CN113612522B - 一种频域偏离的处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频域偏离的中频处理方法，包括：获取输入信号，其中所述输入信号为中频信号；对所述输入信号进行变换得到变换信号，其中所述变换信号包括I路信号和Q路信号，且所述I路信号和Q路信号相互正交；生成第一正交混频信号和第二正交混频信号；根据所述I路信号和所述第一正交混频信号得到第一乘法信号；根据所述Q路信号和所述第二正交混频信号得到第二乘法信号；分别对所述第一乘法信号和所述第二乘法信号进行相加运算和相减运算得到频域偏离信号以搬移至需要频偏的中频频点。本发明的中频处理方法与传统的混频+滤波处理流程相比，省略了滤波处理环节，因而适用于因频偏过小而无法进行滤波的小范围频域偏移信号处理场景。

Description

一种频域偏离的处理方法及装置
技术领域
本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种频域偏离的处理方法及装置。
背景技术
在信号处理领域，频域特性分析处理是一种常见而又重要的手段，通过频域特性的不同可以容易的区分时域上重叠的信号，同时频域特性的不同也可以降低信号相互之间的干扰。在卫星通信和遥感领域，通过对于窄带信号做小范围的频移处理，可以得到特性类似的信号(中心频率不同，其它特性如带宽、调制方式等相同)。传统的频移可以通过原始信号与本振进行混频再进行滤波处理的方法，但是此方法不适用于窄带信号的小范围频移，按照混频方法小范围频移后，会在原信号左右两侧产生两个新的频率信号，实际需要的是其中一个频率信号，由于是小范围频移，两个新的频率信号在频域间隔很小，很难通过滤波器进行滤除。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种频域偏离的处理方法及装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种频域偏离的中频处理方法，包括：
获取输入信号，其中所述输入信号为中频信号；
对所述输入信号进行变换得到变换信号，其中所述变换信号包括I路信号和Q路信号，且所述I路信号和Q路信号相互正交；
生成第一正交混频信号和第二正交混频信号；
根据所述I路信号和所述第一正交混频信号得到第一乘法信号；
根据所述Q路信号和所述第二正交混频信号得到第二乘法信号；
分别对所述第一乘法信号和所述第二乘法信号进行相加运算和相减运算得到频域偏离信号以搬移至需要频偏的中频频点。
在一个具体实施方式中，对所述输入信号进行变换得到变换信号，包括：
将所述输入信号的一路进行延时处理，输出I路信号；
将所述输入信号的另一路进行希尔伯特变换输出Q路信号。
本发明同时提供一种频域偏离的中频处理装置，包括：
信号输入模块，用于获取输入信号，其中所述输入信号为中频信号；
信号变换模块，用于对所述输入信号进行变换得到变换信号，其中所述变换信号包括I路信号和Q路信号，且所述I路信号和Q路信号相互正交；
混频器，用于生成第一正交混频信号和第二正交混频信号；
第一乘法器，用于根据所述I路信号和所述第一正交混频信号得到第一乘法信号；
第二乘法器，用于根据所述Q路信号和所述第二正交混频信号得到第二乘法信号；
加减法器，分别对所述第一乘法信号和所述第二乘法信号进行相加运算和相减运算得到频域偏离信号以搬移至需要频偏的中频频点。
在一个具体实施方式中，所述信号变换模块还包括：
延时单元，用于将所述输入信号的一路进行延时处理，输出I路信号；
希尔伯特变换单元，用于将所述输入信号的另一路进行希尔伯特变换输出Q路信号。
本发明同时提供一种频域偏离的基带处理方法，包括：
获取输入信号；
将所述输入信号分别与第一余弦信号和第一正弦信号相乘，得到I路信号和Q路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的同相分量和正交分量；
对所述I路信号和Q路信号进行低通滤波后，分别对应与第二余弦信号和第二正弦信号相乘，得到变频同相分量信号和变频正交分量信号；
对所述变频同相分量信号和所述变频正交分量信号进行相加运算得到频域偏离信号。
本发明同时提供一种频域偏离的基带处理装置，包括：
信号输入模块，用于获取输入信号；
第一混频器，用于产生第一余弦信号和第一正弦信号；
第一乘法器，用于将所述输入信号与所述第一余弦信号相乘，得到I路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的同相分量；
第二乘法器，用于将所述输入信号与所述第一正弦信号相乘，得到Q路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的正交分量；
第一低通滤波器，用于对所述I路信号进行低通滤波，以得到等效基带信号的同相分量；
第二低通滤波器，用于对所述Q路信号进行低通滤波，以得到等效基带信号的正交分量；
第二混频器，用于产生第二余弦信号和第二正弦信号；
第三乘法器，用于将所述等效基带信号的同相分量与所述第二余弦信号相乘，得到变频同相分量；
第四乘法器，用于将所述等效基带信号的正交分量与所述第二正弦信号相乘，得到变频正交分量；
加法器，用于对所述变频同相分量信号和所述变频正交分量信号进行相加运算得到频域偏离信号。
