CN114915305B - 一种动态可重构的接收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态可重构的接收装置及方法，该装置包括微波变频模块、信号处理模块、时钟与控制模块；微波变频模块每路通道分别包括顺次连接的限幅单元、放大单元、滤波单元、开关网络单元、变频单元；变频单元设置高灵敏度支路A、低灵敏度支路B，射频信号在支路B经等幅等相功分器分成两路，各经过一条延迟线后，等幅等相合路器接收信号分为支路B两路信号、支路A一路信号、支路B两路加上支路A一路共三路信号3种情况，合为一路并经同一路变频组件输出中频信号；信号处理模块对支路信号进行分离、还原及融合，输出测量结果；时钟与控制模块对接收装置提供时钟基准和进行控制，对支路信号进行标记。本发明具有成本低、应用范围广等特点。

Description

一种动态可重构的接收装置及方法

技术领域

本发明涉及数字接收机技术领域，特别是一种动态可重构的接收装置及方法。

背景技术

面对未来极其复杂的电磁环境，需要全面提升电子系统设备的探测、侦收、通信等能力。数字接收机作为电子系统设备中的关键设备，具有集成化程度高、技术难度大的特点，日益复杂的电磁环境要求数字接收机具备动态范围可扩展、兼顾高低灵敏度、低成本的能力。

目前数字接收机的动态接收范围约为40dB，这样的动态范围如果接收信号过大，会导致过载饱和，接收信号过小，信号无法被检测到，难以对强信号和弱信号同时进行接收。现有的一些接收装置通过拼接多个小动态范围的接收机来实现大动态接收范围，但是存在成本高的弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、动态可重构的接收装置及方法，通过在微波变频部分分为高灵敏度和低灵敏度两路通道，并通过延迟线标记低灵敏度支路的射频信号，后续用同一套变频组件和模块实现数据测量，从而实现数字接收机的大动态范围接收和高灵敏度或低灵敏度单独使用。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种动态可重构的接收装置，包括微波变频模块、信号处理模块、时钟与控制模块，其中：

微波变频模块包括多路信号通道，每一路分别包括顺次连接的限幅单元、放大单元、滤波单元、开关网络单元、变频单元；所述变频单元设置有高灵敏度支路和低灵敏度支路；通过开关网络单元，低灵敏度支路和高灵敏度支路同时或单独工作；同时工作时，射频信号在低灵敏度支路经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，与高灵敏度支路共三路信号通过等幅等相合路器合成一路信号，合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号；各支路单独工作时，则工作的支路输出信号至等幅等相合路器；

所述信号处理模块，用于对高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号进行分离、还原以及融合，对高灵敏度支路和低灵敏度支路单独工作时的信号进行还原，并输出最终的测量结果；

所述时钟与控制模块，用于对整个接收装置提供时钟基准和进行控制，高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时对各支路的信号进行标记。

一种动态可重构的接收方法，具体如下：

微波变频模块设置多路信号通道，每一路分别包括顺次连接的限幅单元、放大单元、滤波单元、开关网络单元、变频单元；所述变频单元设置高灵敏度支路和低灵敏度支路，射频信号在低灵敏度支路经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，等幅等相合路器接收信号有三种情况，一是低灵敏度支路两路信号，二是高灵敏度支路一路信号，三是低灵敏度支路两路信号和高灵敏度支路一路信号共三路信号，上述三种情况均合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号；

信号处理模块对高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号进行分离、还原以及融合，对高灵敏度支路和低灵敏度支路单独工作时的信号进行还原，并输出最终的测量结果输出最终的测量结果；

时钟与控制模块对整个接收装置提供时钟基准和进行控制，对高灵敏度支路和低灵敏度支路的信号进行标记。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）通过开关网络选择，可实现高灵敏度或低灵敏度接收，通过高低灵敏度拼接动态范围可重构至最大75dB，扩展了数字接收机的应用范围，增强了数字接收机的环境适应性；（2）通过延迟线标记低灵敏度支路的信号，后续用同一套变频组件和模块实现数据测量，降低了成本；（3）由于减少了装置的模块数量，使得装备的体积减小、集成度更高、可靠性增强。

附图说明

图1是本发明动态可重构的接收装置的结构框图。

图2是本发明接收装置中变频模块的结构框图。

图3是本发明接收装置中变频模块的电路原理图。

图4是本发明接收装置中变频模块的工作信号波形示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明涉及一种动态可重构的接收装置，该接收装置即数字接收机，具体包括微波变频模块、信号处理模块、时钟与控制模块，其中：

