CN112346023B - 一种被动雷达的幅度自校准模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种被动雷达的幅度校准模块，包括各通道幅度平均值求倒数模块、幅度自校准因子存储及调用模块、幅度自校准处理模块；各通道幅度平均值求倒数模块对被动雷达各个接收通道所收到的自校准脉冲的幅度值进行了求平均值、求倒数和定点数转浮点数运算，最终得到各个接收通道幅度的相对值；幅度自校准因子存储及调用模块控制相对值对SRAM的存储和读出；幅度自校准处理模块计算出幅度自校准因子，然后实时的脉冲幅度值乘以幅度自校准因子，进行自适应截位，最终得到经过幅度自校准处理后的幅度值。本发明大大提高了运算速度，减少了运算过程中的精度损耗，降低了模块的资源消耗，可以显著地提高后续被动测角模块的运算精度。

Description

一种被动雷达的幅度自校准模块
技术领域
本发明属于雷达领域，具体涉及一种被动雷达的幅度自校准模块。
背景技术
随着雷达对抗技术的不断进步，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。而在被动雷达信号处理领域，需要雷达处理的信号越来越多样，抗干扰和抗诱饵的需求也不断增多，这对于被动雷动的测角算法提出了极高的要求。作为被动雷达信号处理的关键技术，被动雷达的测角算法也从之前单独的干涉仪测角算法，逐渐向极化敏感阵列测角算法和多模式混合算法方向发展。而幅度自校准模块，作为一种能提高极化敏感阵列算法测角精度的辅助手段，也在被动雷达信号处理领域得到了越来越多的应用。
但传统的幅度自校准模块存在着通用性比较差、运算速度慢、精度损失比较严重、资源占用率高等问题，如今被动雷达测角算法对运算精度的要求越来越高，传统的幅度自校准模块已经越来越难以满足这日益提升的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种被动雷达的幅度自校准模块，大大提高了运算速度，减少了运算过程中的精度损耗，降低了模块的资源消耗。各个接收通道输入的幅度数据在经过本发明提出的幅度自校准模块的处理之后，可以更为显著地提高后续被动测角模块的运算精度。
本发明一种被动雷达的幅度校准模块，其特征在于，包括各通道幅度平均值求倒数模块、幅度自校准因子存储及调用模块、幅度自校准处理模块；
所述各通道幅度平均值求倒数模块包括求平均值模块、求倒数模块和定点数转浮点数模块；当雷达工作在自校准模式中时，对被动雷达各个接收通道所收到的自校准脉冲的幅度值进行了求平均值、求倒数和定点数转浮点数运算，得到各个接收通道幅度的相对值，相对值包括指数位和小数位；
所述幅度自校准因子存储及调用模块由时序控制模块、SRAM存储写入模块、SRAM存储读取模块组成；所述时序控制模块，通过接收雷达DSP发送过来的当前工作状态，判断当前的工作模式是自校准模式还是正常工作模式，对时序流程进行了控制；所述SRAM存储写入模块，当雷达工作在自校准模式中时，将各个接收通道幅度的相对值结果存储到SRAM；所述SRAM存储读取模块，当雷达工作在正常工作模式中时，将存入SRAM的各个接收通道幅度的相对值读出；
所述幅度自校准处理模块由自校准因子计算模块、自校准因子相乘模块、自适应截位模块组成；当雷达工作在正常工作模式中时，对各个接收通道幅度的相对值进行调用，计算出幅度自校准因子，然后用各个接收通道实时的脉冲幅度值乘以幅度自校准因子，之后再对相乘结果进行自适应截位，到经过幅度自校准处理后的各个接收通道的幅度值。
进一步，所述求平均值模块对被动雷达各个接收通道所收到的自校准脉冲的幅度值进行了求累加、对累加值进行截位，得到平均值。
进一步，所述求平均值模块中幅度值个数N是2的n次方，如果幅度值个数不是正好2的n次方时，选取小于输入点数的那个最大的2的n次方作为幅度值个数N，截位的位数n。
进一步，所述求倒数模块采用查表求倒数。
进一步，所述SRAM存储写入模块和SRAM存储读取模块的地址是根据DSP发送过来当前工作状态的参数拼接而成。
