CN115361031B - 一种基于底噪声的数字接收机通道饱和状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于底噪声的数字接收机通道饱和状态检测方法，纳入接收机底噪声和ADC自身直流偏置的影响，通过采集通道底噪声获得相应参数进而计算对应饱和阈值，将饱和阈值导入数字信号处理器，当被采集数字中频信号达到或超过阈值且连续两次满足该条件时，判别为饱和状态，否则为不饱和，该方法充分考虑构建接收通道的电路器件造成的误差，计算量小，反应速度灵敏，易于在数字信号处理器中编程实现。

Description

一种基于底噪声的数字接收机通道饱和状态检测方法

技术领域

本发明涉及数字接收机技术领域，尤其是涉及一种数字接收机接收通道饱和状态的检测方法。

背景技术

随着数字器件和数字信号处理的发展，数字器件上实现信号处理从能力、成本、效率等方面均得到持续且显著的进步，原有在模拟域运算被搬移到了数字域。得益于此，数字化接收机在雷达、通讯、电子战等专业领域成为发展趋势并得到了广泛的应用。在数字接收机的应用中，为了准确检测，要求待测信号幅度处于接收机的动态范围内，不可达到或超过其饱和输入点。某些情况下待测信号幅度无法精确估计：例如主动雷达探测时，距离近大目标回波常导致接收通道饱和，使其他回波无法正常检测。所以需要及时检测饱和状态并对接收通道增益进行控制，避免其进入，或尽快使其脱离饱和状态，以免影响其他小信号的检测(例如专利CN108900171A，CN107809258A等)。

现有技术中绝大多数方法是对数字接收机饱和状态判定和检测是通过数字接收机内部模数转换电路的固有特性来确定(例如专利：CN1509525A，CN101839894A，CN107809258A，CN108900171A等)，专利CN110336547A，CN101248587A，CN1483245A中提及饱和检测的判别方法基本是超过预定阈值或设定电平，没有对阈值或电平的进一步描述。专利CN102096078A中有“所述累加器具有溢出保护功能，如果积分的过程中，积分结果超出字长限制，积分器饱和”的描述。上述判别方法无法应用于数字接收通道的饱和状态判定。

众所周知，数字接收机的末端ADC器件的转换结果不可避免的存在直流偏置(偏移误差Offset Error)和接收机通带截获的电路热噪声被称为底噪声(Noise floor)等，导致输入信号在到达其最大转换幅度(饱和点)时其转换结果，不确定可以到达其正负最大幅值，而现有技术没有提供一个表述准确的结果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明纳入接收机底噪声和模数转换电路自身直流偏置对采集数据造成的影响，提供一种相对准确的数字接收机通道饱和状态检测方法，提出数字接收通道饱和阈值的确定方法，可实时进行饱和状态监测，反应迅速，以便及时采取处理措施，减少饱和状态的影响。

为达到上述目的，本发明通过以下方案来实现：

一种基于底噪声的数字接收机通道饱和状态检测方法，其中数字接收机接收通道包含放大、滤波、变频、模数转换、可编程数字信号处理器功能电路模块。放大电路完成提供增益的功能：除补偿级联的其他部件造成的损失外还将信号放大到后续处理需要的电平，滤波电路完成抑制带外干扰、无用信号和设置接收机模拟处理的带宽功能，变频电路完成射频至中频的频率转换功能，ADC完成将连续的中频模拟信号转换成离散的时间数字信号功能，可编程数字信号处理器完成数字中频信号采集、饱和状态检测、工作温度监测及本振频率功能；所述饱和状态检测是指饱和检测器根据当前工作温度和本振频率从饱和阈值表中读取对应阈值，将采集的数字中频信号与该饱和阈值相比较，当满足条件时判别为饱和状态否则为不饱和状态。

优选的，所述饱和阈值表通过以下步骤获得：

1)数字接收机信号输入端口根据接收通道电路特性选择对应电阻阻值进行接地匹配，将数字接收机放入环境试验箱，设定并记录当前环境温度；

2)数字接收机加电，设定本振频率并提供本振，数字接收机工作；

3)接收电路工作稳定后，采集接收机通道模数转换后的数字中频信号，计算得到其内部底噪声信号单峰值N_max(也就是底噪声信号峰峰值的一半)，直流偏置误差DC_err；

4)计算当前接收频率饱和阈值为：

Y＝V_p-p/2-N_max-|DC_err|

(V_p-p为ADC模拟信号输入范围)；

5)更换本振频率，转到步骤3)，直至完成整个接收工作频带的测量；

6)更换环境试验箱温度，转到步骤2)，直至完成整个工作温度的测试；

优选的，所述饱和检测器，当采集数字中频信号X_i达到或超过阈值且连续两次满足该条件时，即满足公式：

((|X_i|≥Y)and(|X_i+1|≥Y))＝＝1

X_i为当前时刻采样时钟采集的数字信号，X_i+1为当前时刻紧邻的下一时钟采集的数字信号时判别为进入饱和状态，否则为不饱和状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1综合考虑接收机底噪声、工作频带、温度及所选择的ADC器件对数字接收机动态范围的影响，给出了相对准确的饱和阈值确定方法。

