CN113075450B - 基于采样率解析宽带频率压缩信号射频和中频频率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子信号处理技术领域，具体涉及基于采样率解析宽带频率压缩信号射频和中频频率的方法，通过利用多个采样频率，实现对射频和中频频率的解析获取，通过对信号进行功分处理，将多路信号分别通过多组采样频率进行频率截取，得到的数据进行运算处理后再度筛选，从中得到适宜的射频频率或中频频率，按照本发明公开的方法，可大大提高信号解析的效率。

Description

基于采样率解析宽带频率压缩信号射频和中频频率的方法
技术领域
本发明涉及电子信号处理技术领域，具体涉及基于采样率解析宽带频率压缩信号射频和中频频率的方法。
背景技术
随着电子技术的迅猛发展及空间电磁环境的日益复杂，射频接收机需要在有限的体积内实现超宽带、高灵敏度、大动态的接收处理。目前的宽带压缩接收技术采用多个不同采样率的均匀采样来实现一定周期的非均匀采样，在有限的体积内实现了超过2倍采样率带宽的宽带接收，但是缺乏对宽带压缩技术的中频和射频快速转换的系统计算的方法，即通过输入一组采样率与射频信号，对中频频率进行快速计算转换；抑或是通过输入一组采样率与中频信号，对射频频率进行快速解模糊运算，得到唯一的射频信号。
因此，现有的射频和中频频率的解析方式有待提升，需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中的不足。
发明内容
为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明提供了基于采样率解析宽带频率压缩信号射频和中频频率的方法，通过利用多个采样频率，实现对射频和中频频率的解析获取，进而提高电子信号的处理效率。
为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：
基于采样率解析宽带频率压缩信号射频频率的方法，包括：采集一组采样率和一组中频频率并进行频率解模糊，得到唯一射频频率。具体按照如下方法进行：
将初始接收信号功分为若干路，通过低于奈奎斯特频率的不同的采样频率对每路信号进行采样以得到采样信号，每路采样信号进行时频变换后得到的频率标识为估计频率；
对估计频率进行模糊表达，并通过模糊表达标记出估计频率存在的估计值；
通过模糊表达进行解模糊运算，得到每路估计频率的所有估计值；判断估计值是否位于设定范围外，若是则停止运算，若否则调整估模糊表达内参数值进行迭代运算，直至停止运算；
从所有估计值中进行筛选，若每路信号得到的估计值中均包含有相同且唯一的值，则解模糊运算成功并结束解模糊运算，以该唯一相同的估计值作为射频频率值，否则重新进行解模糊运算直至得到射频频率值。
上述公开的射频频率解析方法，通过一组中频频率和采样频率的组合解模糊运算，从估计频率中得到唯一的射频频率，解析过程高效快捷，提高了信号解析的效率。
进一步的，在本发明中所采用的模糊表达用于计算可能的射频频率的估计值，在计算得到所需的射频频率前，模糊表达可经过调整以不断迭代得到新的射频频率估计值，此处进行优化，采用如下一种可行的选择：所述的模糊表达包括如下方式：
F＝Kfs+f，F′＝Kfs+f′
其中，F、F′为估计频率的估计值；K为正整数系数，用于进行解模糊运算的调整参数；fs为采样频率；f为通道噪底可视化得到的中频频率，为已知数；f′为通道噪底可视化得到的中频频率与采样率作差运算的中频频率，即f′＝fs-f。采用如此方案时，对每路电路的计算均按照此方法进行，并且相互独立地进行频率计算，得到的估计值也是各个电路的对应估计值，在进行调整迭代运算时，各个电路的运算分别进行，直到都得到符合要求的频率值。
进一步的，对本发明所采用的初始接收信号进行优化选择，此处举出如下一种可行的选择：所述的初始接收信号为正弦波信号。
再进一步，本发明中对采取的估计值设置设定范围，以对计算得到的估计值进行筛选，落入设定范围内的估计值才进入筛选，未得到落入设定范围的频率估计值时则继续运算，此处进行优化，并举出如下一种可行的选择：所述估计值的设定范围为[2GHz,18GHz]。采用如此方案时，得到的射频频率估计值均未符合设定要求的值。
