CN115097497B - 一种多通道接收机的幅相校正方法及系统 - Google Patents

一种多通道接收机的幅相校正方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多通道接收机的幅相校正方法及系统，涉及天线接收机校正技术领域，采集当前环境特征量并在接收机中频对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集得到通道信号；对通道信号进行预处理后与当前环境特征量同时输入校正模型对各通道信号进行幅相校正；输出幅相校正后的通道信号；通过对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集，并由校正模型考虑当前环境特征量进行校正，以减小各个通道之间的幅相差异，使得多通道接收机接收或发出更精准的通道信号；本方案还对多通道接收机的通道信号进行同步高速收集，由于多通道幅相校正的要求，在进行通道信号的采集时，各个通道之间应该尽量避免引入采样时间导致的幅相偏差。

Description

一种多通道接收机的幅相校正方法及系统
技术领域
本发明涉及天线接收机校正技术领域，具体涉及一种多通道接收机的幅相校正方法及系统。
背景技术
多通道接收机是卫星天线系统中信号的必经之路，这种多接收通道的结构，是天线系统产生的波束增加幅度和相位误差的潜在来源。这就在客观上对多通道接收机幅相一致性校正技术的发展提出了很高的要求；
多通道接收机各通道间存在幅相畸变问题，由于模拟器件的不稳定性和不一致性，各通道间的幅相差别不仅随频率发生改变，还经常随时间和环境做慢变化；后续信号直接使用多通道输出的信号不但使接收系统性能严重下降，还会加剧天线系统产生的波束增加幅度和相位误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：多通道接收机各通道间存在幅相畸变问题，由于模拟器件的不稳定性和不一致性，各通道间的幅相差别不仅随频率发生改变，还经常随时间和环境做慢变化；本发明目的在于提供一种多通道接收机的幅相校正方法及系统，对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集，并通过校正模型考虑当前环境特征量进行校正，以减小各个通道之间的幅相差异，使得多通道接收机接收或发出更精准的通道信号。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种多通道接收机的幅相校正方法，包括步骤：
步骤一：采集当前环境特征量，并在接收机中频对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集得到通道信号；所述当前环境特征量包括：通道特征参数、接收机所处环境的温度数据和湿度数据；
步骤二：对通道信号进行预处理；
步骤三：将预处理后的通道信号与当前环境特征量同时输入校正模型对各通道信号进行幅相校正；
步骤四：输出幅相校正后的通道信号。
本方案工作原理：对于多通道接收机，通道越多会致使接收机的幅度和相位误差越大，由于每个通道中主要包含放大器、混频器和滤波器等器件，这三个主要器件是构成接收机通道必不可少的部分，而它们都是由分立元件组成的，由于分立元件的性能指标离散性大，受温度等外界环境因素的影响大，因而造成了通道之间的幅相特性的不一致；本方案提供的多通道接收机的幅相校正方法，对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集，并通过校正模型考虑当前环境特征量进行校正，以减小各个通道之间的幅相差异，使得多通道接收机接收或发出更精准的通道信号。
另外本方案对多通道接收机的通道信号进行同步高速收集，由于多通道幅相校正的要求，在进行通道信号的采集时，各个通道之间应该尽量避免引入采样时间导致的幅相偏差。
进一步优化方案为，步骤一包括过程：
令多个高速ADC采集电路分别以速率n对各个通道输出的模拟信号进行同步等间隔采样，得到时间离散信号x(nTs)，其中Ts表示采样间隔；根据时间离散信号x(nTs)确定通道信号x(t),t表示时间。
进一步优化方案为，多个高速ADC同步进行等间隔采样的方法为：
配置一个全局时钟和多个采样时钟，且采样时钟和全局时钟相同；其中每个高速ADC采集电路配置一个采样时钟，全局时钟配置于接收调理ADC采样电路的采样数据；
首先对单个高速ADC采集电路的输出时钟和数据相位关系进行校准，校准完成后；再对不同通道高速ADC采集电路之间的输出时钟和数据相位关系进行校准，校准信号要满足高速ADC采集电路输出的采样随路时钟的建立时间和保持时间，触发信号发出后，不同高速ADC采集电路之间的输出时钟和数据相位关系将得到同步。
在对多通道接收机的通道信号进行采样时，量化噪声分散到更宽的频带内，量化噪声功率谱密度的降低使得信号带宽内的信噪比提高，因此通过提高采样率，采样数据的有效位数可以提升。
进一步优化方案为，预处理包括步骤：
先对通道信号进行降速处理，并通过数字下变频器对降速处理后的信号同时完成抽取，滤波和频谱搬移。
