CN113720222B - 无线电引信及其相位校正方法、平台及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种顺序通道量化的无线电引信，包括多通道调频连续波射频收发前端电路、中频信号调理电路、多通道ADC、信号处理电路。由于多通道ADC采用轮询方式按固定顺序逐个量化各个接收通道，造成不同通道采样时刻存在差异，直接用比相测角时结果偏差大。本发明可以实现采样时钟的对角度测量的校正，引信根据FFT结果的幅度最大值所在的位置，计算出中频信号的频率，利用已知采样率计算采样时刻差对应相位差，再用这个相位差对多通道的相位进行校正，降低轮询模数转换造成的相位差，提高多通道间利用相位差计算角度的精度。本发明可简化并行ADC的数量，简化引信硬件电路。

Description

无线电引信及其相位校正方法、平台及可读存储介质
技术领域
本发明属于无线电引信领域，具体涉及一种顺序通道量化的顺序通道量化的无线电引信及相位校正方法、平台及计算机可读存储介质。
背景技术
引信是利用环境信息、目标信息、或按照事先设定的条件、在保证弹药平时和发射时安全的前提下，对弹药实施起爆控制、点火控制及姿态控制的装置。在一定程度上，引信的性能直接决定武器系统的毁伤效能。随雷达技术的不断发展，引信采用雷达技术演化出无线电引信，主要利用目标回波信号获取目标距离、相对速度、目标角度等信息。调频无线电引信是一种发射信号频率按调制信号规律变化的等幅连续波无线电引信，其炸高不依赖于目标反射电磁波能力的强弱，而是靠回波的频率来定位，因此具有定距精度高，炸高散布减少，接收机灵敏度高，工作电压低，结构简单，抗干扰能力强等优点。基于上述优点，这种体制的引信在武器系统中得到了较为广泛的应用。
调频无线电引信采用线性调频体制，为了满足多功能的需求，采用多发多收的电路结构，多通道的接收可以获取目标更多的信息，可以利用多接收的数字波束形成技术更改天线波束的指向，另外通过多天线间的相位差获得目标的角度信息，在抗干扰应用时，可通过数字波束成形避开干扰信号。
多通道的接收使电路变得复杂，为保证通道间采样时刻的同步，可以采用多个通道时钟的ADC并行工作，多个ADC增加了电路复杂程度，增大了电路板面积，为了缩小电路板的尺寸，若采用单芯片或者集成到MCU中的多通道ADC完成信号的量化，此时通道之间采用轮询方式，逐个通道进行模数转换，造成通道间采样时刻存在差异，会恶化了系统性能。
发明内容
本发明的目的在于克服多接收通道引信通道轮询量化存在的以上技术问题，在算法上消除了通道间采样时刻存在差异，减小了比相法的测角误差。
为实现上述目的，本发明提供了一种顺序通道量化的无线电引信，包括依次连接的多通道调频连续波射频收发前端电路、中频信号调理电路、多通道模数转换器、信号处理电路；通道的数量大于等于2，其中，
所述多通道调频连续波射频收发前端电路连接多个接收天线，接收多路回波信号，中频信号调理电路对多路回波信号进行调理，以使多路回波信号的幅度符合多通道模数转换器输入信号幅度大小的要求；所述多通道模数转换器，对多路回波信号以轮询方式逐个对每个通道进行模数转换，模数转换后的回波信号送给信号处理电路；
所述信号处理电路包括FFT频率估计模块、相位差计算模块和相位校正模块，FFT频率估计模块对模数转换后的回波信号做FFT运算，求取回波信号的频率f，相位差计算模块根据两采样通道间的采样周期滞后时间Δt以及回波信号的频率f，依据公式
Figure BDA0003236732410000021
求取两采样通道间的相位误差/>
Figure BDA0003236732410000022
相位校正模块根据求得的相位误差/>
Figure BDA0003236732410000023
对相应通道的回波信号进行相位校正，相位校正后的回波信号进行方位角度的计算。
进一步的，对于实信号，是直接用相位误差
Figure BDA0003236732410000024
加在实信号相位量上进行相位校正，对于复信号，是复信号信号乘以/>
Figure BDA0003236732410000025
进行相位校正。
进一步的，多通道模数转换器是单片集成的多通道模数转换器，或者是采用独立器件组成的多通道模数转换。
进一步的，多通道模数转换器是单片将MCU集成的模数转换器或者独立的扫描多通道模数转换器。
进一步的，独立的扫描多通道转换器是AD7175。
本发明还提供了一种用于顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法，其特征在于包括步骤：
步骤1，对模数转换后的回波信号做FFT运算，求取回波信号的频率f
步骤2，根据两采样通道间的采样周期滞后时间Δt以及回波信号的频率f，依据公式
Figure BDA0003236732410000026
求取两采样通道间的相位误差/>
Figure BDA0003236732410000027
步骤3，根据求得的相位误差
Figure BDA0003236732410000028
对相应通道的回波信号进行相位校正，用相位校正后的回波信号进行方位角度的计算。
进一步的，步骤3中，对于实信号，是直接用相位误差
Figure BDA0003236732410000029
加在实信号相位量上进行相位校正，对于复信号，是复信号信号乘以/>
Figure BDA00032367324100000210
进行相位校正。
本发明还提供了一种顺序通道量化无线电引信的相位校正平台，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述用于顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行上述用于顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法。
有益效果
本发明可以实现多通道无线电引信使用扫描型多通道ADC，在扫描型多通道ADC采用轮询方式逐个通道进行模数转换时，仍可以保证多通道间相位的同步。在此基础上，采用比相测角法，可提升角度计算的精度。应用本发明，可采用单片或者SOC集成型多通道ADC，简化了ADC芯片的数量，简化了硬件电路，缩小了电路板的尺寸，进而缩小无线电引信的体积和重量，扩大了引信的应用范围，使小型炮弹能够采用本发明的引信提高打击精度。
附图说明
图1为本发明的顺序通道量化的无线电引信单路结构图。
图2为顺序量化时通道采样延时导致信号初相差异示意图。
图3为快速傅里叶变换(FFT)结果单个谱线对应的信号示意图。
图4为由FFT结果计算采样时刻差对应的信号的相位差