进一步的，本发明在对采样信号进行时频转换时，可采用多种可行的转换方式，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的每路采样信号进行时频变换采用快速傅里叶变换。
上述公开了对射频频率的解析方法，本发明还公开了对中频频率的解析方法，现进行说明。
基于采样率解析宽带频率压缩信号中频频率的方法，采用上述射频频率解析方法中得到的射频频率，包括：采集一组采样率和指定的射频频率作为输入频率并进行频率压缩计算，得到对应的一组中频频率。具体按照如下方法进行：
设定每路电路的采样频率，并通过指定的射频频率与采样频率进行取模运算，输出得到一组对应的中频频率；取模运算按如下方法进行：
IF＝RF mod FS
其中，IF为中频频率，RF为指定的射频频率，FS为电路的采样率；
通过采样频率与得到的中频频率进行差运算，得到另一组对应的中频频率；差运算按照如下方法进行：
IF′＝FS-IF
其中，IF′为差运算后得到的中频频率；
对得到的所有中频频率进行筛选，将落入指定频率范围内的所有中频频率选中并作为最终中频频率。
上述公开的中频频率的解析方法，通过指定频率的射频频率，与采样率配合运算得到中频频率，并进一步运算得到更多的中频频率，在此基础上进行筛选，可得到最终的中频频率。
进一步的，在本发明中，指定的采样频率遵循奈奎斯特采样定理，所述的电路包括采样保持电路，每路采样保持电路的带宽为IF/2。
再进一步，本发明中所采用的频率范围用于筛选中频频率，此处进行优化并举出如下可行的方案：所述的指定频率范围为[0,IF/2]，每路电路的采样频率用于限制本路电路的指定频率范围。
本发明中所公开的中频频率解析方法，利用了射频频率解析方法得到的射频频率；同理，在提前得知中频频率的情况下，也可利用中频频率进行射频频率的计算。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明通过对信号进行功分处理，将多路信号分别通过多组采样频率进行频率截取，得到的数据进行运算处理后再度筛选，从中得到适宜的射频频率或中频频率，按照本发明公开的方法，可大大提高信号解析的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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它相关的附图。
图1为射频频率解析过程示意图。
图2为中频频率解析过程示意图。
图3为单通道均匀采样的频率模糊示意图。
图4为实施例1中根据中频频率运算得到射频频率的示意图。
图5为实施例2中根据射频频率得到中频频率的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
针对现有的电路信号解析过程繁杂，效率不高的现状，本实施例公开了优化后的解析办法，能够大大提高信号解析的效率。具体如下：
实施例1
如图1所示，本实施例公开了基于采样率解析宽带频率压缩信号射频频率的方法，包括：采集一组采样率和一组中频频率并进行频率解模糊，得到唯一射频频率。具体按照如下方法进行：
S01：将初始接收信号功分为若干路，通过低于奈奎斯特频率的不同的采样频率对每路信号进行采样以得到采样信号，每路采样信号进行时频变换后得到的频率标识为估计频率；
S02：对估计频率进行模糊表达，并通过模糊表达标记出估计频率存在的估计值；
S03：通过模糊表达进行解模糊运算，得到每路估计频率的所有估计值；判断估计值是否位于设定范围外，若是则停止运算，若否则调整估模糊表达内参数值进行迭代运算，直至停止运算；
S04：从所有估计值中进行筛选，若每路信号得到的估计值中均包含有相同且唯一的值，则解模糊运算成功并结束解模糊运算，以该唯一相同的估计值作为射频频率值，否则重新进行解模糊运算直至得到射频频率值。具体的，一共8路信号，其中最多只会有4路存在相同的频率值。同时对输入的接收信号射频频率范围进行筛选，在本实施例上是2～18GHz，超出范围则不予选取。
上述公开的射频频率解析方法，通过一组中频频率和采样频率的组合解模糊运算，从估计频率中得到唯一的射频频率，解析过程高效快捷，提高了信号解析的效率。
优选的，如图3所示，在本实施例中所采用的模糊表达用于计算可能的射频频率的估计值，在计算得到所需的射频频率前，模糊表达可经过调整以不断迭代得到新的射频频率估计值，此处进行优化，采用如下一种可行的选择：所述的模糊表达包括如下方式：
F＝Kfs+f，F′＝Kfs+f′
