CN108196230A - 一种被动雷达的两级数字信道化接收装置 - Google Patents

一种被动雷达的两级数字信道化接收装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种被动雷达的两级数字信道化接收装置，包括一级数字信道化接收模块、一级有效信道选择模块、二级数字信道化接收模块和二级有效信道选择模块；经过两级数字信道化接收和选择后得到有效信道中信号的幅度和相位值。该装置适用于多数被动雷达信号处理系统，针对不同的采样率和频带宽度要求，封装成参数灵活可选的设计模块，实现设计的模块化和通用化，可大大缩短设计周期；有效解决了被动共形天线雷达对于信号检测灵敏度和信噪比的要求，通过两级信道化处理，有效的提高了灵敏度和信噪比，两级信道化联合处理后信噪比增益约17dB；采用两级数字信道化接收减少了运算资源，降低了芯片功耗。

Description

一种被动雷达的两级数字信道化接收装置
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种被动雷达的两级数字信道化接收装置。
背景技术
如今的雷达已由以往单一的主动模式向多模式发展，无论是纯被动雷达还是越来越流行的主被动复合雷达，被动雷达在雷达家族中的作用越来越大。而被动雷达天线也由原来的平面双极化天线向共形天线发展。
对于被动雷达信号处理领域，处理的信号带宽越来越宽，采样率越来越高，已由原来的几十MHz提高到几GHz；同时由于共形天线分布于雷达的各个方向，接收信号的强度差距较大，对于信号检测灵敏度的要求也越来越高。作为被动雷达信号处理的关键技术，对于信道化接收的要求也随之提高，AD采样路数由1路或2路向多路发展，由模拟接收方式向数字接收方式发展。
雷达信号的数字信道化接收需要对采样信号通过信道化分来提高信噪比，信道数越多，信噪比增益越高，但信道划分多会造成芯片资源占用率高，芯片功耗大，处理速度低的问题，因此，单级数字信道化接收越来越难以满足信号处理的要求。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明提出一种被动雷达的两级数字信道化接收装置，通过对采样信号进行分级数字信道化接收，提高了信号检测灵敏度和信噪比，减少了运算资源，降低了功耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种被动雷达的两级数字信道化接收装置，包括：一级数字信道化接收模块、一级有效信道选择模块、二级数字信道化接收模块和二级有效信道选择模块；
所述一级数字信道化接收模块对采样后的数字中频信号进行N倍抽取降速、滤波、IFFT和取共轭处理后输出N个一级信道的IQ数据；
所述一级有效信道选择模块对所述N个一级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位，并进行幅度检波判断，以信号幅度最大的信道为一级有效信道，并将该有效信道中的IQ数据输出到二级数字化信道接收模块进行处理；
所述二级数字信道化接收模块对一级有效信道的IQ数据进行M倍抽取降速、滤波、IFFT和取共轭处理后输出M个二级信道的IQ数据；
所述二级有效信道选择模块对M个二级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取信道中信号的幅度和相位，并进行幅度检波判断，以信号幅度最大的信道为二级有效信道，并将该信道的幅度和相位值输出到被动雷达的下一级进行处理。
进一步地，所述一级数字化信道接收模块由N倍抽取降速模块、多相滤波器组1、IFFT模块1和信道共轭模块1组成；
所述N倍抽取降速模块，对采样后的数字中频信号FI按照1:N的比例进行解串，形成N路并行的数据FN；完成了1:N的串并转换，所述FN的速率为FI速率的1/N；所述N为2的幂次方；
所述多相滤波器组1对N路并行的数据FN进行滤波，并将滤波结果输出到IFFT模块1进行IFFT处理；
所述IFFT模块1的输出结果为N个一级信道的IQ数据；
所述信道共轭模块1对一级信道中偶数信道的IQ分量进行乘以-1处理，对奇数信道的IQ数据通过D触发器延时1个周期，输出奇偶数信道IQ分量对齐后的一级信道的IQ数据到一级有效信道选择模块。
进一步地，所述IFFT模块1为n点IFFT，n＝2N；所述IFFT模块1对采用按频率抽选的流水结构的基-2IFFT算法，其核心是蝶形运算，即一个n点的IDFT可以转化为两个n/2点的IDFT，而一个n/2点的IDFT可以转化为两个n/4点的IDFT，以此类推，最终转化为2点的IDFT；