进一步，所述幅度自校准因子计算模块比较各个接收通道相对值中指数位，以最大的指数位值作为基准，将其它接收通道相对值的指数位修改为最大指数位值，再与各自小数位进行拼接，得到各个接收通道的幅度自校准因子。
进一步，所述幅度自校准因子相乘模块将实时脉冲的幅度值与幅度自校准因子的小数位先直接相乘，然后将相乘结果和幅度自校准因子的指数位拼接。
进一步，所述自适应截位模块，对自校准因子相乘模块相乘结果进行自适应截位，首先截掉2^实际用到的指数位-1，再截掉雷达输入脉冲位数，得到幅度自校准的最终结果。
进一步，所述自适应截位模块截位范围为雷达输入脉冲位数加上2^指数位-1。
根据上述技术方案，本发明的有益效果为：
1.实现了设计的模块化和通用化，可适用于几乎所有的被动雷达信号处理系统。本发明提出的幅度自校准模块对接收信号的频率、幅度大小和数据量多少均没有要求，将本模块嵌入已有的信号处理系统时，并不需要其他功能模块做适应性更改，可灵活即插即用；
2.采用乘法器加查找表的构架来实现求倒数功能，其相比于传统的除法器架构，很大程度地减少了逻辑延时，大大提高了幅度自校准模块的运算速度；
3.对被动雷达各个接收通道幅度值平均值的倒数进行定点数转浮点数运算，最大程度地减少了运算过程中的精度损耗，在足够大的数据范围内最大程度的保证了精度；
4.采用最大值补齐的方式来计算幅度自校准因子，这种方式可以提高各个接收通道之间的通道一致性，为后续的测角算法提供了精度保障；
5.采用全新的自适应截位的算法架构，相比与传统的查找表覆盖截位的架构，一方面，自适应截位不需要对截位的位数做预先的人为设置，而是由各个接收通道自行判断，这样极大地提高了模块的通用性和适用性，使模块不会受到输入信号的限制；另一方面，自适应截位通过对相似的算法结构进行精简整合和算法复用，在保证高精度的同时，极大程度地减少了模块的资源消耗。
附图说明
图1为本发明的原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步进行详细的解释和说明。
本发明一种被动雷达的幅度自校准模块，包括各通道幅度平均值求倒数模块、幅度自校准因子存储及调用模块、幅度自校准处理模块；
一、各通道幅度平均值求倒数模块
各通道幅度平均值求倒数模块包括求平均值模块、求倒数模块和定点数转浮点数模块。
当雷达工作在自校准模式中时，各通道幅度平均值求倒数模块对被动雷达各个接收通道所收到的自校准脉冲的幅度值进行了求平均值、求倒数和定点数转浮点数运算，最终得到各个接收通道幅度的相对值。
1、求平均值模块对被动雷达各个接收通道所收到的自校准脉冲的幅度值进行了求累加、对累加值进行截位、得到平均值，将平均值送至求倒数模块。
本实施例中的幅度值个数N需要是2的n次方，如果幅度值个数不是正好2的n次方时，模块会自动选取小于输入点数的那个最大的2的n次方作为幅度值个数N。例如幅度值实际个数为1100，不是正好2的n次方，模块会自动选取N为1024，作为幅度值个数。
在累加了N点幅度值之后，再对累加值进行截位，截n位相当于除以2的n次方(例如截10位相当于除以1024)，从而得到被动雷达各个接收通道幅度值的平均值；n为任意值，n越大平均值的幅度值个数越多。
2、求倒数模块即对平均值求倒数。
本实施例采用查表求倒数。即对被动雷达各个接收通道幅度值的平均值进行查表，由于这些平均值都是12位的无符号定点数(P＝12位,是由雷达硬件数字模拟转换器的位数决定的)，用这些平均值作为求倒数ROM(Read Only Memory，只读存储器)的输入地址，而求倒数ROM输出的数据就是这些输入数据对应的倒数值。其中求倒数ROM中事先已经存储好了所有12位的无符号定点数对应的倒数值，其ROM的系数表文件由MATLAB(Matrix&Laboratory，矩阵实验室)软件事先计算以及生成；该方法为公知常识。
3、所述定点数转浮点数模块，对被动雷达各个接收通道幅度值平均值的倒数进行定点数转浮点数运算，得到各个接收通道幅度的相对值。