微波变频模块包括多路信号通道，每一路分别包括顺次连接的限幅单元、放大单元、滤波单元、开关网络单元、变频单元；所述变频单元设置有高灵敏度支路和低灵敏度支路；通过开关网络单元，低灵敏度支路和高灵敏度支路同时或单独工作；同时工作时，射频信号在低灵敏度支路经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，与高灵敏度支路共三路信号通过等幅等相合路器合成一路信号，合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号；各支路单独工作时，则工作的支路输出信号至等幅等相合路器；

所述信号处理模块，用于对高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号进行分离、还原以及融合，对高灵敏度支路和低灵敏度支路单独工作时的信号进行还原，并输出最终的测量结果；

所述时钟与控制模块，用于对整个接收装置提供时钟基准和进行控制，高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时对各支路的信号进行标记。

作为一种具体示例，所述开关网络用于控制低灵敏度支路和高灵敏度支路同时或单独工作，根据应用场景确定动态范围、选择高灵敏度或低灵敏度，具体如下：

高灵敏度支路的信号动态范围为-35dBm~-75dBm，通过第一放大器和第一滤波器将信号送至等幅等相合路器；

低灵敏度支路的信号动态范围为0dBm~-40dBm，通过衰减器、第二放大器、第二滤波器后经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，输出至等幅等相合路器；

等幅等相合路器接收信号有三种情况，一是低灵敏度支路两路信号，二是高灵敏度支路一路信号，三是低灵敏度支路两路信号和高灵敏度支路一路信号共三路信号，上述三种情况均合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号。

作为一种具体示例，低灵敏度支路设置的两条延迟线不同，用于对低灵敏度支路的信号进行标记，从而将高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号分离。

作为一种具体示例，所述变频组件采用两级变频，包括顺次设置的第一混频器、第三滤波器、第三放大器、第二混频器、第四滤波器、第四放大器，第一混频器将射频信号变至毫米波频段，第二混频器输出中频信号。

作为一种具体示例，所述信号处理模块包括顺次设置的AD采样单元、信道化测量单元、数据处理单元，微波变频模块将中频信号输出到AD采样单元，采集得到的信号数据输出到信道化测量单元，测量后的信号数据输出到数据处理单元，数据处理单元完成对高灵敏度支路和低灵敏度支路数据的分离、还原，以及两支路数据的融合，输出最终的测量结果。

本发明一种动态可重构的接收方法，具体如下：

微波变频模块设置多路信号通道，每一路分别包括顺次连接的限幅单元、放大单元、滤波单元、开关网络单元、变频单元；所述变频单元设置高灵敏度支路和低灵敏度支路，射频信号在低灵敏度支路经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，等幅等相合路器接收信号有三种情况，一是低灵敏度支路两路信号，二是高灵敏度支路一路信号，三是低灵敏度支路两路信号和高灵敏度支路一路信号共三路信号，上述三种情况均合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号；

信号处理模块对高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号进行分离、还原以及融合，对高灵敏度支路和低灵敏度支路单独工作时的信号进行还原，并输出最终的测量结果，输出最终的测量结果；

时钟与控制模块对整个接收装置提供时钟基准和进行控制，对高灵敏度支路和低灵敏度支路的信号进行标记。

作为一种具体示例，所述开关网络将输入的射频信号功分为一路或两路，同时输入变频单元的高灵敏度支路和低灵敏度支路或只连接高灵敏度支路，或只连接低灵敏度支路；

高灵敏度支路的信号动态范围为-35dBm~-75dBm，通过第一放大器和第一滤波器将信号送至等幅等相合路器；

低灵敏度支路的信号动态范围为0dBm~-40dBm，通过衰减器、第二放大器、第二滤波器后经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，输出至等幅等相合路器；

等幅等相合路器将接收到的信号，合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号。

作为一种具体示例，所述变频组件采用两级变频，第一个混频器将射频信号变至毫米波频段，第二个混频器输出中频信号。

作为一种具体示例，所述微波变频模块将中频信号输出到信号处理模块，AD采样单元采集得到的信号数据输出到信道化测量单元，测量后的信号数据输出到数据处理单元，数据处理单元完成对高灵敏度支路和低灵敏度支路数据的分离、还原，以及两支路数据的融合，输出最终的测量结果。

作为一种具体示例，低灵敏度支路设置的两条延迟线不同，用于对低灵敏度支路的信号进行标记，从而将高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号分离。

