CN107727928A - 一种数字信号鉴频器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字信号鉴频器及其使用方法，其装置包括底座，所述底座顶部外壁卡接有外罩，且底座顶部内壁卡接有电路板，所述底座一侧外壁开有通孔，且通孔内壁卡接有数字信号输出端和数字信号载入端，数字信号输出端和数字信号载入端分别连接在电路板的输出端和输入端上，其方法包括以下步骤：通过数字鉴相获取相位信息,然后通过相位微分实现数字鉴频，A/D变换器对中频模拟信号直接采样。本发明结构设计合理、流程清晰，输入中频模拟信号，最后模拟输出高频模拟信号，再抽取输出信号采样，整体过程统一，通过中频向低频和高频过度，模拟信号先转化数字信号，可提高检验可信度，对比中频和高频模拟信号，进行简单的鉴别即可。

Description

一种数字信号鉴频器及其使用方法
技术领域
本发明涉及信号鉴频器技术领域，尤其涉及一种数字信号鉴频器及其使用方法。
背景技术
随着数字技术的发展,很多原来采用模拟电路完成的功能,正逐渐被数字方法和数字电路取代，近年来,数字中频接收机已经发展到进入实际应用阶段，在PD雷达导引头数字中频接收机中,采用数字鉴频器和数控振荡器取代模拟鉴频器和压控振荡器构成速度跟踪回路,以便获取更高的测频精度，传统的PD雷达导引头采用模拟鉴频器和压控振荡器构成速度跟踪回路，鉴频器是关键器件之一,其性能指标影响目标多普勒频率的测量精度,并最终影响末制导修正比例导引的精度，模拟鉴频器的缺点是,鉴频器的中心频率和鉴频灵敏度随温度变化而发生漂移,鉴频特性曲线的线性度较差,只能在中心频率附近保持较好的线性鉴频斜率,因此影响鉴频带宽。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种数字信号鉴频器及其使用方法。
本发明提出的一种数字信号鉴频器，包括底座，所述底座顶部外壁卡接有外罩，且底座顶部内壁卡接有电路板，所述底座一侧外壁开有通孔，且通孔内壁卡接有数字信号输出端和数字信号载入端，数字信号输出端和数字信号载入端分别连接在电路板的输出端和输入端上，所述电路板顶部外壁焊接有数字低通滤波器、数控振荡器、载波通道、A/D转换器、信号接收带、载波频率偏移变频器和高频模拟前端，且数字低通滤波器的输入端通过信号线焊接在数控振荡器，数控振荡器的输出端通过信号线焊接在载波通道，载波通道输入端和输出端通过信号线分别焊接在A/D转换器的输出端和载波频率偏移变频器的输入端上，所述载波频率偏移变频器的输出端通过信号线连接在信号接收带的输入端上，且载波频率偏移变频器的输入端通过信号线连接在高频模拟前端的输出端上，所述底座一侧外壁焊接有天线，且天线的输出端通过信号线连接在信号接收带的输入端上。
优选地，所述载波通道包括有正向频偏载波通道和负向频偏载波通道，且正向频偏载波通道和负向频偏载波通道的载波导向相反。
优选地，所述A/D转换器的输出频率信号为中频模拟信号，A/D转换器的型号为SMF18A。
优选地，所述数控振荡器的输入频率信号为数字中频信号，数控振荡器的型号为SZ-06。
优选地，所述数字低通滤波器的抽样检波频率为数字低频信号，数字低通滤波器的型号为DNF05-H-15A。
优选地，所述载波频率偏移变频器的输入频率导向为正向，且载波频率偏移变频器的输处频率导向为负向。
优选地，所述载波频率偏移变频器的输入端通过信号线连接在正向频偏载波通道，且载波频率偏移变频器的输出端通过信号线连接在负向频偏载波通道的输入端上。
优选地，所述信号接收带包括有三至四个接收头，且三至四个接收头等距离分布在信号接收带上，且接收头的输出形式为低导通型。
优选地，所述高频模拟前端的输入频率信号为负向低频数字信号，且高频模拟前端的输出频率信号为正向高频数字信号。
本发明提出的一种数字信号鉴频器的使用方法，包括以下步骤：
