回波数字信号；在获取雷达回波模拟信号雷达一个周期内只有其中一个信道处于工作状态。
所述数字正交混频模块用于根据数字正交混频模块的混频频率数值对包含n个信道的雷达回波数字信号进行混频，将包含n个信道的雷达回波数字信号的频谱搬移至基带，得到包含n个信道的基带数字信号；其中包含n个信道的基带数字信号载频频率为0，带宽为B'，且包含n个信道的基带数字信号带宽与雷达回波模拟信号的带宽取值相等。
所述半带滤波模块用于根据半带滤波模块的级数数值对包含n个信道的基带数字信号进行滤波抽取，完成第一级数字下变频，得到第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号；所述第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为包含n个信道的基带数字信号采样率的1/(2d)倍，d为小于5的自然数。
所述数据发送接口模块用于按照JESD204B协议将第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号转换成帧的形式，得到帧数据，并发送至数据接收接口模块。
所述数据接收接口模块用于按照JESD204B协议接收数据发送接口模块传输来的帧数据并进行解析处理，得到帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的的基带数字信号。
所述雷达参数信息模块用于单向通信FPGA内部，即通过异步收发传输器(UART)接口获取雷达参数信息，其中雷达参数信息为n个信道各自的地址信息，所述雷达参数信息模块给信道映射表模块提供当前雷达工作信道的参数信息，并将所述当前雷达工作信道的参数信息用于信道映射表模块的输入；所述信道映射表模块内用于预置n个信道各自的混频频率控制字，当信道映射表模块接收到雷达参数信息模块的输入时，则输出当前雷达工作信道对应的混频频率控制字，并将当前雷达工作信道混频频率控制字输入至可变频数字正交混频模块。
所述可变频数字正交混频模块用于分别接收信道映射表模块发送过来的混频频率控制字，以及数据接收接口模块发送过来的帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，然后根据所述混频频率控制字对所述帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号进行数字正交混频，得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号；所述可变频数字正交混频模块产生的混频频率取决于信道映射表模块输出的当前雷达工作信道对应的混频频率控制字。
所述多相抽取滤波模块用于接收可变频数字正交混频模块发送过来的数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号，并对所述数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号进行抽取滤波，即滤除当前工作信道以外的其他所有信道的同时进行信号抽取，降低信号采样率，完成第二级数字下变频，进而得到第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号；所述第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号采样率的1/h倍，h为抽取倍数，且h为自然数。
所述数据发送光纤模块用于接收第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号并通过光纤进行输出。
一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，应用于所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统，所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统包含现场可编程门阵列、高速模/数转换器和雷达参数信息模块，所述高速模/数转换器包含射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块和数据发送接口模块，所述现场可编程门阵列包含：信道映射表模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块、数据发送光纤模块、高速模/数转换器配置模块；所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，包括以下步骤：
步骤1，射频直接采样模块获取雷达回波模拟信号，所述雷达回波模拟信号的带宽为B，载频频率为f0；根据雷达回波模拟信号的带宽B和载频频率f0，确定高速模/数转换器的工作参数，包括射频直接采样模块的采样率、数字正交混频模块的混频频率、半带滤波模块内半带滤波器级联的级数以及数据发送接口模块的接口速度；确定高速模/数转换器所需的工作参数后，高速模/数转换器配置模块对应获取射频直接采样模块的采样率数值、数字正交混频模块的混频频率数值、半带滤波模块的级数数值以及数据发送接口模块的发送数据速度数值，并分别对应发送至射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块，进而分别完成射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块各自的配置，使其都能正常工作。
具体地，根据带通采样定理，所述射频直接采样模块的采样率数值为fS，fS＝4f0/(2m+1)，f0为雷达回波模拟信号的载频频率，m为满足fS≥2B的最大正整数，B为雷达回波模拟信号的带宽。
步骤2，射频直接采样模块根据射频直接采样模块的采样率数值为fS实现射频直接采样模块对雷达回波模拟信号进行射频直接采样，得到包含n个信道的雷达回波数字信号S。
数字正交混频模块根据高速模/数转换器配置模块配置的数字正交混频模块的混频频率数值对包含n个信道的雷达回波数字信号S进行混频，将包含n个信道的雷达回波数字信号S的频谱搬移至基带，得到包含n个信道的基带数字信号；n为自然数。
其中，所述数字正交混频模块的混频频率数值与雷达回波信号的载频频率取值相等，数字正交混频模块对包含n个信道的雷达回波数字信号S进行混频，将包含n个信道的雷达回波数字信号S的频谱搬移至基带，得到包含n个信道的基带数字信号；其中包含n个信道的基带数字信号载频频率为0，带宽为B'，且包含n个信道的基带数字信号带宽与雷达回波模拟信号的带宽取值相等。
所述半带滤波模块根据高速模/数转换器配置模块配置的半带滤波模块的级数数值对包含n个信道的基带数字信号进行滤波抽取，完成第一级数字下变频，得到第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，其中第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为f1，且第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为包含n个信道的基带数字信号采样率的1/(2d')倍；f1＝fS/(2d')且f1≥2B，fS为射频直接采样模块的采样率数值，d'为小于5的自然数且d'的取值需要保证第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率f1适合在FPGA内进行处理，FPGA内能够处理的采样率一般在250Mhz以内；只有满足2B≤f1≤250Mhz，才能保证第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号不失真。