由于12位的无符号定点数对应的倒数值的精度有的很大有的很小，倒数值大的话，精度比较高，倒数值小的话，精度比较低。所以此模块将P＝12位的无符号定点数转换为Q＝16为无符号浮点数，为公知技术,Q越大，算法越复杂，消耗资源越多。浮点数中包括Q1＝4位指数数位作为高位，Q2＝P＝12位小数位作为低位。高位和低位的位数可任意指定。其中用4位高位保证平均值倒数的数据范围(最大可以达到2^(2^Q1-1)＝32768)；12位低位来保证数据的精度(最小可以达到2^(1-Q2)＝0.0002)。此模块用有限的资源消耗，将精度不足的倒数值强制补到12位精度，最大程度地减少了运算过程中的精度损耗，在足够大的数据范围内最大程度的保证了精度。
二、幅度自校准因子存储及调用模块
所述幅度自校准因子存储及调用模块由时序控制模块、SRAM(Static RandomAccess Memory，静态随机存取存储器)存储写入模块、SRAM存储读取模块组成；
所述时序控制模块，对幅度自校准因子存储及调用模块整个时序流程进行了控制。其通过接收雷达DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)发送过来的当前工作状态的各个参数，来判断当前的工作模式是自校准模式还是正常工作模式。当雷达处于自校准模式中时，时序控制模块将各个接收通道幅度的相对值写入SRAM，当雷达处于正常工作模式中时，时序控制模块将各个接收通道幅度的相对值从SRAM中读出。
SRAM存储写入模块，当雷达工作在自校准模式中时，将各个接收通道幅度的相对值结果存储到SRAM。根据DSP发送过来的当前工作状态的各个参数，即衰减状态、频率段、通道号，将这些参数拼接成SRAM的写地址，然后将各个接收通道幅度的相对值存储到SRAM不同的存储区间中。本实施例中SRAM的写地址一共占用了12位，其中衰减状态占用3位，频率段占用6位，通道号占用3位。
所述SRAM存储读取模块，当雷达工作在正常工作模式中时，将存入SRAM的各个接收通道幅度的相对值有选择性地读出。根据DSP发送过来的当前工作状态的各个参数，即衰减状态、频率段、通道号，将这些参数拼接成SRAM的读地址，然后将目前工作状态所对应的各个接收通道幅度的相对值从SRAM中读出，用来在后续模块中计算幅度自校准因子。
三、幅度自校准处理模块
幅度自校准处理模块由自校准因子计算模块、自校准因子相乘模块、自适应截位模块组成；当雷达工作在正常工作模式中时，幅度自校准处理模块对各个接收通道幅度的相对值进行调用，计算出幅度自校准因子，然后用各个接收通道实时的脉冲幅度值乘以幅度自校准因子，之后再对相乘结果进行自适应截位，最终得到经过幅度自校准处理后的各个接收通道的幅度值。
幅度自校准因子计算模块，对从SRAM读出的各个接收通道幅度的相对值进行处理，比较各个接收通道相对值中指数位(高位)，以最大的指数位值作为基准，将其它接收通道的相对值的指数位修改为最大的指数位值。再与各自浮点数小数位(低位)进行拼接，得到的结果就是各个接收通道的幅度自校准因子。这样处理之后，可以提高各个接收通道之间的通道一致性，为后续的测角算法提供了精度保障。
幅度自校准因子相乘模块，在正常工作模式中，每当雷达的接收组件接收到一个新的实时脉冲，各个接收通道都会自动调用其对应的幅度自校准因子，来与这个实时脉冲的幅度进行相乘，即各个接收通道自己对自己进行幅度校准。本实施例中，由于实时脉冲的幅度值为P＝12位无符号定点数，而幅度自校准因子为Q＝16位无符号浮点数，不能直接相乘，于是将P＝12位实时脉冲的幅度值与Q2＝12位幅度自校准因子的小数位(低位)先直接相乘，然后将相乘结果和Q1＝4位幅度自校准因子的指数位(高位)拼接转送到后续的自适应截位模块。
所述自适应截位模块，对实时脉冲幅度值与幅度自校准因子的相乘结果进行自适应截位，自适应则意味着不用根据不同的输入而对截位的位数做事先的设置，而是由各个接收通道自己判断。本发明提出的自适应截位模块会根据幅度自校准因子实际用到的指数位(高位)截掉，最多2^Q2-1，再将幅度自校准因子计算过程中带入的P位也截掉，最终得到一个接近满量程的P＝12位无符号定点数，这个结果就是幅度自校准的最终结果。