高速采样同时使得采样后的数据流速率很高，甚至高于后续的信号处理速度，因此必须对采样数据做降速处理，高速采样后数据的比特数没有变化，需要经过抽取滤波器才能将潜在的比特数转换为实际的比特数。
进一步优化方案为，步骤三包括以下子步骤：
S31、计算各通道的增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000021
Figure BDA0003705184940000022
Figure BDA0003705184940000023
其中，A为通道复增益，
Figure BDA0003705184940000031
为通道相位，fs为通道信号频率，△fs为通道信号频率误差，Vp为通道增益控制电压，由高速ADC采集电路产生，△Vp为通道增益控制电压误差；p为通道信号输入功率；△p为通道信号输入功率误差；
S32、根据环境的温度数据W和湿度数据S对通道的增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000032
进行优化；
S33、根据优化后的增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000033
对各通道信号进行幅相校正。
进一步优化方案为，增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000034
的优化过程包括：
a.先根据当前环境的温度数据W和湿度数据S优化△fs、△Vp：
根据信号源获得△fs和△p的取值，再根据式下式计算优化后的△fs’、△Vp’
Figure BDA0003705184940000035
Figure BDA0003705184940000036
b.再对增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000037
根据下式进行数据误差优化：
Figure BDA0003705184940000038
Figure BDA0003705184940000039
式中，i为通道数。
本方案中所述分立元件主要为构成该所通道接收机所涉及的放大器、混频器和滤波器等器件，其正常工作温度阈值范围均已知。
本方案考虑当前环境特征量对多通道接收机中分立元件性能指标离散性造成的误差进行填补，从根源上减小各个通道之间的幅相差异，使得多通道接收机接收或发出更精准的通道信号。
进一步优化方案为，幅相校正过程为：将增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA00037051849400000310
加和至对应的预处理后的通道信号中。
本方案提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述多通道接收机的幅相校正方法所述的步骤。
本方案提供一种多通道接收机的幅相校正系统，应用于上述多通道接收机的幅相校正方法，包括：采集模块、预处理模块、幅相校正模块和输出模块；
采集模块用于采集当前环境特征量，并在接收机中频对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集得到通道信号；
预处理模块用于对通道信号进行预处理；
幅相校正模块用于将预处理后的通道信号与当前环境特征量同时输入校正模型对各通道信号进行幅相校正；所述当前环境特征量包括：接收机所处环境的温度数据和湿度数据；
输出模块用于输出幅相校正后的通道信号。
进一步优化方案为，采集模块包括高速ADC采集电路，预处理模块包括数字下变频器，所述幅相校正模块包括DSP；
所述高速ADC采集电路与DSP之间并列两片FIFO，构成双FIFO缓冲结构；
所述双FIFO缓冲结构以64bit的总线宽度连接到DSP的EMIFA接口；DSP配置有异步存储器，DSP的EMIFA接口通过异步存储器控制信号实现对FIFO的读访问；
由FIFO的HF信号触发外部中断开始一次读周期。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的一种多通道接收机的幅相校正方法及系统，对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集，并通过校正模型考虑当前环境特征量进行校正，以减小各个通道之间的幅相差异，使得多通道接收机接收或发出更精准的通道信号；本方案还对多通道接收机的通道信号进行同步高速收集，由于多通道幅相校正的要求，在进行通道信号的采集时，各个通道之间应该尽量避免引入采样时间导致的幅相偏差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，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，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被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他相关的附图。在附图中：