本发明的有益效果：
1、本发明的中频处理方法通过希尔伯特变换和三角函数变换，实现信号的相位反转及平移，从而将信号频移至所需频点，与传统的混频+滤波处理流程相比，省略了滤波处理环节，因而适用于因频偏过小而无法进行滤波的小范围频域偏移信号处理场景。
2、本发明的基带处理方法通过数字下变频，将中频信号转换为其等效基带信号的同相分量(I路信号)和正交分量(Q路信号)，并进行低通滤波，再将I/Q两路信号上变频，搬移至需要频偏的中频频点。与传统算法相比，将小频移处理转换为大频移处理，从而能够应用于带内频偏和小范围频域偏移信号处理场景。此外，与中频处理相比，基带处理方法将信号搬移至基带，所有基于基带的基础信号处理方法(比如积分梳状滤波)能够更简单的应用。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种频域偏离的中频处理方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种频域偏离的中频处理装置模块框图；
图3是本发明实施例提供的一种频域偏离的中频处理方法流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一个仿真中未频移前信号频谱；
图5是本发明实施例提供的一个仿真中基带信号频谱；
图6是本发明实施例提供的一个仿真中频移后信号频谱；
图7是本发明实施例提供的一种频域偏离的中频处理装置模块框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种频域偏离的中频处理方法流程示意图，包括：
获取输入信号，其中所述输入信号为中频信号；
对所述输入信号进行变换得到变换信号，其中所述变换信号包括I路信号和Q路信号，且所述I路信号和Q路信号相互正交；
生成第一正交混频信号和第二正交混频信号；
根据所述I路信号和所述第一正交混频信号得到第一乘法信号；
根据所述Q路信号和所述第二正交混频信号得到第二乘法信号；
分别对所述第一乘法信号和所述第二乘法信号进行相加运算和相减运算得到频域偏离信号以搬移至需要频偏的中频频点。
在一个具体实施方式中，对所述输入信号进行变换得到变换信号，包括：
将所述输入信号的一路进行延时处理，输出I路信号；
将所述输入信号的另一路进行希尔伯特变换输出Q路信号。
具体的，连续希尔伯特变换时域脉冲响应函数为h(t)＝j/πt，频域脉冲响应函数为H(jω)＝-jsign(ω)。
其本质是将信号的频域相位在正频率部分乘以-j，即相位翻转-90°；在负频率部分乘以j，即相位翻转90°。
在信号处理中，只需要考虑正频率部分。则希尔伯特变换就是将信号相位翻转-90°。因此，一路信号延时输出(I路)；另一路信号进行希尔伯特变换(Q路)，即可以得到相互正交的I/Q两路信号。
对于离散信号，其希尔伯特变换频响函数为
H(ejω)＝-jsign(ω)
作反变换，可得到其理想时域脉冲响应函数h(n)：
Figure BDA0003211609570000061
在数字信号处理中，可利用matlab的Fileter Design，使用等纹波逼近法，对理想时域脉冲响应函数h(n)进行逼近，生成有限阶数的希尔伯特滤波器h′(n)，与信号进行卷积，实现希尔伯特变换。
之后，设输入信号xin＝sinω0t，根据希尔伯特的相位翻转特性可知，变换后的信号为-cosω0t。即I路信号xi＝sinω0t，Q路信号xq＝-cosω0t。
根据处理流程框图可知，
输出信号xo＝sinω0t*cosωct-cosω0t*sinωct
其中为ωc信号频率偏移量。由三角函数性质可知
xo＝sin(ω0-ωc)t
上式实现了负向频移，正向频移同理可证。
设输入信号xin＝cosω0t，同理可证，
xo＝cos(ω0±ωc)t
从而实现信号频移。
本发明的中频处理方法通过希尔伯特变换和三角函数变换，实现信号的相位反转及平移，从而将信号频移至所需频点，与传统的混频+滤波处理流程相比，省略了滤波处理环节，因而适用于因频偏过小而无法进行滤波的小范围频域偏移信号处理场景。
请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种频域偏离的中频处理装置模块框图，包括：
信号输入模块，用于获取输入信号，其中所述输入信号为中频信号；
信号变换模块，用于对所述输入信号进行变换得到变换信号，其中所述变换信号包括I路信号和Q路信号，且所述I路信号和Q路信号相互正交；
混频器，用于生成第一正交混频信号和第二正交混频信号；
第一乘法器，用于根据所述I路信号和所述第一正交混频信号得到第一乘法信号；
第二乘法器，用于根据所述Q路信号和所述第二正交混频信号得到第二乘法信号；
加减法器，分别对所述第一乘法信号和所述第二乘法信号进行相加运算和相减运算得到频域偏离信号以搬移至需要频偏的中频频点。
在一个具体实施方式中，所述信号变换模块还包括：
延时单元，用于将所述输入信号的一路进行延时处理，输出I路信号；
希尔伯特变换单元，用于将所述输入信号的另一路进行希尔伯特变换输出Q路信号。
实施例二
本发明同时提供一种频域偏离的基带处理方法，包括：
获取输入信号；
