CN112350739B - 可变带宽的信道信号获取方法及可变带宽信道化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可变带宽的信道信号获取方法及可变带宽信道化系统，其中，所述方法包括：对接收到的中频信号进行采样；接收信道组合选择命令，根据所述命令确定信道数量；根据所述信道数量确定每个信道对应的频点和频宽；对采样后的信号进行下变频处理，以将上述采样后的信号的频点迁移到设置的基带，每个信道生成I、Q两路基带信号；根据每个信道对应的频宽设定对应CIC滤波器的抽取倍率；利用与每个信道对应的CIC滤波器和FIR滤波器对每个信道信号进行抽取；根据每个信道抽取得到的信号生成数据包。可以根据命令灵活调整信道数量和对应的频点频宽，并能够针对调整后的频宽对滤波器进行调整。同时也能够有效降低系统的负荷。

Description

可变带宽的信道信号获取方法及可变带宽信道化系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其是涉及一种可变带宽的信道信号获取方法及可变带宽信道化系统。
背景技术
现代电子战场上，电磁环境日益严峻，要截获的信号频率范围宽且形式多样，具有低截获、抗侦察、抗干扰等功能的宽带雷达，对传统的电子侦察系统提出巨大挑战。在复杂的电磁环境情况下，为了能够对工作频段内的非合作信号进行全概率截获，从中筛选有用信息，为己方作战提供有效的信息保障，要求雷达侦察接收机具有灵活瞬时带宽、高灵敏度，具有能够对接收的大量信息进行实时或准实时处理的能力。
目前，通常采用多信道方式实现对工作频段内的非合作信号进行处理，但使用多信道方式需要设定较多的频点和带宽才能满足要求。同时，由于对信号需要分别进行处理，需要更多的计算资源消耗。
发明内容
本发明实施例提供了一种可变带宽的信道信号获取方法及可变带宽信道化系统，以至少解决上述存在的技术问题之一。
第一方面，本发明实施例提供了一种可变带宽的信道信号获取方法，包括：
对接收到的中频信号进行采样；
接收信道组合选择命令，根据所述命令确定信道数量；
根据所述信道数量确定每个信道对应的频点和频宽；
对采样后的信号进行下变频处理，以将上述采样后的信号的频点迁移到设置的基带，每个信道生成I、Q两路基带信号；
根据每个信道对应的频宽设定对应CIC滤波器的抽取倍率；
利用与每个信道对应的CIC滤波器和FIR滤波器对每个信道信号进行抽取；
根据每个信道抽取得到的信号生成数据包。
进一步的，所述根据每个信道抽取得到的信号生成数据包，包括：
将接受到的数据锁入LUT；
根据数据包格式要求，将每个信道数据数据下变频后的I和Q两路信号，结合时间标记以及帧头帧号组成数据包。
进一步的，所述接对采样后的信号进行下变频处理包括：
利用直接乘法器和DDS产生载波混频。
更进一步的，所述利用与每个信道对应的CIC滤波器和FIR滤波器对每个信道信号进行抽取包括：
根据信道对应的抽取倍率对所述CIC滤波器的抽取倍率进行调整，以使得所述CIC滤波器在不同信道实现复用。
第二方面，本发明实施例还提供了一种可变带宽信道化系统，包括：
信道部分，用于实现信号变频、滤波筛选、采样速率变换和组帧；
控制部分，用于实现信道组合选择、频点选择和采样率设定。进一步的，所述装置，还包括：
运行模块，用于在匹配一致时，运行所述程序。
进一步的，所述控制部分包括：
接口，用于接收信道组合选择和频点选择命令和设定采样率的命令；
信道组合控制器，用于根据接口命令控制信道选择；
频点控制器，用于根据接口命令对信道频点进行控制；
输出重采控制器，用于根据接口命令对抽取速率进行调整。
进一步的，所述信道部分，包括：
混频器组，包括多个混频器，每个混频器对应一独立信道，用于对该信道对应的信号进行混频；
滤波采样组，包括抽取滤波器、低通滤波器和可编程内插滤波器，用于对混频后的信号进行滤波筛选和采样；
组帧控制器，为并行总线形式，用于将接受到的数据参数锁存入LUT。
更进一步的，所述可编程内插滤波器根据命令设定不同的抽取倍率；
相应的，所述信道部分包括：一个滤波采样组，所述滤波采样组复用于不同信道。