其中，F、F′为估计频率的估计值；K为正整数系数，用于进行解模糊运算的调整参数；fs为采样频率；f为通道噪底可视化得到的中频频率，为已知数；f′为通道噪底可视化得到的中频频率与采样率作差运算的中频频率，即f′＝fs-f。采用如此方案时，对每路电路的计算均按照此方法进行，并且相互独立地进行频率计算，得到的估计值也是各个电路的对应估计值，在进行调整迭代运算时，各个电路的运算分别进行，直到都得到符合要求的频率值。
优选的，K的取值为所有满足F为2～18GHz的所有正整数。本工程内取值一般在1～18内。不同电路的K值可能不同，如其中一路电路的K值为2～18，另一电路的K值可能为1～17。为使F的值有效，本实施例中的F只能存在于2～18GHz。
优选的，本实施例按照上述方式进行模糊表达，将初始接收信号公分为4路，分别得到如下的模糊表达和估计值：
F1＝K1fs1+f1，F′1＝K1fs1+f′1
F2＝K2fs2+f2，F′2＝K2fs2+f′2
F3＝K3fs3+f3，F′3＝K3fs3+f′3
F4＝K4fs4+f4，F′4＝K4fs4+f′4
按照此方法进行运算时，4路电路的采样频率分别为992MHz、1008MHz、1024MHz、1040MHz。
按照如此的运算，4路信号的解析分别得到两组估计值，在不断调整K1、K2、K3、K4值的大小，获得足够多的估计值，直到运算得到的估计值超出预定范围则停止运算，超出预定范围的估计值均不作为备选项。
优选的，本实施例中对采取的估计值设置设定范围，以对计算得到的估计值进行筛选，落入设定范围内的估计值才进入筛选，未得到落入设定范围的频率估计值时则继续运算，此处进行优化，并举出如下一种可行的选择：所述估计值的设定范围为[2GHz,18GHz]。采用如此方案时，得到的射频频率估计值均未符合设定要求的值。
对本实施例所采用的初始接收信号进行优化选择，此处举出如下一种可行的选择：所述的初始接收信号为正弦波信号。
本实施例在对采样信号进行时频转换时，可采用多种可行的转换方式，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的每路采样信号进行时频变换采用快速傅里叶变换。
如图4所示，利用本实施例所公开的方法进行应用时，此处举出一种案例：宽带压缩数字接收机的噪底在中频380MHz、300MHz、460MHz、452MHz处均存在自激信号(噪底被抬高10dB，远高于正常噪底)，通过该方法可快速计算出该信号的原始射频信号频率，根据该射频频率进一步可以判断该射频信号的来源(通信信号、气象雷达等等)，辅助故障定位。
实施例2
上述实施例公开了对射频频率的解析方法，本实施例公开了对中频频率的解析方法，现进行说明。
如图2所示，基于采样率解析宽带频率压缩信号中频频率的方法，采用上述射频频率解析方法中得到的射频频率，包括：采集一组采样率和指定的射频频率作为输入频率并进行频率压缩计算，得到对应的一组中频频率。具体按照如下方法进行：
S01：设定每路电路的采样频率，并通过指定的射频频率与采样频率进行取模运算，输出得到一组对应的中频频率；取模运算按如下方法进行：
IF＝RF mod FS
其中，IF为中频频率，RF为指定的射频频率，FS为电路的采样率；
S02：通过采样频率与得到的中频频率进行差运算，得到另一组对应的中频频率；差运算按照如下方法进行：
IF′＝FS-IF
其中，IF′为差运算后得到的中频频率；
S03：对得到的所有中频频率进行筛选，将落入指定频率范围内的所有中频频率选中并作为最终中频频率。具体的，每路都进行筛选，最终剩下4路有效中频。
上述公开的中频频率的解析方法，通过指定频率的射频频率，与采样率配合运算得到中频频率，并进一步运算得到更多的中频频率，在此基础上进行筛选，可得到最终的中频频率。
优选的，在本实施例中，指定的采样频率遵循奈奎斯特采样定理，所述的电路包括采样保持电路，每路采样保持电路的带宽为IF/2。
本实施例中所采用的频率范围用于筛选中频频率，此处进行优化并举出如下可行的方案：所述的指定频率范围为[0,IF/2]，每路电路的采样频率用于限制本路电路的指定频率范围。
本实施例中所公开的中频频率解析方法，利用了射频频率解析方法得到的射频频率；同理，在提前得知中频频率的情况下，也可利用中频频率进行射频频率的计算。
在运用本实施例公开的方法进行信号解析以得到中频频率时，举出如下案例以进行说明。