S1：数字信号鉴频器是在数字下变频之后通过数字鉴相获取相位信息,然后通过相位微分实现数字鉴频，A/D变换器对中频模拟信号直接采样,然后利用数控振荡器作为数字正交本振,对采样后的数字中频信号进行下变频处理。
S2：再经过数字低通滤波器和适当的数据抽取,完成数字正交检波过程。
S3：获得正交的零中频信号SI和SQ，然后通过数字鉴相获和相位微分实现数字鉴频。
S4：假设中频模拟信号为s(t)=cos(ω0+Δω)t，则A/D变换后为sn=cos(ω0+Δω)nTs，式中,Δω是与中心频率的频偏，Ts为采样周期。
S5：数控振荡器信号为s0n=exp(-jω0nTs),经过数字下变频、低通滤波和数据抽取之后,零中频信号为
sIn=↓R{LPF[snRe(s0n)]}=1/2cos(ΔωnTsount)
sQn=↓R{LPF[snIm(s0n)]}=1/2sin(ΔωnTsount)；
式中,↓R为R倍的抽取,用于降低输出信号采样率；R为抽取因子；Tsout为输出采样周期,Tsout=TsR。
S6：瞬时相位可通过下式计算φn=tan-1（sQn/sIn），瞬时相位φn与延迟D个输出采样周期Tsout的相位φn-D的模2π的差值为Δφ=φn-φn-D。
S7：因此,可近似认为相位差与相位数据间的时间间隔的比值为相位的微分,从而获得频率信息如下：
Δf=1/2π・dφ/dt=1/2π・Δφ(rad)/Δt
=1/2π・K・Δφ/DTsout
=1/2π・K・Δφ/D・fsout(Hz)；
式中,K为相位斜率,由数字鉴相输出的相位码的位数N决定,K=2π/2N,单位为rad/LSB，Δφ为相位码,是计算出的有符号整数。鉴频器的频率分辨率是指相位码为1LSB的时候的鉴频值:Δfmin=1/2N・1/D・fsout(Hz)。
S8：可利用S7中式，计算出通过天线和高频模拟前端接收到的中频模拟信号相对于中频本振信号的频偏。
数字信号鉴频器的鉴频范围由两个相位数据的最大相位差和二者之间的时间间隔决定,理论上的最大相位差应为2π，因此,鉴频范围可用下式计算:RΔf=f0±1/2π・Δφmax(rad)/Δt=f0±1/2π・2π/DTsout=f0±1/D・fsount，式中,f0为中频本振信号频率；fsout为经过抽取后的输出信号采样率。
本发明的有益效果为：本发明结构设计合理、流程清晰，通过输入中频模拟信号，输出为数字中频信号，转化为数字低频信号送抽样检波，再经过正负向的载波转变，最后模拟输出高频模拟信号，再抽取输出信号采样，整体过程统一，通过中频向低频和高频过度，模拟信号先转化数字信号，可提高检验可信度，对比中频和高频模拟信号，进行简单的鉴别即可。
附图说明
图1为本发明提出的一种数字信号鉴频器的结构示意图；
图2为本发明提出的一种数字信号鉴频器的载波通道的结构示意图；
图3为本发明提出的一种数字信号鉴频器的结构主视图；
图4为本发明提出的一种数字信号鉴频器的原理示意图。
图中：1底座、2数字低通滤波器、3外罩、4数控振荡器、5高频模拟前端、6载波通道、7 A/D转换器、8载波频率偏移变频器、9信号接收带、10天线、11数字信号载入端、12数字信号输出端、13正向频偏载波通道、14负向频偏载波通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例，参照图1-4，一种数字信号鉴频器，包括底座1，底座1顶部外壁卡接有外罩3，且底座1顶部内壁卡接有电路板，底座1一侧外壁开有通孔，且通孔内壁卡接有数字信号输出端12和数字信号载入端11，数字信号输出端12和数字信号载入端11分别连接在电路板的输出端和输入端上，电路板顶部外壁焊接有数字低通滤波器2、数控振荡器4、载波通道6、A/D转换器7、信号接收带9、载波频率偏移变频器8和高频模拟前端5，且数字低通滤波器2的输入端通过信号线焊接在数控振荡器4，数控振荡器4的输出端通过信号线焊接在载波通道6，载波通道6输入端和输出端通过信号线分别焊接在A/D转换器7的输出端和载波频率偏移变频器8的输入端上，载波频率偏移变频器8的输出端通过信号线连接在信号接收带9的输入端上，且载波频率偏移变频器8的输入端通过信号线连接在高频模拟前端5的输出端上，底座1一侧外壁焊接有天线10，且天线10的输出端通过信号线连接在信号接收带9的输入端上。