图1为的幅相校正方法流程示意图；
图2为FIFO与EMIF连接原理图；
图3为未进行幅相校正的MUSIC空间谱曲线图；
图4为未考虑当前环境特征量的MUSIC空间谱曲线图；
图5为对多通道接收机所有通道幅相校正后的MUSIC空间谱曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种多通道接收机的幅相校正方法，包括步骤：
步骤一：采集当前环境特征量，并在接收机中频对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集得到通道信号；所述当前环境特征量包括：通道特征参数、接收机所处环境的温度数据和湿度数据；
步骤二：对通道信号进行预处理；
步骤三：将预处理后的通道信号与当前环境特征量同时输入校正模型对各通道信号进行幅相校正；
步骤四：输出幅相校正后的通道信号。
步骤一包括过程：
令多个高速ADC采集电路分别以速率n对各个通道输出的模拟信号进行同步等间隔采样，得到时间离散信号x(nTs)，其中Ts表示采样间隔；根据时间离散信号x(nTs)确定通道信号x(t)，t表示时间。
多个高速ADC同步进行等间隔采样的方法为：
配置一个全局时钟和多个采样时钟，且采样时钟和全局时钟相同；其中每个高速ADC采集电路配置一个采样时钟，全局时钟配置于接收调理ADC采样电路的采样数据；
首先对单个高速ADC采集电路的输出时钟和数据相位关系进行校准，校准完成后；再对不同通道高速ADC采集电路之间的输出时钟和数据相位关系进行校准，校准信号要满足高速ADC采集电路输出的采样随路时钟的建立时间和保持时间，触发信号发出后，不同高速ADC采集电路之间的输出时钟和数据相位关系将得到同步。
预处理包括步骤：
先对通道信号进行降速处理，并通过数字下变频器对降速处理后的信号同时完成抽取，滤波和频谱搬移。
步骤三包括以下子步骤：
S31、计算各通道的增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000051
Figure BDA0003705184940000052
Figure BDA0003705184940000053
其中，A为通道复增益，
Figure BDA0003705184940000054
为通道相位，fs为通道信号频率，△fs为通道信号频率误差，Vp为通道增益控制电压，由高速ADC采集电路产生，△Vp为通道增益控制电压误差；p为通道信号输入功率；△p为通道信号输入功率误差；
S32、根据环境的温度数据W和湿度数据S对通道的增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000061
进行优化；
S33、根据优化后的增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000062
对各通道信号进行幅相校正。
增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000063
的优化过程包括：
a.先根据当前环境的温度数据W和湿度数据S优化△fs、△Vp：
根据信号源获得△fs和△p的取值，再根据式下式计算优化后的△fs’、△Vp’
Figure BDA0003705184940000064
Figure BDA0003705184940000065
b.再对增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000066
根据下式进行数据误差优化：
Figure BDA0003705184940000067
Figure BDA0003705184940000068
式中，i为通道数。
幅相校正过程为：将增益偏量△A和增益相位偏量
Figure BDA0003705184940000069
加和至对应的预处理后的通道信号中。
实施例2
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上一实施例所述的方法的步骤。
实施例3
本实施例提供一种多通道接收机的幅相校正系统，应用于实施1所述的方法，包括：采集模块、预处理模块、幅相校正模块和输出模块；
所述采集模块用于采集当前环境特征量，并在接收机中频对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集得到通道信号；
所述预处理模块用于对通道信号进行预处理；
所述幅相校正模块用于将预处理后的通道信号与当前环境特征量同时输入校正模型对各通道信号进行幅相校正；所述当前环境特征量包括：接收机所处环境的温度数据和湿度数据；
所述输出模块用于输出幅相校正后的通道信号。
采集模块包括高速ADC采集电路，预处理模块包括数字下变频器，所述幅相校正模块包括DSP；
所述高速ADC采集电路与DSP之间并列两片FIFO，构成双FIFO缓冲结构；