已知输入信号的频率为RF，通过与4种采样率取模运算即可得到4组唯一中频频率：
IF1＝RF mod FS1；
IF2＝RF mod FS2；
IF3＝RF mod FS3；
IF4＝RF mod FS4；
式中，RF为输入射频频率(MHz)，FS1～FS2分别为4种采保电路的采样率，IF1～IF4为输出的4组中频频率。
分别对4组中频频率根据各自采样率计算，得到另一组中频频率：
IF5＝FS1-IF1；
IF6＝FS2-IF2；
IF7＝FS3-IF3；
IF8＝FS4-IF4；
由奈奎斯特采样定理，4路采保电路的带宽分别为IF1/2、IF2/2、IF3/2、IF4/2，因此对得到的8个中频频率进行筛选，分别保留中频在[0,IF1/2]、[0，IF2/2]、[0，IF3/2]、[0，IF4/2]的值,得到最终的4个中频信号最终的中频频率。
如图5所示，运用本实施例中的方法进行外场试验时，已知环境中存在15100MHz的雷达信号，通过该方法可计算出该信号在宽带压缩数字接收机内部的中频频率分别为260MHz、500MHz、20MHz、220MHz，根据该计算结果可以使接收机规避该信号，避免该雷达信号影响其他信号的接收。
以上即为本发明列举的实施方式，但本发明不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (7)

1.基于采样率解析宽带频率压缩信号射频频率的方法，其特征在于，包括：采集一组采样率和一组中频频率并进行频率解模糊，得到唯一射频频率；具体按照如下方法进行：
将初始接收信号功分为若干路，通过低于奈奎斯特频率的不同的采样率对每路信号进行采样以得到采样信号，每路采样信号进行时频变换后得到的频率标识为估计频率；
对估计频率进行模糊表达，并通过模糊表达标记出估计频率存在的估计值；
通过模糊表达进行解模糊运算，得到每路估计频率的所有估计值；判断估计值是否位于设定范围外，若是则停止运算，若否则调整模糊表达内参数值进行迭代运算，直至停止运算；
从所有估计值中进行筛选，若每路信号得到的估计值中均包含有相同且唯一的值，则解模糊运算成功并结束解模糊运算，以该唯一相同的估计值作为射频频率值，否则重新进行解模糊运算直至得到射频频率值；
所述的模糊表达包括如下方式：
F＝Kfs+f，F′＝fs+f′
其中，F、F′为估计频率的估计值；K为正整数系数，用于进行解模糊运算的调整参数；fs为采样率；f为通道噪底可视化得到的中频频率，为已知数；f′为通道噪底可视化得到的中频频率与采样率作差运算的中频频率，即f′＝fs-f。
2.根据权利要求1所述的基于采样率解析宽带频率压缩信号射频频率的方法，其特征在于，所述的初始接收信号为正弦波信号。
3.根据权利要求1所述的基于采样率解析宽带频率压缩信号射频频率的方法，其特征在于，对采取的估计值设置设定范围，所述估计值的设定范围为[2GHz,18GHz]。
4.根据权利要求1所述的基于采样率解析宽带频率压缩信号射频频率的方法，其特征在于：所述的每路采样信号进行时频变换采用快速傅里叶变换。
5.基于采样率解析宽带频率压缩信号中频频率的方法，采用权利要求1～4中任一项射频频率解析方法中得到的射频频率，其特征在于，包括：采集一组采样率和指定的射频频率作为输入频率并进行频率压缩计算，得到对应的一组中频频率；具体按照如下方法进行：
设定每路电路的采样率，并通过指定的射频频率与采样率进行取模运算，输出得到一组对应的中频频率；取模运算按如下方法进行：
IF＝RF mod FS
其中，IF为中频频率，RF为指定的射频频率，FS为电路的采样率；
通过采样率与得到的中频频率进行差运算，得到另一组对应的中频频率；差运算按照如下方法进行：
IF′＝FS-IF
其中，IF′为差运算后得到的中频频率；
对得到的所有中频频率进行筛选，将落入指定频率范围内的所有中频频率选中并作为最终中频频率。
6.根据权利要求5所述的基于采样率解析宽带频率压缩信号中频频率的方法，其特征在于：所述的电路包括采样保持电路，每路采样保持电路的带宽为IF/2。
7.根据权利要求5或6所述的基于采样率解析宽带频率压缩信号中频频率的方法，其特征在于：所述的指定频率范围为[0,IF/2]，每路电路的采样率用于限制本路电路的指定频率范围。
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