所述数据发送接口模块按照JESD204B协议将第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号转化成帧的形式，得到帧数据，并根据高速模/数转换器配置模块配置的数据发送接口模块的发送数据速度数值发送给数据接收接口模块，所述n为大于0的自然数；其中，数据发送接口模块发送数据的速度为f1×W，W为第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号的数据位宽。
步骤3，数据接收接口模块以同样的速度f1×W接收数据发送接口模块发送过来的帧数据，并且按照JESD204B协议对所述帧数据进行解析处理，得到帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号。
然后确定信道映射表模块，根据数据接收接口模块获取帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号的信道划分方式，在所述信道映射表模块内对应预置n个信道分别对应的混频频率控制字；雷达参数信息模块获取雷达参数信息，其中雷达参数信息为n个信道各自的地址信息，且雷达参数信息模块单向通信FPGA内部，即通过UART接口给信道映射表模块提供当前雷达工作信道的参数信息，并用于信道映射表模块的输入；所述信道映射表模块内预置n个信道各自对应的混频频率控制字，当信道映射表模块接收到雷达参数信息模块的输入时，则输出当前雷达工作信道对应的混频频率控制字。
可变频数字正交混频模块分别接收信道映射表模块发送过来的当前雷达工作信道混频频率控制字，以及数据接收接口模块发送过来的帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，所述可变频数字正交混频模块根据当前雷达工作信道混频频率控制字产生对应工作信道的混频频率，并与所述帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号进行数字正交混频，得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号，所述数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号包含n个信道，只是将工作信道所在频谱搬移至零频处。
具体地，第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号的信道划分方式为对雷达回波模拟信号的带宽B进行等间隔划分，其中第x个信道的混频频率为fx，每个信道的带宽分别为
根据公式Kx＝fx×2N/f1计算第x个信道对应的混频频率控制字Kx，其中N为第x个信道对应的混频频率控制字Kx的量化数据位宽；本发明实施例中N＝48。
第x个信道对应的混频频率控制字Kx预置在信道映射表模块内，示例性地，第1个信道对应的混频频率控制字K1存储在信道映射表模块的0x1地址中，第2个信道对应的混频频率控制字K2存储在信道映射表模块的0x2地址中，以此类推…，第n个信道对应的混频频率控制字Kn存储在信道映射表模块的0xn地址中。
雷达参数信息模块中的雷达参数信息通过UART接口向信道映射表模块输入当前雷达工作信道参数信息，即对应信道映射表模块内的地址信息，信道映射表模块输出第x个信道对应的混频频率控制字Kx。
将雷达当前工作信道的混频频率控制字，即第x个信道对应的混频频率控制字Kx输入至可变频数字正交混频模块，所述可变频数字正交混频模块产生对应第x个信道的混频频率fx，并与帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号进行数字正交混频，将帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号工作信道频谱搬移至零频，进而得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号，且数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号采样率与第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率取值相等；其中，数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号的工作带宽为且其工作信道中的有效信号带宽为 t为大于0的自然数；数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号的工作带宽与每个信道的带宽取值相等。
另外，信道映射表模块增加了整个系统的灵活性，因为即使雷达回波模拟信号的划分方式改变了，比如信道个数增加或减少，信道间距划分非等间距了，都只需要改变信道映射表内预置的混频频率控制字的内容，整个系统结构依旧通用。
步骤4，确定多相抽取滤波模块，根据第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为f1，以及数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号的工作带宽为且其工作信道中的有效信号带宽为确定滤波器的通带截止频率为阻带截止频率为滤波器的通带截止频率与数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号的工作信道中的有效信号带宽取值相等，滤波器的阻带截止频率与每个信道的带宽取值相等。
根据实际项目中对带外抑制比的要求，确定滤波器的通带幅度X和滤波器的阻带幅度Y，其中带外抑制比是滤波器的通带幅度与阻带幅度之比，即通过Matlab中图形化滤波器设计工具FDAtool，按要求输入对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率f1、滤波器的通带截止频率滤波器的阻带截止频率以及滤波器的通带幅度X和滤波器的阻带幅度Y，进而滤波器设计工具FDAtool相应输出滤波器的系数。
然后多相抽取滤波模块接收可变频数字正交混频模块发送过来的数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号，并对所述数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号进行抽取滤波，即根据滤波器的系数滤除当前工作信道以外的其他所有信道的同时进行信号抽取，抽取倍数为h，且h为自然数，降低信号采样率，完成第二级数字下变频，进而得到第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号。