将所述输入信号分别与第一余弦信号和第一正弦信号相乘，得到I路信号和Q路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的同相分量和正交分量；
对所述I路信号和Q路信号进行低通滤波后，分别对应与第二余弦信号和第二正弦信号相乘，得到变频同相分量信号和变频正交分量信号；
对所述变频同相分量信号和所述变频正交分量信号进行相加运算得到频域偏离信号。
具体的，根据解调理论，对于一个中心频率为ω0的中频调制信号s(n)，可表示为
Figure BDA0003211609570000081
其中
Figure BDA0003211609570000082
为调制信号的同相分量；
Figure BDA0003211609570000083
为调制信号的正交分量。
根据无线电接收理论，对一个中心频率为ω0的中频调制信号s(n)，分别乘以cos(ω0n)和sin(ω0n)，再进行低通滤波可得到其等效基带信号的同相分量I(n)和正交分量Q(n)。
根据无线电发射理论，对于一个基带信号，其同相分量I(n)和正交分量Q(n)，分别乘以cos(ω1n)和sin(ω1n)并相加，可实现变频，得到相应的中频信号。
在一个示例中，请参见图4-图6，其中，该仿真示例中采样率fs＝80MHz，带宽B＝4MHz，原始信号中心频率f1＝20MHz，频率偏移后信号中心频率f2＝21MHz，图4是本发明实施例提供的一个仿真中未频移前信号频谱(中心频率20MHz)；图5是本发明实施例提供的一个仿真中基带信号频谱；图6是本发明实施例提供的一个仿真中频移后信号频谱(中心频率21MHz)。
请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种频域偏离的中频处理装置模块框，包括：
信号输入模块，用于获取输入信号；
第一混频器，用于产生第一余弦信号和第一正弦信号；
第一乘法器，用于将所述输入信号与所述第一余弦信号相乘，得到I路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的同相分量；
第二乘法器，用于将所述输入信号与所述第一正弦信号相乘，得到Q路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的正交分量；
第一低通滤波器，用于对所述I路信号进行低通滤波，以得到等效基带信号的同相分量；
第二低通滤波器，用于对所述Q路信号进行低通滤波，以得到等效基带信号的正交分量；
第二混频器，用于产生第二余弦信号和第二正弦信号；
第三乘法器，用于将所述等效基带信号的同相分量与所述第二余弦信号相乘，得到变频同相分量；
第四乘法器，用于将所述等效基带信号的正交分量与所述第二正弦信号相乘，得到变频正交分量；
加法器，用于对所述变频同相分量信号和所述变频正交分量信号进行相加运算得到频域偏离信号。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“单元”。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
本申请是参照本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种频域偏离的基带处理方法，其特征在于，包括：
获取输入信号；
将所述输入信号分别与第一余弦信号和第一正弦信号相乘，得到I路信号和Q路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的同相分量和正交分量；
对所述I路信号和Q路信号进行低通滤波后，分别对应与第二余弦信号和第二正弦信号相乘，得到变频同相分量信号和变频正交分量信号；
对所述变频同相分量信号和所述变频正交分量信号进行相加运算得到频域偏离信号以搬移至需要频偏的中频频点。
2.一种频域偏离的基带处理装置，其特征在于，包括：
信号输入模块，用于获取输入信号；
第一混频器，用于产生第一余弦信号和第一正弦信号；
第一乘法器，用于将所述输入信号与所述第一余弦信号相乘，得到I路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的同相分量；
第二乘法器，用于将所述输入信号与所述第一正弦信号相乘，得到Q路信号，使得所述输入信号转换为调制信号的正交分量；
第一低通滤波器，用于对所述I路信号进行低通滤波，以得到等效基带信号的同相分量；
第二低通滤波器，用于对所述Q路信号进行低通滤波，以得到等效基带信号的正交分量；
第二混频器，用于产生第二余弦信号和第二正弦信号；
第三乘法器，用于将所述等效基带信号的同相分量与所述第二余弦信号相乘，得到变频同相分量信号 ；
第四乘法器，用于将所述等效基带信号的正交分量与所述第二正弦信号相乘，得到变频正交分量信号 ；
加法器，用于对所述变频同相分量信号和所述变频正交分量信号进行相加运算得到频域偏离信号以搬移至需要频偏的中频频点。
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自适应干扰抵消系统正交矢量模型及数字实现;魏国珩等;《兵工自动化》;20051015(第05期);第57-58页 *

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