载波通道6包括有正向频偏载波通道13和负向频偏载波通道14，且正向频偏载波通道13和负向频偏载波通道14的载波导向相反，A/D转换器7的输出频率信号为中频模拟信号，A/D转换器7的型号为SMF18A，数控振荡器4的输入频率信号为数字中频信号，数控振荡器4的型号为SZ-06，数字低通滤波器2的抽样检波频率为数字低频信号，数字低通滤波器2的型号为DNF05-H-15A，载波频率偏移变频器8的输入频率导向为正向，且载波频率偏移变频器8的输处频率导向为负向，载波频率偏移变频器8的输入端通过信号线连接在正向频偏载波通道13，且载波频率偏移变频器8的输出端通过信号线连接在负向频偏载波通道14的输入端上，信号接收带9包括有三至四个接收头，且三至四个接收头等距离分布在信号接收带9上，接收头的输出形式为低导通型，高频模拟前端5的输入频率信号为负向低频数字信号，且高频模拟前端5的输出频率信号为正向高频数字信号。
本发明中，A/D转换器7输入中频模拟信号，数控振荡器4输出为数字中频信号，数字低通滤波器2转化为数字低频信号送抽样检波，再经过正向频偏载波通道13和负向频偏载波通道14的正负向的载波转变，最后模拟输出高频模拟信号，抽取输出信号采样即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种数字信号鉴频器，包括底座（1），其特征在于，所述底座（1）顶部外壁卡接有外罩（3），且底座（1）顶部内壁卡接有电路板，所述底座（1）一侧外壁开有通孔，且通孔内壁卡接有数字信号输出端（12）和数字信号载入端（11），数字信号输出端（12）和数字信号载入端（11）分别连接在电路板的输出端和输入端上，所述电路板顶部外壁焊接有数字低通滤波器（2）、数控振荡器（4）、载波通道（6）、A/D转换器（7）、信号接收带（9）、载波频率偏移变频器（8）和高频模拟前端（5），且数字低通滤波器（2）的输入端通过信号线焊接在数控振荡器（4），数控振荡器（4）的输出端通过信号线焊接在载波通道（6），载波通道（6）输入端和输出端通过信号线分别焊接在A/D转换器（7）的输出端和载波频率偏移变频器（8）的输入端上，所述载波频率偏移变频器（8）的输出端通过信号线连接在信号接收带（9）的输入端上，且载波频率偏移变频器（8）的输入端通过信号线连接在高频模拟前端（5）的输出端上，所述底座（1）一侧外壁焊接有天线（10），且天线（10）的输出端通过信号线连接在信号接收带（9）的输入端上。
2.根据权利要求1所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述载波通道（6）包括有正向频偏载波通道（13）和负向频偏载波通道（14），且正向频偏载波通道（13）和负向频偏载波通道（14）的载波导向相反。
3.根据权利要求1所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述A/D转换器（7）的输出频率信号为中频模拟信号，A/D转换器（7）的型号为SMF18A。
4.根据权利要求1所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述数控振荡器（4）的输入频率信号为数字中频信号，数控振荡器（4）的型号为SZ-06。
5.根据权利要求1所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述数字低通滤波器（2）的抽样检波频率为数字低频信号，数字低通滤波器（2）的型号为DNF05-H-15A。