其中，第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号采样率的1/h倍，即第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为f2，f2＝f1/h，h表示抽取倍数，且h为自然数；抽取倍数h的选取准则是需要保证第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号的采样率f2的大小为第x个信道的有效信号带宽的两倍及其以上，即f2≥2B/t，只有第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率f2的大小为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号工作信道中的有效信号带宽的两倍及其以上，最后采集到的第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率是不失真的；其中，第x个信道为当前雷达工作信道，t为大于0的自然数。
数据发送光纤模块接收第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号并通过光纤进行输出。

Claims (6)

1.一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统，其特征在于，包含现场可编程门阵列、高速模/数转换器和雷达参数信息模块，所述现场可编程门阵列包含：信道映射表模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块、数据发送光纤模块、高速模/数转换器配置模块；
所述高速模/数转换器包含射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块和数据发送接口模块；
所述射频直接采样模块依次连接数字正交混频模块、半带滤波模块、数据发送接口模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块和数据发送光纤模块，所述雷达参数信息模块依次连接信道映射表模块和可变频数字正交混频模块，所述高速模/数转换器配置模块的输出端分别对应连接射频直接采样模块的输入端、数字正交混频模块的输入端、半带滤波模块的输入端和数据发送接口模块的输入端，所述雷达参数信息模块依次连接信道映射表模块和可变频数字正交混频模块；
所述高速模/数转换器配置模块用于给高速模/数转换器配置相关参数值，其中相关参数值包括射频直接采样模块的采样率数值、数字正交混频模块的混频频率数值、半带滤波模块的级数数值以及数据发送接口模块的发送数据速度数值，并分别发送至射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块，进而分别完成射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块各自的配置，使其都能正常工作；
所述射频直接采样模块用于获取雷达回波模拟信号，并对所述雷达回波模拟信号进行射频直接采样，得到包含n个信道的雷达回波数字信号；所述雷达回波模拟信号的带宽为B，载频频率为f0；
所述数字正交混频模块用于对包含n个信道的雷达回波数字信号进行混频，将雷达回波数字信号搬移至基带，进而得到包含n个信道的基带数字信号；其中包含n个信道的基带数字信号载频频率为0，带宽为B'，且包含n个信道的基带数字信号带宽与雷达回波模拟信号的带宽取值相等；
所述半带滤波模块用于根据高速模/数转换器配置模块配置的半带滤波模块的级数数值对包含n个信道的基带数字信号进行滤波抽取，得到第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，其中第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为f1，且第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为包含n个信道的基带数字信号采样率的1/(2d)倍，d为小于5的自然数；
所述数据发送接口模块用于将第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号转换成帧的形式，得到帧数据，并传输至数据接收接口模块；
所述雷达参数信息模块用于获取雷达参数信息，其中雷达参数信息为n个信道各自的地址信息，所述雷达参数信息模块给信道映射表模块提供当前雷达工作信道的参数信息，并将所述当前雷达工作信道的参数信息用于信道映射表模块的输入；所述信道映射表模块内用于预置n个信道各自的混频频率控制字，当信道映射表模块接收到雷达参数信息模块的输入时，则输出当前雷达工作信道对应的混频频率控制字，并将当前雷达工作信道混频频率控制字输入至可变频数字正交混频模块；
所述数据接收接口模块用于接收数据发送接口模块传输来的帧数据并进行解析处理，获取帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号；
所述可变频数字正交混频模块用于对帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号进行数字正交混频，得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号；
所述多相抽取滤波模块用于对数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号进行抽取滤波，完成第二级数字下变频，得到第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号；所述第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号采样率的1/h倍，h为抽取倍数，且h为自然数；
所述数据发送光纤模块用于接收第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号并通过光纤进行输出。
2.一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，应用于所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统，所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集系统包含现场可编程门阵列、高速模/数转换器和雷达参数信息模块，所述高速模/数转换器包含射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块和数据发送接口模块，所述现场可编程门阵列包含：信道映射表模块、数据接收接口模块、可变频数字正交混频模块、多相抽取滤波模块、数据发送光纤模块、高速模/数转换器配置模块；所述基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，包括以下步骤：