2饱和状态的判定中采用连续两次采样值达到或超过阈值进行判定可避免单次采集到信号极值时的误触发。

3可及时对进入和离开饱和状态进行监测，反应迅速，延迟不超过2个采样时钟输出检测结果，为立即采取处理措施提供了可能，减少了饱和状态的负面影响的时间。

4计算量小，方便在数字信号处理器中编程实现。

附图说明

图1实施例数字接收机接收通道组成框图；

图2饱和阈值获取方法实施步骤流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释说明。

实施例：本例中数字接收机组成如图1所示：其接收通道包含放大、滤波、变频、模数转换、可编程数字信号处理器功能电路模块，ADC选用ADI公司12bit位宽的AD9230，可编程数字信号处理器选用XILINX公司FPGA V5SX95T；将数字接收机放入环境试验箱中按照工作环境温度每5℃做一测试，按照饱和阈值表获取的操作步骤遍历工作频点，获得对应的噪声最大幅值，据此计算对应的饱和阈值，将阈值表导入FPGA中，所述饱和状态检测是指饱和检测器根据当前工作温度和本振频率从饱和阈值表中读取对应阈值，将采集的数字中频信号与该饱和阈值相比较，当满足条件时判别为饱和状态否则为不饱和状态；

优选的饱和阈值表通过以下步骤获得：

1)数字接收机信号输入端口根据接收通道电路特性选择对应电阻阻值进行接地匹配，将数字接收机放入环境试验箱，设定为最低工作温度并记录；

2)数字接收机加电，设定本振频率并提供本振，数字接收机工作；

3)接收电路工作稳定后，采集接收机通道模数转换后的数字中频信号，计算得到其内部底噪声信号单峰值N_max(也就是底噪声信号峰峰值的一半)，直流偏置误差DC_err；

4)计算当前接收频率饱和阈值为：

Y＝V_p-p/2-N_max-|DC_err|

(V_p-p为ADC模拟信号输入范围)；

5)更换本振频率，转到步骤3)，直至完成整个接收工作频带的测量；

6)更换环境试验箱温度，转到步骤2)，直至完成整个工作温度的测试；

所述饱和检测器，当采集数字中频信号X_i达到或超过阈值且连续两次满足该条件时，即满足公式：

((|X_i|≥Y)and(|X_i+1|≥Y))＝＝1

X_i为当前时刻采样时钟采集的数字信号，X_i+1为当前时刻紧邻的下一时钟采集的数字信号时判别为进入饱和状态，否则为不饱和状态。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于底噪声的数字接收机通道饱和状态检测方法，其特征在于：所述数字接收机接收通道包含放大、滤波、变频、ADC、可编程数字信号处理器功能电路模块；其中放大电路完成提供增益的功能：除补偿级联的其他部件造成的损失外还将信号放大到后续处理需要的电平，滤波电路完成抑制带外干扰、无用信号和设置接收机模拟处理的带宽功能，变频电路完成射频至中频的频率转换，模数转换电路将连续的中频模拟信号转换成离散的时间数字信号，可编程数字信号处理器完成数字中频信号采集、饱和状态检测、工作温度监测及本振频率获取功能；所述饱和状态检测是指饱和检测器根据当前工作温度和本振频率从饱和阈值表中读取对应阈值，将采集的数字中频信号与该饱和阈值相比较，当满足条件时判别为饱和状态否则为不饱和状态；所述饱和阈值表通过以下步骤获得：

1)数字接收机信号输入端口根据接收通道电路特性选择对应电阻阻值进行接地匹配，将数字接收机放入环境试验箱，设定并记录当前环境温度；

2)数字接收机加电，设定本振频率并提供本振，数字接收机工作；

3)接收电路工作稳定后，采集接收机通道模数转换后的数字中频信号，计算得到其接收底噪声信号单峰值N_max，直流偏置误差DC_err；

4)计算当前接收频率饱和阈值为：

Y＝V_p-p/2-N_max-|DC_err|

其中V_p-p为ADC模拟信号输入范围；

5)更换本振频率，转到步骤3)，直至完成整个接收工作频带的测量；

6)更换环境试验箱温度，转到步骤2)，直至完成整个工作温度的测试。

2.根据权利要求1所述的一种基于底噪声的数字接收机通道饱和状态检测方法，其特征在于：所述饱和检测器，当采集数字中频信号X_i达到或超过阈值且连续两次满足该条件时，判别为饱和状态，否则为不饱和状态，即满足公式：

((|X_i|≥Y)and(|X_i+1|≥Y))＝＝1

X_i为当前时刻采样时钟采集的数字信号，X_i+1为当前时刻紧邻的下一时钟采集的数字信号。