进一步地，所述多相滤波器组1由2N个FIR型数字滤波器组成，所述滤波器按照50％的交叠选择滤波器的阶数。
进一步地，所述一级有效信道选择模块包括cordic算法模块1和检波模块1；
所述cordic算法模块1对N个一级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位值；
所述检波模块2对输入的N个一级信道的幅度值进行检波判断，以信号幅度最大的信道为一级有效信道，并将该有效信道中的IQ数据输出到二级数字化信道接收模块进行处理。
进一步地，所述二级数字化信道接收模块由M倍抽取降速模块、多相滤波器组2、IFFT模块2和信道共轭模块2组成；
所述M倍抽取降速模块，对有效信道的IQ数据按照1:M的比例进行解串，形成M路并行的数据FM；完成了1:M的串并转换，所述FM的速率为FI速率的2/(N*M)；所述M为2的幂次方；
所述多相滤波器组2对M路并行的数据FM进行滤波，并将滤波结果输出到IFFT模块2进行IFFT处理；
所述IFFT模块2的输出结果为M个二级信道的信号的IQ分量；
所述信道共轭模块2对IFFT模块2处理完成之后的偶数信道输出的IQ分量进行乘以-1处理，对奇数信道的IQ数据通过D触发器延时1个周期，输出奇偶数信道IQ分量对齐后的M个二级信道的IQ数据到二级有效信道选择模块。
进一步地，所述IFFT模块1为m点IFFT，m＝M；所述IFFT模块1对采用按频率抽选的流水结构的基-2IFFT算法，其核心是蝶形运算，即一个M点的IDFT可以转化为两个M/2点的IDFT，而一个M/2点的IDFT可以转化为两个M/4点的IDFT，以此类推，最终转化为2点的IDFT。
进一步地，所述多相滤波器组2由M个具有系统稳定、可以实现线性相位的FIR型数字滤波器组成，所述滤波器按照50％的交叠选择滤波器的阶数；
进一步地，所述二级有效信道选择模块包括cordic算法模块2和检波模块2；
所述cordic算法模块2对M个二级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位值；
所述检波模块2对输入的M个二级信道的幅度值进行检波判断，以信号幅度最大的信道为二级有效信道，并将该信道的幅度和相位值输出到被动雷达的下一级进行处理。
进一步地，N为32，M为8。
本发明有益效果如下：
1.适用于多数被动雷达信号处理系统，可以根据不同项目的具体情况，针对不同的采样率和频带宽度要求，封装成参数灵活可选的设计模块，实现设计的模块化和通用化，可大大缩短设计周期；
2.有效的解决了被动共形天线雷达对于信号检测灵敏度和信噪比的要求，通过两级信道化处理，有效的提高了灵敏度和信噪比，两级信道化联合处理后信噪比增益约17dB；
3.采用两级数字信道化接收减少了运算资源，降低了芯片功耗。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为被动雷达的两级数字信道化接收装置原理图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明的一个具体实施例，公开一种被动雷达的两级数字信道化接收装置，如图1所示，包括：一级数字信道化接收模块、一级有效信道选择模块、二级数字信道化接收模块和二级有效信道选择模块。
所述一级数字信道化接收模块对被动雷达采样后的数字中频信号进行N倍抽取降速、滤波、IFFT和取共轭处理后输出N个一级信道的IQ数据；
所述一级有效信道选择模块对所述N个一级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位后，进行幅度检波判断后，以信号幅度最大的信道为一级有效信道，并将该有效信道中的IQ数据输出到二级数字化信道接收模块进行处理；
所述二级数字信道化接收模块对一级有效信道的IQ数据进行M倍抽取降速、滤波、IFFT和取共轭处理后输出M个二级信道的IQ数据；
所述二级有效信道选择模块对M个二级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取信道中信号的幅度和相位后，进行幅度检波判断，以信号幅度最大的信道为二级有效信道，并将该信道的幅度和相位值输出到被动雷达的下一级进行处理。
所述一级数字化信道接收模块由N倍抽取降速模块、多相滤波器组1、IFFT模块1和信道共轭模块1组成；
所述N倍抽取降速模块，对采样后的数字中频信号FI按照1:N的比例进行解串，形成N路并行的数据FN；完成了1:N的串并转换，所述FN的速率为FI速率的1/N；所述N为2的幂次方；
所述多相滤波器组1由2N个具有系统稳定、可以实现线性相位的FIR型数字滤波器组成，所述滤波器按照50％的交叠选择滤波器的阶数；