本发明实施例提供的可变带宽的信道信号获取方法及可变带宽信道化系统，通过对接收到的中频信号进行采样；接收信道组合选择命令，根据所述命令确定信道数量；根据所述信道数量确定每个信道对应的频点和频宽；对采样后的信号进行下变频处理，以将上述采样后的信号的频点迁移到设置的基带，每个信道生成I、Q两路基带信号；根据每个信道对应的频宽设定对应CIC滤波器的抽取倍率；利用与每个信道对应的CIC滤波器和FIR滤波器对每个信道信号进行抽取；根据每个信道抽取得到的信号生成数据包。 可以根据命令灵活调整信道数量和对应的频点频宽，并能够针对调整后的频宽对滤波器进行调整。同时也能够有效降低系统的负荷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的可变带宽的信道信号获取方法的流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的可变带宽信道化系统的结构示意图。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的可变带宽的信道信号获取方法的流程图，本实施例可适用于获取可变带宽的信道信号获取的情况，该方法可以由防变带宽的信道信号获取装置来执行，该装置可由软件/硬件方式实现，并可利用FPGA实现。
参见图1，所述可变带宽的信道信号获取方法，包括：
S110，对接收到的中频信号进行采样。
示例性的，可以采用模拟/数字转换器对中频信号进行采样。采样需选择采样率大于200MSPS、位宽16位的ADC芯片，同样需要考虑芯片SFDR和SNR性能。
S120，接收信道组合选择命令，根据所述命令确定信道数量。
示例性的，可以通过预设的接口接收命令，所述命令可以用于对指定信道模块进行控制，示例性的，所述命令中可以包括信道数量的指令，根据所述命令可以设定信道的数量。在本实施例中，所述程序可以通过FPGA执行，通过输入的命令对程序进行修改，并根据每次的实际工作情况调整信道数量。可选的，所述FPGA可以选用Xilinx FPGA为核心器件。
S130，根据所述信道数量确定每个信道对应的频点和频宽。
在确定信道数量后，可以根据中频信号的频率范围确定每个信道对应的频点和频宽。示例性的，可以根据中频信号的频率范围确定每个信道的频宽，根据频宽确定信道的中心点，即频点。可选的，为避免频段干扰，可以将每个信道的频宽留有相应的评频率间隙。
S140，对采样后的信号进行下变频处理，以将上述采样后的信号的频点迁移到设置的基带，每个信道生成I、Q两路基带信号。
如果经过混频后得到的中频信号比原始信号低，那么此种混频方式叫做下变频。下变频的目的是为了降低信号的载波频率或是直接去除载波频率得到基带信号。下变频的方法是将接收信号与本地振荡器产生的本振信号相乘，然后通过低通滤波器获得变频后的信号。
在本实施例中，变频环节设定为设备可以同时输出8个频点的数据，每一个频点具有n路信号，且每一个频点具有8组带宽可选。
在本实施例中，下变频目的是将宽带信号中的对应频点搬移到基带，并产生I、Q两路基带信号。示例性的，变频环节使用载波混频方式，直接乘法器与DDS核产生的载波混频，能够有效减少处理过程中的延迟。
S150，根据每个信道对应的频宽设定对应CIC滤波器的抽取倍率。
在信号处理过程中，很多时候由于前端的采样率过高，后端处理时，无法处理高速信号，或者受硬件条件的限制，无法处理这么高速率的数据，则此时就需要对信号进行重新采样，剔除不需要的点，等间隔的抽取数据。CIC滤波器由一对或多对积分-梳状滤波器组成，在抽取CIC中，输入信号依次经过积分，降采样，以及与积分环节数目相同的梳状滤波器。在内插CIC中，输入信号依次经过梳状滤波器，升采样，以及与梳状数目相同的积分环节在本实施例中，CIC滤波器可通过编程实现。因此，可以根据频宽对抽取倍率进行调整。不同的带宽采用不同的抽取倍率，从而保证信号采样率与信号带宽成固定比例。
S160,利用与每个信道对应的CIC滤波器和FIR滤波器对每个信道信号进行抽取。
FIR滤波器，又称为非递归型滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的。由于CIC抽取环节抽取的倍率过高，则带内信号的平坦度无法保证，因此将抽取环节分解为CIC抽取环节和FIR 4倍抽取环节。设计CIC抽取方案为200-6400，对应200kHz-6.25kHz，配合4倍FIR抽取，从而使得过采样率为2.56。CIC按执行200-6400倍抽取时设计，CIC抽去后的采样速率降为1.024MHz-0.032MHz，4倍FIR抽去后采样频率为0.256MHz-0.008MHz。由于CIC抽取后，采样速率与信号的半带宽具备2.56倍的等比例关系，所以按照采样率1.024MHz，100kHz半带宽完成FIR设计，不同的采样频率可以使用同一系数的FIR滤波器。如果在1.024MHz的采样率下直接4倍抽取，则FIR的最小阶数需要达到128阶，所以此处的FIR抽取按照2次2倍抽取执行。即由2次FIR滤波抽取实现FIR滤波4次抽取