本发明动态可重构的接收装置的工作原理为：微波变频部分包括限幅、放大、滤波、开关网络和变频模块，接收到的外部信号，经过限幅、放大、滤波处理，形成一定的信号增益。通过开关网络分成高灵敏度和低灵敏度两路信号送至变频模块。变频模块将射频信号变至中频信号，并在时钟与控制模块的作用下，控制高灵敏度支路和低灵敏度支路的接收，基于时间基准完成对低灵敏度支路的信号标记，通过等幅等相合路器将信号合为一路送至信号处理部分。信号处理部分包括AD采样、信道化测量、数据处理三个模块，AD采样单元对接收到的中频信号进行数字采集，采集得到的数据输出到信道化测量单元，测出各脉冲的描述参数，测量后的数据输出到数据处理单元，根据各脉冲的时序相位关系，完成对高灵敏度和低灵敏度两支路数据的分离和还原以及两支路数据的融合，输出最终的测量结果。

图2为本发明的动态可重构变频模块电路原理图，该变频组件实现射频信号变至中频信号，最大可重构75dB的动态范围。以75dB动态使用为例，具体实现为：开关网络输出的两路信号分别进入高灵敏度和低灵敏度两路通道；高灵敏度支路的射频信号动态范围为-35dBm~-75dBm，通过放大器和滤波器将信号送至等幅等相合路器；低灵敏度支路的射频信号动态范围为0dBm~-40dBm，通过衰减器、放大器、滤波器后经等幅等相功分器分成两路信号，分别经过两条不同的延迟线，两延迟线相对延时时间固定，便于后续信号测量处理，延迟线的选择根据应用场景不同延迟时间可调，两条延迟线的设置是为了实现对低灵敏度支路信号的标记。等幅等相合路器接收信号有三种情况，一是低灵敏度支路两路信号，二是高灵敏度支路一路信号，三是低灵敏度支路两路信号和高灵敏度支路一路信号共三路信号，上述三种情况均通过等幅等相合路器合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号。变频模块中采用两级变频，通过第一个混频器，将射频信号变至毫米波频段；通过第二个混频器，输出中频信号。

下面结合具体的实施例和附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1

如图1所示，以重构75dB动态使用为例，信号经限幅、放大、滤波和开关网络单元后，形成两路信号送至变频单元，如图2所示，以幅度0dBm和-75dBm的两路信号同时进入高灵敏度和低灵敏度支路为例，如图3、图4中1a、2a所示，低灵敏度支路信号经过衰减器后，如图3、图4中2b所示，衰减后的信号为-40dBm和-115dBm；图2中两路通道中放大器的线性放大范围为-35dBm~-75dBm，如图中1b、2c所示，高灵敏度支路的0dBm的信号和低灵敏度支路的-115dBm的信号超过放大器线性放大范围，两路通道中-75dBm和-40dBm的信号为线性放大；低灵敏度支路中的信号经一分二功分器分成两路信号分别经过两个不同的延迟线后的信号如图3、图4中2e所示，与高灵敏度支路中的信号经等幅等相合路器合为一路，得到的信号如图3、图4中3a所示。如图2、图3所示，合并后的信号经过同一套变频组件，由射频信号变至中频信号。

如图1所示，AD采样单元对接收到的中频信号进行数字采集，采集得到的数据输出到信道化测量单元，测量后的数据输出到数据处理单元，图4中脉冲③与⑤因有固定相位关系，故判定脉冲③与⑤为低灵敏度支路同一信号。脉冲①与脉冲③和脉冲⑤均有固定相位关系，故判定脉冲①为无效信号，保留相位信息，不测定其它参数。脉冲②与其他脉冲无固定相位关系，故判定该信号为高灵敏度支路信号。上述相位即指延时，固定相位关系可通过标校，量化测定，并将该固定相位（延时）关系作为剔除或保留信号依据。经融合处理，可测定原0dBm和-75dBm信号的相关参数，输出最终测量结果。各支路单独工作时，工作流程类似，判断相对简单，不再赘述。上述幅度数值只是为了举例更好说明案例，不代表最终装置参数。

综上所述，本发明利用开关网络实现高低灵敏度同时或单独接收，可重构接收装置的动态，利用两延迟线标记了低灵敏度支路的信号，可区分高灵敏度支路和低灵敏度支路通道信号，使得两通道信号后续用同一套组件和模块实现信号测量和处理，具有动态可重构、成本低，应用范围广等特点。

Claims (10)

1.一种动态可重构的接收装置，其特征在于，包括微波变频模块、信号处理模块、时钟与控制模块，其中：

微波变频模块包括多路信号通道，每一路分别包括顺次连接的限幅单元、放大单元、滤波单元、开关网络单元、变频单元；所述变频单元设置有高灵敏度支路和低灵敏度支路；通过开关网络单元，低灵敏度支路和高灵敏度支路同时或单独工作；同时工作时，射频信号在低灵敏度支路经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，与高灵敏度支路共三路信号通过等幅等相合路器合成一路信号，合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号；各支路单独工作时，则工作的支路输出信号至等幅等相合路器；

