CN115913264A - 一种双通道单脉冲卫星接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双通道单脉冲卫星接收机，所述接收机内设有处理模块，所述处理模块链路采取双通道结构，包括采样模块、归一化模块、下变频模块，校正模块、互调模块以及信号确认模块，两路采样模块分别连接归一化模块，两路归一化模块分别连接下变频模块，两路下变频校正模块，校正模块连接互调模块以及信号确认模块。本发明的接收机通过对和、差路信号的处理得到来波信号的俯仰角和方位角信息，从而进行跟踪接收，既能对定频信号，又能对带宽为60M内的跳频信号进行跟踪接收。
Description
技术领域
本发明属于数字信号处理和宽带无线通信技术领域，尤其是涉及一种双通道单脉冲卫星接收机。
背景技术
卫星通信作为一种重要的通信手段在军用、民用通信中有着无可替代的地位。在各类卫星通信地球站中，军事通讯、机载通信、船载通信、卫星电视转播车、地质勘探、野外科学考察、探险等都需使卫星天线经常移动，希望在移动的同时始终使天线对准卫星，达到最佳通信效果，这就需要使用天线自跟踪系统。在卫星测控系统中，常采用双通道单脉冲跟踪体制来实现对目标的跟踪。由于在该体制中，地面接收机的和、差通道的相位特性直接影响了系统的跟踪性能，对相位特性要求精准，和、差通道实施相位校准，才能实现天线对目标的正常跟踪。传统的双通道接收机往往针对窄带、定频信号适用，适用性不强。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双通道单脉冲卫星接收机，既能对定频信号，又能对带宽为60M内的跳频信号进行跟踪接收。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种双通道单脉冲卫星接收机，所述接收机内设有处理模块，所述处理模块链路采取双通道结构，包括采样模块、归一化模块、下变频模块，校正模块、互调模块以及信号确认模块，两路采样模块分别连接归一化模块，两路归一化模块分别连接下变频模块，两路下变频校正模块，校正模块连接互调模块以及信号确认模块。
进一步的，所述采样模块根据带通采样定理，对于频带在fL～fH，带宽为B的信号，为不发生频谱混叠，带通采样频率取
其中m为满足
的整数。
进一步的，所述采样模块选用TI公司的ADS42JB69芯片，采样数据为16位输出。
进一步的，所述下变频模块用于将中频信号进行混频和滤波，将中频信号搬移到基带处。
进一步的，所述校正模块用于接收信号前，将完全相同的信号作为校正源接入两通道，进行通道校正，使得两路由于通道不一致性造成的差信号相位与和信号完全相同。
进一步的，所述互调模块采用交叉相乘的结构进行互相关运算得到方位误差和俯仰误差。
进一步的，所述信号确认模块用于将互调模块处理后得到的数据反馈至天线，驱动伺服进行对信号的跟踪。
相对于现有技术，本发明所述的一种双通道单脉冲卫星接收机具有以下优势：
本发明的接收机通过对和、差路信号的处理得到来波信号的俯仰角和方位角信息，从而进行跟踪接收，既能对定频信号，又能对带宽为60M内的跳频信号进行跟踪接收；
本发明的校正模块在求校正因子时能够复用互调模块的链路，减少了链路的资源占用；
本发明的互调模块采用交叉相乘的结构进行互相关运算，既能简化处理难度，用低复杂度的计算得到方位误差和俯仰误差，又能够适用于带宽较宽的信号，经实验证明能对60M带宽的信号进行处理。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的原理示意图；
图2为采样前信号频谱示意图；
图3为采样后信号频谱示意图；
图4为下变频模块原理示意图；
图5为滤波器设置示意图；
图6为校正模块的实现原理图；