S170,根据每个信道抽取得到的信号生成数据包。
具体的，所述根据每个信道抽取得到的信号生成数据包，包括：将接受到的数据锁入LUT；根据数据包格式要求，将每个信道数据数据下变频后的I和Q两路信号，结合时间标记以及帧头帧号组成数据包。控制接口接收的数据参数锁存入LUT。输出数据组帧，根据数据格式要求，将n路DDC后的I和Q两路信号，结合时间标记以及帧头帧号组成数据包，发送给其他数据处理模块。
本实施例提供的可变带宽的信道信号获取方法及可变带宽信道化系统，通过对接收到的中频信号进行采样；接收信道组合选择命令，根据所述命令确定信道数量；根据所述信道数量确定每个信道对应的频点和频宽；对采样后的信号进行下变频处理，以将上述采样后的信号的频点迁移到设置的基带，每个信道生成I、Q两路基带信号；根据每个信道对应的频宽设定对应CIC滤波器的抽取倍率；利用与每个信道对应的CIC滤波器和FIR滤波器对每个信道信号进行抽取；根据每个信道抽取得到的信号生成数据包。 可以根据命令灵活调整信道数量和对应的频点频宽，并能够针对调整后的频宽对滤波器进行调整。同时也能够有效降低系统的负荷。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的防变带宽信道化系统结构示意图，如图2所示，所述系统包括：
信道部分，用于实现信号变频、滤波筛选、采样速率变换和组帧；
控制部分，用于实现信道组合选择、频点选择和采样率设定。
所述控制部分包括：
接口，用于接收信道组合选择和频点选择命令和设定采样率的命令；
信道组合控制器，用于根据接口命令控制信道选择；
频点控制器，用于根据接口命令对信道频点进行控制；
输出重采控制器，用于根据接口命令对抽取速率进行调整。
所述信道部分，包括：
混频器组，包括多个混频器，每个混频器对应一独立信道，用于对该信道对应的信号进行混频；
滤波采样组，包括抽取滤波器、低通滤波器和可编程内插滤波器，用于对混频后的信号进行滤波筛选和采样；
组帧控制器，为并行总线形式，用于将接受到的数据参数锁存入LUT。
所述可编程内插滤波器根据命令设定不同的抽取倍率；
相应的，所述信道部分包括：一个滤波采样组，所述滤波采样组复用于不同信道。
参见图2，图中的虚线部分可以在高采样率下复用。具体的，所述控制部分通过接口实现对信道组合、频点和抽取速率进行控制调整。
而信道部分中的混频器组中每个混频器对应相应的信道，其不能进行复用。
下表列出了窄带混频环节资源消耗。
Reg LUT RAM DSP
DDS（n路共用）×8 193×8 116×8 8×8 0
混频器×20×8 0 0 0 2×20×8
合计 1544 928 64 320
而CIC滤波器由于采用可编程方式进行设计，因此可以实现复用。假设CIC抽取之前的采样速率为204.8MHz，则抽取倍率与带内平坦度和带外最低镜像衰减的关系下表所示：
表2
信号带宽 抽取倍率 通带归一化边界 平坦度(dB) 镜像波归一化边界 阻带衰减（dB） 过采样率
200kHz 200 0.00097656 -0.6834 0.4873046875 -214.7074 2.56
100kHz 400 0.00048828 -0.6834 0.4877929688 -244.6653 2.56
50kHz 800 0.00024414 -0.6834 0.4880371093 -274.4908 2.56
25kHz 1600 0.00012207 -0.6834 0.4881591796 -304.6271 2.56
12.5kHz 3200 0.00006104 -0.6834 0.4882202148 -334.9239 2.56
6.25kHz 6400 0.00003052 -0.6834 0.4882507324 -364.7522 2.56
在此基础上，如果加大抽取倍率，则信号的CIC带内平坦度将降到1dB之下，所以不可使用CIC继续抽取。
实现时，n路信号将共用8组载波信号发生器,每组信号发生器对应一个频点，每一频点有n组信号。其资源消耗如下表所示
表3 CIC环节资源消耗列表（使用DSP）
Reg LUT RAM DSP
CIC×2×20×8(DSP) 468×2×20×8 353×2×20×8 2×2×20×8 8×2×20×8
合计 (DSP) 149760 112960 640 2560
表4 CIC环节资源消耗列表（使用逻辑资源）
Reg LUT RAM DSP