所述信号处理模块，用于对高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号进行分离、还原以及融合，对高灵敏度支路和低灵敏度支路单独工作时的信号进行还原，并输出最终的测量结果；

所述时钟与控制模块，用于对整个接收装置提供时钟基准和进行控制，高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时对各支路的信号进行标记。

2.根据权利要求1所述的动态可重构的接收装置，其特征在于，所述开关网络单元用于控制低灵敏度支路和高灵敏度支路同时或单独工作，根据应用场景确定动态范围、选择高灵敏度或低灵敏度，具体如下：

高灵敏度支路的信号动态范围为-35dBm~-75dBm，通过第一放大器和第一滤波器将信号送至等幅等相合路器；

低灵敏度支路的信号动态范围为0dBm~-40dBm，通过衰减器、第二放大器、第二滤波器后经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，输出至等幅等相合路器；

等幅等相合路器接收信号有三种情况，一是低灵敏度支路两路信号，二是高灵敏度支路一路信号，三是低灵敏度支路两路信号和高灵敏度支路一路信号共三路信号，上述三种情况均合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号。

3.根据权利要求1或2所述的动态可重构的接收装置，其特征在于，低灵敏度支路设置的两条延迟线不同，用于对低灵敏度支路的信号进行标记，从而将高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号分离。

4.根据权利要求1或2所述的动态可重构的接收装置，其特征在于，所述变频组件采用两级变频，包括顺次设置的第一混频器、第三滤波器、第三放大器、第二混频器、第四滤波器、第四放大器，第一混频器将射频信号变至毫米波频段，第二混频器输出中频信号。

5.根据权利要求1所述的动态可重构的接收装置，其特征在于，所述信号处理模块包括顺次设置的AD采样单元、信道化测量单元、数据处理单元，微波变频模块将中频信号输出到AD采样单元，采集得到的信号数据输出到信道化测量单元，测量后的信号数据输出到数据处理单元，数据处理单元完成对高灵敏度支路和低灵敏度支路数据的分离、还原，以及两支路数据的融合，输出最终的测量结果。

6.一种动态可重构的接收方法，其特征在于，具体如下：

微波变频模块设置多路信号通道，每一路分别包括顺次连接的限幅单元、放大单元、滤波单元、开关网络单元、变频单元；所述变频单元设置高灵敏度支路和低灵敏度支路，射频信号在低灵敏度支路经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，等幅等相合路器接收信号有三种情况，一是低灵敏度支路两路信号，二是高灵敏度支路一路信号，三是低灵敏度支路两路信号和高灵敏度支路一路信号共三路信号，上述三种情况均合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号；

信号处理模块对高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号进行分离、还原以及融合，对高灵敏度支路和低灵敏度支路单独工作时的信号进行还原，并输出最终的测量结果；

时钟与控制模块对整个接收装置提供时钟基准和进行控制，对高灵敏度支路和低灵敏度支路的信号进行标记。

7.根据权利要求6所述的动态可重构的接收方法，其特征在于，所述开关网络单元将输入的射频信号功分为一路或两路，同时输入变频单元的高灵敏度支路和低灵敏度支路或只连接高灵敏度支路，或只连接低灵敏度支路；

高灵敏度支路的信号动态范围为-35dBm~-75dBm，通过第一放大器和第一滤波器将信号送至等幅等相合路器；

低灵敏度支路的信号动态范围为0dBm~-40dBm，通过衰减器、第二放大器、第二滤波器后经等幅等相功分器分成两路信号，该两路信号各经过一条延迟线后，输出至等幅等相合路器；

等幅等相合路器将接收到的信号，合为一路并经过同一路变频组件输出中频信号。

8.根据权利要求6所述的动态可重构的接收方法，其特征在于，所述变频组件采用两级变频，第一个混频器将射频信号变至毫米波频段，第二个混频器输出中频信号。

9.根据权利要求6所述的动态可重构的接收方法，其特征在于，所述微波变频模块将中频信号输出到信号处理模块，AD采样单元采集得到的信号数据输出到信道化测量单元，测量后的信号数据输出到数据处理单元，数据处理单元完成对高灵敏度支路和低灵敏度支路数据的分离、还原，以及两支路数据的融合，输出最终的测量结果。

10.根据权利要求6所述的动态可重构的接收方法，其特征在于，低灵敏度支路设置的两条延迟线不同，用于对低灵敏度支路的信号进行标记，从而将高灵敏度支路和低灵敏度支路同时工作时的信号分离。

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