所述多相滤波器组1对N路并行的数据FN进行滤波，并将滤波结果输出到IFFT模块1进行IFFT处理。
所述IFFT模块1为n点IFFT，n＝2N；所述IFFT模块1对采用按频率抽选的流水结构的基-2IFFT算法，其核心是蝶形运算，即一个n点的IDFT可以转化为两个n/2点的IDFT，而一个n/2点的IDFT可以转化为两个n/4点的IDFT，以此类推，最终转化为2点的IDFT；
所述IFFT模块1的输出结果为N个一级信道的IQ数据。
所述信道共轭模块1对一级信道中偶数信道的IQ分量进行乘以-1处理，对奇数信道的IQ数据通过D触发器延时1个周期，输出奇偶数信道IQ分量对齐后的一级信道的IQ数据到一级有效信道选择模块。
所述对齐后的IQ数据输出到有效信道选择模块对有效信道进行选择；
所述有效信道选择模块包括cordic算法模块1和检波模块；
所述cordic算法模块1对输入的IQ数据进行cordic运算提取信号的幅度和相位后，输出到检波模块进行检波，根据幅度来判断有效信号所在信道，并将该有效信道的IQ数据输出到第二级数字化信道接收模块进行处理；
所述二级数字化信道接收模块由M倍抽取降速模块、多相滤波器组2、IFFT模块2和信道共轭模块2组成；
所述M倍抽取降速模块，对有效信道的IQ数据按照1:M的比例进行解串，形成M路并行的数据FM；完成了1:M的串并转换，所述FM的速率为FI速率的2/(N*M)；所述M为2的幂次方；
所述多相滤波器组2由M个具有系统稳定、可以实现线性相位的FIR型数字滤波器组成，所述滤波器按照50％的交叠选择滤波器的阶数；
所述多相滤波器组1对M路并行的数据FM进行滤波，并将滤波结果输出到IFFT模块2进行IFFT处理；
所述IFFT模块1为m点IFFT，m＝M；所述IFFT模块1对采用按频率抽选的流水结构的基-2IFFT算法，其核心是蝶形运算，即一个M点的IDFT可以转化为两个M/2点的IDFT，而一个M/2点的IDFT可以转化为两个M/4点的IDFT，以此类推，最终转化为2点的IDFT。
所述IFFT模块2的输出结果为M个二级信道的信号的IQ分量；
所述信道共轭模块2对IFFT模块2处理完成之后的偶数信道输出的IQ分量进行乘以-1处理，对奇数信道的IQ数据通过D触发器延时1个周期，输出奇偶数信道IQ分量对齐后的M个二级信道的IQ数据到二级有效信道选择模块。
所述二级有效信道选择模块包括cordic算法模块2和检波模块2；
所述cordic算法模块2对M个二级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位值；
所述检波模块2对输入的M个二级信道的幅度值进行检波判断，以信号幅度最大的信道为二级有效信道，并将该信道的幅度和相位值输出到被动雷达的下一级进行处理。
在确定N和M值时，需要统筹考虑FPGA的处理速度和资源占用率，一般情况下，N值越大，处理速度越低，资源占用率越大，但N值太小，处理速度越高，FPGA芯片也难以达到。因此，本例选取N为32，M为8，既可以满足资源使用情况合理，也可以满足设计对处理速度的要求。
根据上述具体实施方式的介绍可知，本发明是一种被动雷达的两级数字信道化接收装置，该装置适用于多数被动雷达信号处理系统，可以根据不同项目的具体情况，针对不同的采样率和频带宽度要求，封装成参数灵活可选的设计模块，实现设计的模块化和通用化，可大大缩短设计周期；本发明有效的解决了被动共形天线雷达对于信号检测灵敏度和信噪比的要求。通过两级信道化处理，有效的提高了灵敏度和信噪比；两级信道化联合处理后信噪比增益约17dB；采用两级数字信道化接收减少了运算资源，降低了芯片功耗。
上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求的保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上做任何简单的变形或替换而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种被动雷达的两级数字信道化接收装置，其特征在于，包括一级数字信道化接收模块、一级有效信道选择模块、二级数字信道化接收模块和二级有效信道选择模块；
所述一级数字信道化接收模块对采样后的数字中频信号进行N倍抽取降速、滤波、IFFT和取共轭处理后输出N个一级信道的IQ数据；
所述一级有效信道选择模块对所述N个一级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位，并进行幅度检波判断，以信号幅度最大的信道为一级有效信道，并将该有效信道中的IQ数据输出到二级数字化信道接收模块进行处理；