图7为互调模块的实现原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提出了一种基于双通道单脉冲接收机，接收机内设有处理模块，处理模块通过对和、差路信号的处理得到来波信号的俯仰角和方位角信息，从而进行跟踪接收。本发明能对定频信号，又能对带宽为60M内的跳频信号进行跟踪接收。本发明的接收机的处理模块链路采取双通道结构，处理模块包括采样模块，归一化模块，下变频模块，校正模块，互调模块和信号确认模块。各模块之间关系如图1示.，基于双通道单脉冲接受原理，通过对和、差路信号的处理对信号的来波方向进行判断和跟踪。
具体的，采样模块的实现过程如下：
根据带通采样定理，对于频带在fL～fH，带宽为B的信号，为不发生频谱混叠，带通采样频率取
其中m为满足
的整数。
预设来自中频接收机的信号带宽为110MHz～170MHz，则根据带通采样定理，采样率的取值范围为(170Mhz～220Mhz)。为方便后续实现，设置采样率为200Mhz。
采样前中心频点在140Mhz处，采样后中心频点搬移至在-60MHZ和60Mhz(镜像)处，并以200Mhz为周期延拓。
采样前信号频谱如图2所示，
采样后，频谱如图3所示。
为保证精度，采样数据为16位输出。
本发明的中频接收机范围为110MHz～170MHz，采样率取200Mhz。为保证精度，采样数据为16位输出。采样模块型号选用TI公司的ADS42JB69芯片。该芯片支持最高采样率为250MSPS，带宽16位的双通道模数转换器(ADC)。ADS42JB69提供很好的的无杂散动态范围(SFDR)，能到95dB。信噪比能到75.9dB。
具体的，下变频模块的实现过程如下：
将中频信号进行混频和滤波，将中频信号搬移到基带处。采样后中频信号的中心频点为60Mhz，即ω0＝60Mhz，带宽为60Mhz。采样率为200Mhz。将中频信号分别与载波cos(ω0t)、sin(ω0t)相乘进行I、Q两路的变频。下变频模块的处理框图如图4所示。
(1)混频
将采样后的和信号、差信号分别与载波信号进行混频，系统时钟为200Mhz，载波位宽为16位。信号混频后，频点在[-30Mhz～30Mhz]、[90Mhz～150Mhz]处。混频后输出为32位。
(2)二次采样
基带处，信号带宽为60M，fmax＝30Mhz。根据低通采样定理，数据采样率满足fm≥60Mhz即可。原数据采样率为200Mhz，通过整数倍抽取滤波器实现下变频，下变频后的采样率可调整为100Mhz。二次采样通过2倍抽取实现采样率变换。
采用fir滤波器进行抽取，时钟为200Mhz，信号的通带截止频点为30Mhz，阻带截止频点设置为50Mhz，带内平坦度0.1dB，带外抑制90dB，此时滤波器阶数36阶。滤波器设置如图5所示。
所得信号即为下变频之后的基带信号。和路Q信号、差路I信号、差路Q信号的处理方式与和路I信号相同。
具体的，校正模块实现过程如下：
由于接收机是双通道接收，并且对信号实现跟踪需要通道不会带来相差。若通道间存在不一致性会影响单脉冲跟踪的工作，故需对通道进行校正。
和信号为
差信号为
其中A和路信号强度，ω0为载波信号的角频率，
为载波初相位，μ为天线差斜率可视为常数，θa和θe分别为方位误差角和俯仰误差角，
φ＝arctan(θe/θa)。而γ通道间不一致性造成的误差，可以通过校正模块消除，校相后应保证γ＝0。
若不存在通道的不一致性造成的相位误差即γ＝0时，和、差信号之间也存在相位差φ，故接收和差信号模式下进行校相并不方便。故在接收信号前，将完全相同的信号作为校正源接入两通道，进行通道校正。
接收到的两路信号为s1(t)和s2(t)，采样率为200Mhz。
接收机接收到的信号频带宽度为60Mhz，中心频点为60Mhz，带宽区域内可用单频点信号进行校正，将双通道接入同频、同相的校正源进行校正。两路接入的信号均为s(t)＝cos(ω0t)。由于通道可能存在相位误差，设采样后的中频信号分别为：
两路由于通道不一致性造成的相位差为
下变频模块的I路载波为
Q路载波为
ωc取采样后中频信号的中心频率60Mhz，
为载波的初相位。
下变频模块之处理之后，
时域校相，可以看出，
而
而
即为要求解的相位差，两交叉相乘的结果乘4后分别作为实部和虚部，可得的校正因子：
将和路的I、Q路合成复数形式进行分析，则和路信号为
同理，差信号为