步骤1，射频直接采样模块获取雷达回波模拟信号，所述雷达回波模拟信号的带宽为B，载频频率为f0；根据雷达回波模拟信号的带宽B和载频频率f0，确定高速模/数转换器的工作参数，包括射频直接采样模块的采样率、数字正交混频模块的混频频率、半带滤波模块内半带滤波器级联的级数以及数据发送接口模块的接口速度；确定高速模/数转换器所需的工作参数后，高速模/数转换器配置模块对应获取射频直接采样模块的采样率数值、数字正交混频模块的混频频率数值、半带滤波模块的级数数值以及数据发送接口模块的发送数据速度数值，并分别对应发送至射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块，进而分别完成射频直接采样模块、数字正交混频模块、半带滤波模块以及数据发送接口模块各自的配置，使其都能正常工作；
步骤2，射频直接采样模块根据高速模/数转换器配置模块配置的射频直接采样模块的采样率数值对雷达回波模拟信号进行射频直接采样，得到包含n个信道的雷达回波数字信号S；
数字正交混频模块根据高速模/数转换器配置模块配置的数字正交混频模块的混频频率数值对包含n个信道的雷达回波数字信号S进行混频，将包含n个信道的雷达回波数字信号S的频谱搬移至基带，得到包含n个信道的基带数字信号；其中包含n个信道的基带数字信号载频频率为0，带宽为B'，且包含n个信道的基带数字信号带宽与雷达回波模拟信号的带宽取值相等；
半带滤波模块根据高速模/数转换器配置模块配置的半带滤波模块的级数数值对包含n个信道的基带数字信号进行滤波抽取，得到第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，其中第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为f1，且第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率降低为包含n个信道的基带数字信号采样率的1/(2d)倍，d为小于5的自然数；
数据发送接口模块将第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号转化成帧的形式，得到帧数据，并根据高速模/数转换器配置模块配置的数据发送接口模块的发送数据速度数值发送给数据接收接口模块；其中n为自然数；
步骤3，数据接收接口模块接收数据发送接口模块发送过来帧数据并进行解析处理，得到帧数据对应的第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号；
然后确定信道映射表模块，根据帧数据对应的包含n个信道的第一级数字下变频基带数字信号在所述信道映射表模块内对应预置n个信道分别对应的混频频率控制字；雷达参数信息模块获取雷达参数信息，其中雷达参数信息为n个信道各自的地址信息，所述雷达参数信息模块给信道映射表模块提供当前雷达工作信道的参数信息，并用于信道映射表模块的输入；所述信道映射表模块内预置n个信道各自的混频频率控制字，当信道映射表模块接收到雷达参数信息模块的输入时，则输出当前雷达工作信道对应的混频频率控制字；
将当前雷达工作信道混频频率控制字输入至可变频数字正交混频模块，所述可变频数字正交混频模块产生对应工作信道的混频频率，并与帧数据对应的包含n个信道的第一级数字下变频基带数字信号进行数字正交混频，得到数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号，所述数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号包含n个信道，且其工作信道所在频谱为零频处；
步骤4，将数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号输入至多相抽取滤波模块，滤除工作信道之外的其他所有信道并同时进行信号抽取，完成第二级数字下变频，进而得到第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号，所述第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号采样率的1/h倍，h表示抽取倍数，且h为自然数；
数据发送光纤模块接收第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号并通过光纤进行输出。
3.如权利要求2所述的一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，其特征在于，在步骤1中，所述射频直接采样模块的采样率数值为fS，fS＝4f0/(2m+1)，f0为雷达回波模拟信号的载频频率，m为满足fS≥2B的最大正整数，B为雷达回波模拟信号的带宽。
4.如权利要求2所述的一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，其特征在于，在步骤2中，所述第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号，还包括：
第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为f1，且第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率为包含n个信道的基带数字信号采样率的1/(2d')倍；f1＝fS/2d'，fS为射频直接采样模块的采样率数值，d'为小于5的自然数且d'的取值需要保证第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率f1在250Mhz以内，即满足2B≤f1≤250Mhz。
5.如权利要求2所述的一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，其特征在于，在步骤3中，所述输出当前雷达工作信道对应的混频频率控制字，还包括：
第x个信道对应的混频频率控制字Kx，Kx＝fx×2N/f1，N为第x个信道对应的混频频率控制字Kx的量化数据位宽，f1为第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率；其中，第x个信道为当前雷达工作信道。
6.如权利要求2所述的一种基于两级数字下变频的雷达工作信道采集方法，其特征在于，在步骤4中，所述第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号，还包括：
第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率为f2，f2＝f1/h，h表示抽取倍数，且h为自然数；f1为第一级数字下变频后包含n个信道的基带数字信号采样率；抽取倍数h的选取准则第二级数字下变频后只包含工作信道的基带数字信号采样率f2的大小为数字正交混频后工作信道处于零频的基带数字信号工作信道中的有效信号带宽的两倍及其以上，即f2≥2B/t，t为大于0的自然数。
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