所述二级数字信道化接收模块对一级有效信道的IQ数据进行M倍抽取降速、滤波、IFFT和取共轭处理后输出M个二级信道的IQ数据；
所述二级有效信道选择模块对M个二级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取信道中信号的幅度和相位，并进行幅度检波判断，以信号幅度最大的信道为二级有效信道，并将该信道的幅度和相位值输出到被动雷达的下一级进行处理。
2.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述一级数字化信道接收模块由N倍抽取降速模块、多相滤波器组1、IFFT模块1和信道共轭模块1组成；
所述N倍抽取降速模块，对采样后的数字中频信号FI按照1:N的比例进行解串，形成N路并行的数据FN；完成了1:N的串并转换，所述FN的速率为FI速率的1/N；所述N为2的幂次方；
所述多相滤波器组1对N路并行的数据FN进行滤波，并将滤波结果输出到IFFT模块1进行IFFT处理；
所述IFFT模块1的输出结果为N个一级信道的IQ数据；
所述信道共轭模块1对一级信道中偶数信道的IQ分量进行乘以-1处理，对奇数信道的IQ数据通过D触发器延时1个周期，输出奇偶数信道IQ分量对齐后的一级信道的IQ数据到一级有效信道选择模块。
3.根据权利要求2所述的接收装置，其特征在于，
所述IFFT模块1为n点IFFT，n＝2N；所述IFFT模块1对采用按频率抽选的流水结构的基-2IFFT算法，其核心是蝶形运算，即一个n点的IDFT转化为两个n/2点的IDFT，而一个n/2点的IDFT转化为两个n/4点的IDFT，以此类推，最终转化为2点的IDFT。
4.根据权利要求2所述的接收装置，其特征在于，所述多相滤波器组1由2N个FIR型数字滤波器组成，所述滤波器按照50％的交叠选择滤波器的阶数。
5.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，
所述一级有效信道选择模块包括cordic算法模块1和检波模块1；
所述cordic算法模块1对N个一级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位值；
所述检波模块2对输入的N个一级信道的幅度值进行检波判断，以信号幅度最大的信道为一级有效信道，并将该有效信道中的IQ数据输出到二级数字化信道接收模块进行处理。
6.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，
所述二级数字化信道接收模块由M倍抽取降速模块、多相滤波器组2、IFFT模块2和信道共轭模块2组成；
所述M倍抽取降速模块，对有效信道的IQ数据按照1:M的比例进行解串，形成M路并行的数据FM；完成了1:M的串并转换，所述FM的速率为FI速率的2/(N*M)；所述M为2的幂次方；
所述多相滤波器组2对M路并行的数据FM进行滤波，并将滤波结果输出到IFFT模块2进行IFFT处理；
所述IFFT模块2的输出结果为M个二级信道的信号的IQ分量；
所述信道共轭模块2对IFFT模块2处理完成之后的偶数信道输出的IQ分量进行乘以-1处理，对奇数信道的IQ数据通过D触发器延时1个周期，输出奇偶数信道IQ分量对齐后的M个二级信道的IQ数据到二级有效信道选择模块。
7.根据权利要求6所述的接收装置，其特征在于，
所述IFFT模块1为m点IFFT，m＝M；所述IFFT模块1对采用按频率抽选的流水结构的基-2IFFT算法，其核心是蝶形运算，即一个M点的IDFT可以转化为两个M/2点的IDFT，而一个M/2点的IDFT可以转化为两个M/4点的IDFT，以此类推，最终转化为2点的IDFT。
8.根据权利要求6所述的接收装置，其特征在于，所述多相滤波器组2由M个具有系统稳定、可以实现线性相位的FIR型数字滤波器组成，所述滤波器按照50％的交叠选择滤波器的阶数。
9.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，
所述二级有效信道选择模块包括cordic算法模块2和检波模块2；
所述cordic算法模块2对M个二级信道的IQ数据分信道进行cordic运算提取各信道中信号的幅度和相位值；
所述检波模块2对输入的M个二级信道的幅度值进行检波判断，以信号幅度最大的信道为二级有效信道，并将该信道的幅度和相位值输出到被动雷达的下一级进行处理。
10.根据权利要求1-9任一所述的接收装置，其特征在于，N为32，M为8。
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