CIC×2×20×8(SL) 867×2×20×8 933×2×20×8 2×2×20×8 0
合计(SL) 277440 298560 640 0
为了实现表2中的过采样率，在CIC可编程抽去之后统一使用FIR作为4倍抽取环节的滤波器。CIC按执行200-6400倍抽取时设计，CIC抽去后的采样速率降为1.024MHz-0.032MHz，4倍FIR抽去后采样频率为0.256MHz-0.008MHz。由于CIC抽取后，采样速率与信号的半带宽具备2.56倍的等比例关系，所以按照采样率1.024MHz，100kHz半带宽完成FIR设计，不同的采样频率可以使用同一系数的FIR滤波器。
使用V7系列芯片，主频204.8，采样频率1.024MHz，40倍复用，其资源消耗情况如下表所示。
FIR4倍抽取资源损耗
Reg LUT RAM DSP
第一级2倍FIR抽取40倍复用滤波器×8 282×8 318×8 2×8 4×8
第二级2倍FIR抽取40倍复用滤波器×8 366×8 403×8 2×8 5×8
合计 5184 5768 32 72
为了充分保证窄带信号的信噪比，在窄带链路的最后使用滤波环节提取窄带信号，由于不同带宽信号的采样率不同，即带宽与采样率成比例变化，所以可以使用同一参数的滤波器来实现。设定采样速率为0.256MHz，通带为0.1MHz，阻带为0.116MHz，带内平坦度0.1dB，带外衰减92dB，其资源消耗情况如下表所示。
Reg LUT RAM DSP
带通提取40倍复用滤波器×8 236×8 257×8 2×8 3×8
合计 1888 2056 16 24
由上述可以看出，采用可编程CIC通过复用，在灵活调整信道数量和对应的频点频宽，并能够针对调整后的频宽对滤波器进行调整视。能够有效减少系统资源。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一可执行计算功能的运算器件中的可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种可变带宽的信道信号获取方法，其特征在于，包括：
对接收到的中频信号进行采样；
接收信道组合选择命令，根据所述命令确定信道数量；
根据所述信道数量确定每个信道对应的频点和频宽；
对采样后的信号进行下变频处理，以将上述采样后的信号的频点迁移到设置的基带，每个信道生成I、Q两路基带信号；
根据每个信道对应的频宽设定对应CIC滤波器的抽取倍率；
利用与每个信道对应的CIC滤波器和FIR滤波器对每个信道信号进行抽取；
根据每个信道抽取得到的信号生成数据包；
所述利用与每个信道对应的CIC滤波器和 FIR滤波器对每个信道信号进行抽取包括：根据信道对应的抽取倍率对所述CIC滤波器的抽取倍率进行调整，以使得所述CIC滤波器在不同信道实现复用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个信道抽取得到的信号生成数据包，包括：
将接收到的数据锁入LUT；
根据数据包格式要求，将每个信道数据数据下变频后的I和Q两路信号，结合时间标记以及帧头帧号组成数据包。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对采样后的信号进行下变频处理包括：
利用直接乘法器和DDS产生载波混频。
4.一种可变带宽信道化系统，其特征在于，包括：
信道部分，用于实现信号变频、滤波筛选、采样速率变换和组帧；
控制部分，用于实现信道组合选择、频点选择和采样率设定;
所述信道部分，包括：
混频器组，包括多个混频器，每个混频器对应一独立信道，用于对该信道对应的信号进行混频；
滤波采样组，包括抽取滤波器、低通滤波器和可编程内插滤波器，用于对混频后的信号进行滤波筛选和采样；
组帧控制器，为并行总线形式，用于将接收到的数据参数锁存入LUT；
所述可编程内插滤波器根据命令设定不同的抽取倍率；
相应的，所述信道部分包括：一个滤波采样组，所述滤波采样组复用于不同信道。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制部分包括：
接口，用于接收信道组合选择和频点选择命令和设定采样率的命令；
信道组合控制器，用于根据接口命令控制信道选择；
频点控制器，用于根据接口命令对信道频点进行控制；
输出重采控制器，用于根据接口命令对抽取速率进行调整。
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