所述双FIFO缓冲结构以64bit的总线宽度连接到DSP的EMIFA接口；DSP配置有异步存储器，DSP的EMIFA接口通过异步存储器控制信号实现对FIFO的读访问；
由FIFO的HF信号触发外部中断开始一次读周期。FIFO与DSP的连接方式如图2所示。
实施例4
为了验证以上方法的有效性，本实施例在某天线系统中的多通道接收机进行幅相校正实验，实验中通过模拟软件估计出多通道接收机未校正前的空间谱曲线图如图3所示，可见结果完全错误，若忽略当前环境特征量直接进行通道信号粗略校正，空间谱曲线图如图4所示，图中勉强可见两信号源对应的谱峰，但误差还是较大，若进一步考虑当前环境特征量对通道进行完全校正，空间谱曲线图如图5所示，图中两信号源对应的谱峰清晰可见，而且误差较小。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多通道接收机的幅相校正方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一：采集当前环境特征量，并在接收机中频对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集得到通道信号；所述当前环境特征量包括：通道特征参数、接收机所处环境的温度数据和湿度数据；
步骤二：对通道信号进行预处理；
预处理包括步骤：
先对通道信号进行降速处理，并通过数字下变频器对降速处理后的信号同时完成抽取，滤波和频谱搬移；
步骤三：将预处理后的通道信号与当前环境特征量同时输入校正模型对各通道信号进行幅相校正；
步骤四：输出幅相校正后的通道信号。
2.根据权利要求1所述的一种多通道接收机的幅相校正方法，其特征在于，步骤一包括过程：
令多个高速ADC采集电路分别以速率n对各个通道输出的模拟信号进行同步等间隔采样，得到时间离散信号x(nTs)，其中Ts表示采样间隔；根据时间离散信号x(nTs)确定通道信号x(t)，t表示时间。
3.根据权利要求2所述的一种多通道接收机的幅相校正方法，其特征在于，多个高速ADC同步进行等间隔采样的方法为：
配置一个全局时钟和多个采样时钟，且采样时钟和全局时钟相同；其中每个高速ADC采集电路配置一个采样时钟，全局时钟配置于接收调理ADC采样电路的采样数据；
首先对单个高速ADC采集电路的输出时钟和数据相位关系进行校准，校准完成后；再对不同通道高速ADC采集电路之间的输出时钟和数据相位关系进行校准，校准信号要满足高速ADC采集电路输出的采样随路时钟的建立时间和保持时间，触发信号发出后，不同高速ADC采集电路之间的输出时钟和数据相位关系将得到同步。
4.根据权利要求1所述的一种多通道接收机的幅相校正方法，其特征在于，步骤三包括以下子步骤：
S31、计算各通道的增益偏量△A和增益相位偏量
其中，A为通道复增益，为通道相位，fs为通道信号频率，△fs为通道信号频率误差，Vp为通道增益控制电压，由高速ADC采集电路产生，△Vp为通道增益控制电压误差；p为通道信号输入功率；△p为通道信号输入功率误差；
S32、根据环境的温度数据W和湿度数据S对通道的增益偏量△A和增益相位偏量进行优化；
S33、根据优化后的增益偏量△A和增益相位偏量对各通道信号进行幅相校正。
5.根据权利要求4所述的一种多通道接收机的幅相校正方法，其特征在于，增益偏量△A和增益相位偏量的优化过程包括：
a.先根据当前环境的温度数据W和湿度数据S优化△fs、△Vp：
根据信号源获得△fs和△p的取值，再根据式下式计算优化后的△fs’、△Vp’
b.再对增益偏量△A和增益相位偏量根据下式进行数据误差优化：
式中，i为通道数。
6.根据权利要求4所述的一种多通道接收机的幅相校正方法，其特征在于，幅相校正过程为：将增益偏量△A和增益相位偏量加和至对应的预处理后的通道信号中。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
8.一种多通道接收机的幅相校正系统，其特征在于，应用于权利要求1-6任意一项所述的方法，包括：采集模块、预处理模块、幅相校正模块和输出模块；
所述采集模块用于采集当前环境特征量，并在接收机中频对各个通道输出的模拟信号同时进行高速采集得到通道信号；
所述预处理模块用于对通道信号进行预处理；
所述幅相校正模块用于将预处理后的通道信号与当前环境特征量同时输入校正模型对各通道信号进行幅相校正；所述当前环境特征量包括：接收机所处环境的温度数据和湿度数据；
所述输出模块用于输出幅相校正后的通道信号。
9.根据权利要求8所述的一种多通道接收机的幅相校正系统，其特征在于，所述采集模块包括高速ADC采集电路，预处理模块包括数字下变频器，所述幅相校正模块包括DSP；
所述高速ADC采集电路与DSP之间并列两片FIFO，构成双FIFO缓冲结构；
所述双FIFO缓冲结构以64bit的总线宽度连接到DSP的EMIFA接口；DSP配置有异步存储器，DSP的EMIFA接口通过异步存储器控制信号实现对FIFO的读访问；
由FIFO的HF信号触发外部中断开始一次读周期。
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