CN112180178A - 一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统及方法，包含数字零中频变换模块、自适应压缩模块、时域干涉抗干扰处理模块和Stocks矢量参数提取模块。本发明的优点在于提供了一种高性能可见度函数提取方法，该方法采用自适应压缩模块对高速数据进行压缩处理，时域干涉抗干扰处理模块对宽带信号进行子带细分，剔除干扰信号，同时利用干涉处理算法进行可见度参数计算，最后由参数提取模块提取相关参数，完成可见度四个矢量参数的提取，从而进行综合孔径微波辐射计的遥感应用。

Description

一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统及方法
技术领域
本发明涉及辐射计可见度函数提取技术领域，特别涉及一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统及方法。
背景技术
微波辐射计是一种被动式的微波遥感设备，通过被动接收被观测场景的微波辐射能量来探测目标的特性。它具有穿透云层和在一定程度上穿透雨区的能力，不受天气的影响，已发展成为实现海洋、地理环境探测的一种重要遥感载荷，在遥感领域中占有特殊重要的地位。伴随着高精度高灵敏度的探测应用需求，不同体制的辐射计相继得以实现，其中综合孔径辐射计就是其中的一种。综合孔径辐射计采用二元相关干涉测量方法对视场内辐射亮温分布的空间频率域进行采样，得到可见度函数，也即Stocks矢量参数，然后通过对Stocks矢量参数进行数学运算来进行遥感应用。
近几十年来随着无线电技术的发展，空间电磁环境日益复杂，对微波辐射计的影响越来越严重。微波辐射计在L波段、C波段、X波段都不同程度的出现了射频干扰(RadioFrequency Interference，简称RFI)信号。RFI信号直接影响辐射计的灵敏度和探测精度，因此研制具有抗RFI功能的高精度高灵敏度的辐射计越来越受到重视。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统及方法，通过对高速采样的数字中频信号进行自适应压缩处理，采用时域子带划分的方式，通过二元相关干涉测量技术，获取辐射计可见度函数，从而进行高精度的遥感应用。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明公开了一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统，包括数字零中频变换模块、自适应压缩模块、时域干涉抗干扰处理模块和Stocks矢量参数提取模块，其中：
所述数字零中频变换模块，用于在FPGA内通过载波压控振荡器产生一个与输入信号中心频率相同的正余弦信号，分别与每个通道的AD转换得到的数字信号相乘进行复数数字下变频，并经过低通滤波，得到复数零中频信号；
所述自适应压缩模块，用于通过计算复数零中频信号的功率，通过查表的方式将高位宽的复数零中频信号进行数据压缩，形成n bit复数数据；
所述时域干涉抗干扰处理模块，用于对压缩后的复数零中频信号通过RAM对数据进行输出控制，并经过一组移位寄存器，形成不同时间延时的2K组复数零中频数据，通过干涉通道并行选择器，从N通道内并行选择两个通道具有相同时间延迟的一组数据进入复数乘法小型相关处理单元进行干涉处理，共获取K*K*N*(N+1)组数据；
所述矢量参数提取模块，用于将每一干涉处理周期的K*N*(N+1)组复数相关值进行归一化处理，得到相关度和相位值，然后按照系统指定格式进行组帧，并通过通信接口传输至下一级应用处理模块，实现Stocks矢量参数的数字域提取。
进一步的，在采样时钟的控制下，将复数零中频信号复制成2路，其中：
一路通过累加及移位的方式计算得到信号均值，并被复数零中频信号减去，实现直流跟踪消除；
另一路则通过复数零中频信号乘累加及移位的方式计算得到复数零中频信号平均功率，并根据信号功率大小，通过查表映射的方式，选取数据压缩系数，得到的压缩系数再与去直流后的复数零中频信号进行相乘，最后根据数值大小进行重量化。
本发明另外公开了一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法，包括以下步骤：
步骤1：数字零中频变换模块将每个通道的AD量化后的数字中频信号下变频至零中频；
步骤2：自适应压缩模块将所述数字零中频变换模块输出的高位宽数据按照信号功率进行数据压缩，形成n bit复数数据(n＝1、2、3、4)；