6.根据权利要求1所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述载波频率偏移变频器（8）的输入频率导向为正向，且载波频率偏移变频器（8）的输处频率导向为负向。
7.根据权利要求1和权利要求2所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述载波频率偏移变频器（8）的输入端通过信号线连接在正向频偏载波通道（13），且载波频率偏移变频器（8）的输出端通过信号线连接在负向频偏载波通道（14）的输入端上。
8.根据权利要求1所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述信号接收带（9）包括有三至四个接收头，且三至四个接收头等距离分布在信号接收带（9）上，接收头的输出形式为低导通型。
9.根据权利要求1所述的一种数字信号鉴频器，其特征在于，所述高频模拟前端（5）的输入频率信号为负向低频数字信号，且高频模拟前端（5）的输出频率信号为正向高频数字信号。
10.一种数字信号鉴频器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：数字信号鉴频器是在数字下变频之后通过数字鉴相获取相位信息,然后通过相位微分实现数字鉴频，A/D变换器（7）对中频模拟信号直接采样,然后利用数控振荡器（4）作为数字正交本振,对采样后的数字中频信号进行下变频处理。
11.S2：再经过数字低通滤波器（2）和适当的数据抽取,完成数字正交检波过程。
12.S3：获得正交的零中频信号SI和SQ，然后通过数字鉴相获和相位微分实现数字鉴频。
13.S4：假设中频模拟信号为s(t)=cos(ω0+Δω)t，则A/D变换后为sn=cos(ω0+Δω)nTs，式中,Δω是与中心频率的频偏，Ts为采样周期。
14.S5：数控振荡器（4）信号为s0n=exp(-jω0nTs),经过数字下变频、低通滤波和数据抽取之后,零中频信号为
sIn=↓R{LPF[snRe(s0n)]}=1/2cos(ΔωnTsount)
sQn=↓R{LPF[snIm(s0n)]}=1/2sin(ΔωnTsount)；
式中,↓R为R倍的抽取,用于降低输出信号采样率；R为抽取因子；Tsout为输出采样周期,Tsout=TsR。
15.S6：瞬时相位可通过下式计算φn=tan-1（sQn/sIn），瞬时相位φn与延迟D个输出采样周期Tsout的相位φn-D的模2π的差值为Δφ=φn-φn-D。
16.S7：因此,可近似认为相位差与相位数据间的时间间隔的比值为相位的微分,从而获得频率信息如下：
Δf=1/2π・dφ/dt=1/2π・Δφ(rad)/Δt
=1/2π・K・Δφ/DTsout
=1/2π・K・Δφ/D・fsout(Hz)；
式中,K为相位斜率,由数字鉴相输出的相位码的位数N决定,K=2π/2N,单位为rad/LSB，Δφ为相位码,是计算出的有符号整数。
17.鉴频器的频率分辨率是指相位码为1LSB的时候的鉴频值:Δfmin=1/2N・1/D・fsout(Hz)。
18.S8：可利用S7中式，计算出通过天线（10）和高频模拟前端（5）接收到的中频模拟信号相对于中频本振信号的频偏。
19.数字信号鉴频器的鉴频范围由两个相位数据的最大相位差和二者之间的时间间隔决定,理论上的最大相位差应为2π，因此,鉴频范围可用下式计算:RΔf=f0±1/2π・Δφmax(rad)/Δt=f0±1/2π・2π/DTsout=f0±1/D・fsount，式中,f0为中频本振信号频率；fsout为经过抽取后的输出信号采样率。
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