本实施例中，由于P＝12位无符号定点数与Q2＝12位无符号定点数相乘的结果为24位无符号定点数，先将其补位扩展(最高位补零)到39(15+12+12)位，然后根据幅度自校准因子的实际用到的指数位(高位)截掉0～15位，再将计算幅度自校准因子的过程中保证精度而带入的P＝12位截掉，最后再取低12位作为截位结果。经过幅度自校准之后，各个接收通道的幅度自校准结果都会趋近一个近似满量程的值，这样能最大程度地减少精度损耗，这样后续测角模块中互相关运算就可以得到一个更大的谱峰结果，进而提高整个被动雷达的测角精度。
根据上述具体实施方式的介绍可知，各个接收通道输入的幅度数据在经过本发明提出的幅度自校准模块的处理之后，可以更为显著地提高后续被动测角模块的运算精度。
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 (9)

1.一种被动雷达的幅度校准模块，其特征在于，包括各通道幅度平均值求倒数模块、幅度自校准因子存储及调用模块、幅度自校准处理模块；
所述各通道幅度平均值求倒数模块包括求平均值模块、求倒数模块和定点数转浮点数模块；当雷达工作在自校准模式中时，对被动雷达各个接收通道所收到的自校准脉冲的幅度值进行了求平均值、求倒数和定点数转浮点数运算，得到各个接收通道幅度的相对值，相对值包括指数位和小数位；
所述幅度自校准因子存储及调用模块由时序控制模块、SRAM存储写入模块、SRAM存储读取模块组成；所述时序控制模块，通过接收雷达DSP发送过来的当前工作状态，判断当前的工作模式是自校准模式还是正常工作模式，对时序流程进行了控制；所述SRAM存储写入模块，当雷达工作在自校准模式中时，将各个接收通道幅度的相对值结果存储到SRAM；所述SRAM存储读取模块，当雷达工作在正常工作模式中时，将存入SRAM的各个接收通道幅度的相对值读出；
所述幅度自校准处理模块由自校准因子计算模块、自校准因子相乘模块、自适应截位模块组成；当雷达工作在正常工作模式中时，对各个接收通道幅度的相对值进行调用，计算出幅度自校准因子，然后用各个接收通道实时的脉冲幅度值乘以幅度自校准因子，之后再对相乘结果进行自适应截位，得到经过幅度自校准处理后的各个接收通道的幅度值。
2.根据权利要求1所述的一种被动雷达的幅度校准模块，其特征在于，所述求平均值模块对被动雷达各个接收通道所收到的自校准脉冲的幅度值进行了求累加、对累加值进行截位，得到平均值。
3.根据权利要求2所述的一种被动雷达的幅度校准模块，其特征在于，所述求平均值模块中幅度值个数N是2的n次方，如果幅度值个数不是正好2的n次方时，选取小于输入点数的那个最大的2的n次方作为幅度值个数N，截位的位数n。
4.根据权利要求1所述的一种被动雷达的幅度校准模块，其特征在于，所述求倒数模块采用查表求倒数。
5.根据权利要求1所述的一种被动雷达的幅度校准模块，其特征在于，所述SRAM存储写入模块和SRAM存储读取模块的地址是根据DSP发送过来当前工作状态的参数拼接而成。
6.根据权利要求1所述的幅度校准模块，其特征在于，自校准因子计算模块比较各个接收通道相对值中指数位，以最大的指数位值作为基准，将其它接收通道相对值的指数位修改为最大指数位值，再与各自小数位进行拼接，得到各个接收通道的幅度自校准因子。
7.根据权利要求1所述的幅度校准模块，其特征在于，自校准因子相乘模块将实时脉冲的幅度值与幅度自校准因子的小数位先直接相乘，然后将相乘结果和幅度自校准因子的指数位拼接。
8.根据权利要求1所述的幅度校准模块，其特征在于，所述自适应截位模块，对自校准因子相乘模块相乘结果进行自适应截位，首先截掉2^实际用到的指数位-1，再截掉雷达输入脉冲位数，得到幅度自校准的最终结果。
9.根据权利要求1所述的幅度校准模块，其特征在于，所述自适应截位模块截位范围为雷达输入脉冲位数加上2^指数位-1。
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