步骤3：时域干涉抗干扰处理模块通过对每个通道压缩后的数据通过RAM进行缓存和控制，将每个通道的数据根据时延控制要求，复制出K组数据，由干涉通道并行选择器按照通道相关处理要求挑选任意2通道，且从每个通道的K组数据中各取一组数据进入复数乘法器复用单元进行干涉处理，计算Stocks矢量参数，对于N个相关通道，K组数据，时域干涉抗干扰处理模块将信号划分成K个子带，并共完成
Figure BDA0002706495330000031
路复数相关处理；
步骤4：Stocks矢量参数提取模块将所述时域干涉抗干扰处理模块计算的
Figure BDA0002706495330000032
组矢量参数进行组帧，并送至下一级应用处理模块从而进行反演应用。
进一步的，步骤1中，所述数字零中频变换模块对每个通道的中频信号进行正交下变频，并通过低通滤波器滤除高频部分，把信号搬移至零中频。
进一步的，步骤2中，所述自适应压缩模块通过统计每个通道的信号直流分量和信号功率，根据上一帧数据获得的直流偏置和信号功率，对下一帧数据的信号进行直流跟踪消除和增益控制，采用查找表的方法，对数据功率按照量化位数进行等效压缩，从而把数据位宽自适应压缩至n bit，提升数字信号处理效率，并节省硬件资源开销。
进一步的，步骤3中，所述时域干涉抗干扰处理模块通过在FPGA内利用RAM进行控制，把每个通道的复数数据复制出2K组数据，形成2K个小子带，通过干涉通道并行选择器选择每个通道的1个小子带数据进入复数乘法器处理单元，在复数乘法处理单元内采用时分复用的方式，通过复数乘法小型相关处理器共同完成2K组Stocks矢量参数的干涉处理。
进一步的，步骤4中，所述Stocks矢量参数提取模块根据特定的组帧格式，将计算出的Stocks矢量参数进行组帧，并通过通用通信接口传输至下一级应用处理模块进行反演应用。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、本发明涉及一种高效高精度的辐射计可见度函数(Stocks矢量参数)提取方法，更具体的说是一种实时统计信号直流分量和信号功率对干涉处理的数据进行压缩，在保证干涉处理效率的前提下，节省硬件资源开销，采用数据缓存器对每个通道压缩后的数据在干涉处理前进行子带划分，再进行干涉处理，自适应获取高精度的可见度函数的提取方法；
2、本发明的优点在于提供了一种高性能可见度函数提取方法，该方法采用自适应压缩模块对高速数据进行压缩处理，时域干涉抗干扰处理模块对宽带信号进行子带细分，剔除干扰信号，同时利用干涉处理算法进行可见度参数计算，最后由参数提取模块提取相关参数，完成可见度四个矢量参数的提取，从而进行综合孔径微波辐射计的遥感应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统的结构示意图；
图2为本发明的基于FPGA的复数乘法小型相关处理器示意图；
图3为本发明的复数乘法小型相关处理器块处理示意图；
图4为本发明一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本发明公开了一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统，包括数字零中频变换模块、自适应压缩模块、时域干涉抗干扰处理模块和Stocks矢量参数提取模块，系统相干通道N包括但不限于24，子带划分为数量K包括但不限于16，其中：
所述数字零中频变换模块，用于在FPGA内通过载波压控振荡器产生一个与输入信号中心频率相同的正余弦信号，分别与每个通道的AD转换得到的数字信号相乘进行复数数字下变频，并经过低通滤波，得到复数零中频信号，在不发生信号频谱混叠的前提下，降低信号速率，适应后续高速数字信号处理；
所述自适应压缩模块，用于通过计算复数零中频信号的功率，通过查表的方式将高位宽的复数零中频信号进行数据压缩，形成n bit复数数据。具体实现方式为：数字零中频变换模块输出的复数零中频数据位宽通常不低于16bit，直接处理将消耗大量硬件资源和提升后端信号处理实现难度。为有效实现Stocks矢量参数，需根据输入信号特征进行自适应压缩。在采样时钟的控制下，将复数零中频信号复制成2路，一路通过累加及移位的方式计算得到信号均值，并被复数零中频信号减去，实现直流跟踪消除；另一路则通过复数零中频信号乘累加及移位的方式计算得到复数零中频信号平均功率，并根据信号功率大小，通过查表映射的方式，选取数据压缩系数，得到的压缩系数再与去直流后的复数零中频信号进行相乘，最后根据数值大小进行重量化，量化位宽可以为1bit～4bit可选。