Figure BDA0003236732410000031
图5为用相位差
Figure BDA0003236732410000032
校正通道2后两个通道初相保持了一致。
图6为本发明相位校正方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
如图1所示，本发明的射频本振信号的顺序通道量化的无线电引信，包括依次连接的多通道调频连续波射频收发前端电路1、中频信号调理电路2、多通道模数转换器(ADC)3、信号处理电路4。无线电引信是多通道接收结构，每个通道均包含独立的天线、射频通道、中频信号调理通道和ADC输入通道。
电路中的ADC是多通道按顺序逐个通道进行量化的ADC，可单片集成形式也可采用独立器件。本发明采用的ADC是MCU集成的ADC也可以是扫描多通道独立ADC，如AD7175。
多通道ADC是单芯片或者集成到MCU中轮询方式逐个通道进行模数转换,如图2所示，以2通道为例，假设两个通道信号的初相都是0，由于通道顺序采样，通道2落后通道1一个采样周期Δt，量化后通道2信号将存在一个初相φ。
参照图3所示，为了补偿这个初相误差φ，需要先得到信号的频率信息，利用快速傅里叶变换(FFT)可以求取信号的频率，在引信中，取FFT结果中幅值最大谱线的频率作为目标回波的频率φ。
参照图4所示，得到回波频率后，可以计算采样周期Δt对应的相位误差φ，可以按照以下公式计算：
Figure BDA0003236732410000033
照图5所示，计算得到的相位校正量φ，可以直接加到信号的相位量上，如果是复信号，可以直接乘以
Figure BDA0003236732410000034
这样完成通道间由采样时刻差造成的相位差的矫正，本发明用于射频本振信号顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法的流程图见图6所示。包括：
步骤1，对模数转换后的回波信号做FFT运算，求取回波信号的频率f
步骤2，根据两采样通道间的采样周期滞后时间Δt以及回波信号的频率f，依据公式
Figure BDA0003236732410000041
求取两采样通道间的相位误差/>
Figure BDA0003236732410000042
步骤3，根据求得的相位误差
Figure BDA0003236732410000043
对相应通道的回波信号进行相位校正。
接着，再利用校正的相位进行方位角度的计算。
本发明第二实施例涉及顺序通道量化无线电引信的相位校正平台，包括：
至少一个处理器；以及，
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述相位方法。
其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本发明第四三施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想原则内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种顺序通道量化的无线电引信，包括依次连接的多通道调频连续波射频收发前端电路(1)、中频信号调理电路(2)、多通道模数转换器(3)、信号处理电路(4)；通道的数量大于等于2，其中，
所述多通道调频连续波射频收发前端电路(1)连接多个接收天线，接收多路回波信号，中频信号调理电路(2)对多路回波信号进行调理，以使多路回波信号的幅度符合多通道模数转换器(3)输入信号幅度大小的要求；所述多通道模数转换器(3)，对多路回波信号以轮询方式逐个对每个通道进行模数转换，模数转换后的回波信号送给信号处理电路(4)；
所述信号处理电路(4)包括FFT频率估计模块、相位差计算模块和相位校正模块，FFT频率估计模块对模数转换后的回波信号做FFT运算，求取回波信号的频率f，相位差计算模块根据两采样通道间的采样周期滞后时间Δt以及回波信号的频率f，依据公式
Figure QLYQS_1
求取两采样通道间的相位误差/>
Figure QLYQS_2
相位校正模块根据求得的相位误差/>
Figure QLYQS_3
对相应通道的回波信号进行相位校正，用相位校正后的回波信号进行方位角度的计算；
其中，对于实信号，是直接用相位误差
Figure QLYQS_4
加在实信号相位量上进行相位校正，对于复信号，是复信号乘以/>
Figure QLYQS_5
进行相位校正。
2.如权利要求1所述的顺序通道量化的无线电引信，其中，多通道模数转换器(3)是单片集成的多通道模数转换器，或者是采用独立器件组成的多通道模数转换器。
3.如权利要求1所述的顺序通道量化的无线电引信，其中，多通道模数转换器(3)是单片将MCU集成的多通道模数转换器或者独立的扫描多通道模数转换器。
4.如权利要求3所述的一种顺序通道量化的无线电引信，其中，独立的扫描多通道模数转换器是AD7175。
5.一种用于如权利要求1所述的顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法，其特征在于包括步骤：
步骤1，对模数转换后的回波信号做FFT运算，求取回波信号的频率f；
步骤2，根据两采样通道间的采样周期滞后时间Δt以及回波信号的频率f，依据公式
Figure QLYQS_6
求取两采样通道间的相位误差/>
Figure QLYQS_7
步骤3，根据求得的相位误差
Figure QLYQS_8
对相应通道的回波信号进行相位校正，用相位校正后的回波信号进行方位角度的计算。
6.如权利要求5所述的用于顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法，其特征在于步骤3中，对于实信号，是直接用相位误差
Figure QLYQS_9
加在实信号相位量上进行相位校正，对于复信号，是复信号乘以/>
Figure QLYQS_10
进行相位校正。
7.一种顺序通道量化无线电引信的相位校正平台，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求5或6所述的用于顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法。
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求5或6所述的用于顺序通道量化的无线电引信的相位校正方法。
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