所述时域干涉抗干扰处理模块，用于对压缩后的复数零中频信号通过包括但不限于RAM对数据进行输出控制，并经过一组移位寄存器，形成不同时间延时的2K组复数零中频数据，通过干涉通道并行选择器，从N通道内并行选择两个通道具有相同时间延迟的一组数据进入复数乘法小型相关处理单元进行干涉处理，共获取K*K*N*(N+1)组数据。具体实现方式为：在FPGA内通过控制RAM的读写，将每个通道的复数数据复制出2K组数据，通过干涉通道并行选择器选择每个通道的1个小子带数据进入复数乘法处理单元，采用时分复用的方式利用复数乘法小型相关处理单元共同完成2K组Stocks矢量参数的干涉处理，其中复数乘法小型相关处理器由查找表LUT、Block Ram、DSPSlice组成。对于N通道输入的干涉处理模块共需要完成2K*N*(N+1)/2＝K*N*(N+1)个复数相关处理，得到K*N*(N+1)相关值。
特别的如图2和3所示，复数乘法小型相关处理单元采用块处理思想，对所选择的2通道复数信号进行乘累加运算。其中乘法运算可直接采用FPGA的乘法器实现，也可采用本发明设计的查找表和RAM的方式进行处理，具体实现方式为：对于重量化的n bit(n＝1，2，3，4)数据，所得到的值为已知值，两个已知的值相乘其乘积已知，因此可以采用一个2输入的查找表(LUT)进行实现。采用多个LUT可同时对多个时刻的信号进行乘积值计算，即实现信号的块处理，不通LUT的输出值累加可以通过但不限于Block Ram实现。
所述矢量参数提取模块，用于将每一干涉处理周期的K*N*(N+1)组复数相关值进行归一化处理，得到相关度和相位值，然后按照系统指定格式进行组帧，并通过通信接口包括但不限于RS422传输至下一级应用处理模块，实现Stocks矢量参数的数字域提取。
实施例二
如图4所示，本发明另外公开了一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法，包括以下步骤：
步骤1：数字零中频变换模块将每个通道的AD量化后的数字中频信号下变频至零中频；
步骤2：自适应压缩模块将所述数字零中频变换模块输出的高位宽数据按照信号功率进行数据压缩，形成n bit复数数据(n＝1、2、3、4)；
步骤3：时域干涉抗干扰处理模块通过对每个通道压缩后的数据通过RAM进行缓存和控制，将每个通道的数据根据时延控制要求，复制出K组数据，由干涉通道并行选择器按照通道相关处理要求挑选任意2通道，且从每个通道的K组数据中各取一组数据进入复数乘法器复用单元进行干涉处理，计算Stocks矢量参数，对于N个相关通道，K组数据，时域干涉抗干扰处理模块将信号划分成K个子带，并共完成
Figure BDA0002706495330000061
路复数相关处理；
步骤4：Stocks矢量参数提取模块将所述时域干涉抗干扰处理模块计算的
Figure BDA0002706495330000062
组矢量参数进行组帧，并送至下一级应用处理模块从而进行反演应用。
进一步的，步骤1中，所述数字零中频变换模块对每个通道的中频信号进行正交下变频，并通过低通滤波器滤除高频部分，把信号搬移至零中频。
进一步的，步骤2中，所述自适应压缩模块通过统计每个通道的信号直流分量和信号功率，根据上一帧数据获得的直流偏置和信号功率，对下一帧数据的信号进行直流跟踪消除和增益控制，采用查找表的方法，对数据功率按照量化位数进行等效压缩，从而把数据位宽自适应压缩至n bit，提升数字信号处理效率，并节省硬件资源开销。
进一步的，步骤3中，所述时域干涉抗干扰处理模块通过在FPGA内利用RAM进行控制，把每个通道的复数数据复制出2K组数据，形成2K个小子带，通过干涉通道并行选择器选择每个通道的1个小子带数据进入复数乘法器处理单元，在复数乘法处理单元内采用时分复用的方式，通过复数乘法小型相关处理器共同完成2K组Stocks矢量参数的干涉处理。
进一步的，步骤4中，所述Stocks矢量参数提取模块根据特定的组帧格式，将计算出的Stocks矢量参数进行组帧，并通过通用通信接口传输至下一级应用处理模块进行反演应用。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统，其特征在于，包括数字零中频变换模块、自适应压缩模块、时域干涉抗干扰处理模块和Stocks矢量参数提取模块，其中：
所述数字零中频变换模块，用于在FPGA内通过载波压控振荡器产生一个与输入信号中心频率相同的正余弦信号，分别与每个通道的AD转换得到的数字信号相乘进行复数数字下变频，并经过低通滤波，得到复数零中频信号；
所述自适应压缩模块，用于通过计算复数零中频信号的功率，通过查表的方式将高位宽的复数零中频信号进行数据压缩，形成n bit复数数据；
所述时域干涉抗干扰处理模块，用于对压缩后的复数零中频信号通过RAM对数据进行输出控制，并经过一组移位寄存器，形成不同时间延时的2K组复数零中频数据，通过干涉通道并行选择器，从N通道内并行选择两个通道具有相同时间延迟的一组数据进入复数乘法小型相关处理单元进行干涉处理，共获取K*K*N*(N+1)组数据；
所述矢量参数提取模块，用于将每一干涉处理周期的K*N*(N+1)组复数相关值进行归一化处理，得到相关度和相位值，然后按照系统指定格式进行组帧，并通过通信接口传输至下一级应用处理模块，实现Stocks矢量参数的数字域提取。
2.根据权利要求1所述的一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取系统，其特征在于，在采样时钟的控制下，将复数零中频信号复制成2路，其中：
一路通过累加及移位的方式计算得到信号均值，并被复数零中频信号减去，实现直流跟踪消除；
另一路则通过复数零中频信号乘累加及移位的方式计算得到复数零中频信号平均功率，并根据信号功率大小，通过查表映射的方式，选取数据压缩系数，得到的压缩系数再与去直流后的复数零中频信号进行相乘，最后根据数值大小进行重量化。
3.一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：数字零中频变换模块将每个通道的AD量化后的数字中频信号下变频至零中频；
步骤2：自适应压缩模块将所述数字零中频变换模块输出的高位宽数据按照信号功率进行数据压缩，形成n bit复数数据(n＝1、2、3、4)；
步骤3：时域干涉抗干扰处理模块通过对每个通道压缩后的数据通过RAM进行缓存和控制，将每个通道的数据根据时延控制要求，复制出K组数据，由干涉通道并行选择器按照通道相关处理要求挑选任意2通道，且从每个通道的K组数据中各取一组数据进入复数乘法器复用单元进行干涉处理，计算Stocks矢量参数，对于N个相关通道，K组数据，时域干涉抗干扰处理模块将信号划分成K个子带，并共完成
Figure FDA0002706495320000021
路复数相关处理；
步骤4：Stocks矢量参数提取模块将所述时域干涉抗干扰处理模块计算的
Figure FDA0002706495320000022
组矢量参数进行组帧，并送至下一级应用处理模块从而进行反演应用。
4.根据权利要求3所述的一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法，其特征在于，步骤1中，所述数字零中频变换模块对每个通道的中频信号进行正交下变频，并通过低通滤波器滤除高频部分，把信号搬移至零中频。
5.根据权利要求3所述的一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法，其特征在于，步骤2中，所述自适应压缩模块通过统计每个通道的信号直流分量和信号功率，根据上一帧数据获得的直流偏置和信号功率，对下一帧数据的信号进行直流跟踪消除和增益控制，采用查找表的方法，对数据功率按照量化位数进行等效压缩，从而把数据位宽自适应压缩至n bit，提升数字信号处理效率，并节省硬件资源开销。
6.根据权利要求3所述的一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法，其特征在于，步骤3中，所述时域干涉抗干扰处理模块通过在FPGA内利用RAM进行控制，把每个通道的复数数据复制出2K组数据，形成2K个小子带，通过干涉通道并行选择器选择每个通道的1个小子带数据进入复数乘法器处理单元，在复数乘法处理单元内采用时分复用的方式，通过复数乘法小型相关处理器共同完成2K组Stocks矢量参数的干涉处理。
7.根据权利要求3所述的一种具有自适应抗干扰的辐射计可见度函数提取方法，其特征在于，步骤4中，所述Stocks矢量参数提取模块根据特定的组帧格式，将计算出的Stocks矢量参数进行组帧，并通过通用通信接口传输至下一级应用处理模块进行反演应用。
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