若以和路为基准，对差路进行相位校正，则需将差路信号乘以校正因子
即可对差路信号进行校正。校正后的差信号为
校正后的差信号相位与和信号完全相同。
由于校正因子的求取与互调模块算法类似，因此计算校相因子时，可以复用互调模块。处理链路图见图7得到的校正因子包括实部和虚部，由于未进行归一化处理，因此会引入一个增益。
得到校正因子后，以和路为基准，对差路进行相位校正，将校正因子用复数乘法器乘到差路上即可实现相位校正。由于差路乘以校正因子时会引入增益和时延，因此对和路信号也进行同样的复数乘法操作，将校正因子的模作为实部、虚部取零，乘到和路，以保证差路与和路之间的时延和增益。
校正模块的实现框图6示。
具体的，互调模块的实现过程如下
根据理论公式推导，下变频模块处理之后的和信号I路、和信号Q路、差信号I路、差信号Q路的表达式分别为：
若将其交叉相乘，令
I＝∑IΔI+∑QΔQ
Q＝∑QΔI-ΣIΔQ
则可得到，I路输出为方位误差Ua、Q路输出即为俯仰误差Ue。
根据原理公式推导，互调模块的实现框架图如图7所示。
在实际工作过程中，在接收机设备接收到信号、射频前端处理为中频信号后，经双通道AD采样进入FPGA进行数字端处理。处理过程即为本方案的介绍。处理后将方位误差Ua、俯仰误差Ue数据反馈至天线，驱动伺服进行对信号的跟踪。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (7)
1.一种双通道单脉冲卫星接收机，其特征在于：所述接收机内设有处理模块，所述处理模块链路采取双通道结构，包括采样模块、归一化模块、下变频模块，校正模块、互调模块以及信号确认模块，两路采样模块分别连接归一化模块，两路归一化模块分别连接下变频模块，两路下变频校正模块，校正模块连接互调模块以及信号确认模块。
2.根据权利要求1所述的一种双通道单脉冲卫星接收机，其特征在于：所述采样模块根据带通采样定理，对于频带在fL～fH，带宽为B的信号，为不发生频谱混叠，带通采样频率取
其中m为满足
的整数。
3.根据权利要求1所述的一种双通道单脉冲卫星接收机，其特征在于：所述采样模块选用TI公司的ADS42JB69芯片，采样数据为16位输出。
4.根据权利要求1所述的一种双通道单脉冲卫星接收机，其特征在于：所述下变频模块用于将中频信号进行混频和滤波，将中频信号搬移到基带处。
5.根据权利要求1所述的一种双通道单脉冲卫星接收机，其特征在于：所述校正模块用于接收信号前，将完全相同的信号作为校正源接入两通道，进行通道校正，使得两路由于通道不一致性造成的差信号相位与和信号完全相同。
6.根据权利要求1所述的一种双通道单脉冲卫星接收机，其特征在于：所述互调模块采用交叉相乘的结构进行互相关运算得到方位误差和俯仰误差。
7.根据权利要求1所述的一种双通道单脉冲卫星接收机，其特征在于：所述信号确认模块用于将互调模块处理后得到的数据反馈至天线，驱动伺服进行对信号的跟踪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211480348.6A CN115913264A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种双通道单脉冲卫星接收机 |
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| CN (1) | CN115913264A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117713957A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 天津航天中为数据系统科技有限公司 | 一种单脉冲无人机跟踪与自适应校相的方法 |
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2022
- 2022-11-24 CN CN202211480348.6A patent/CN115913264A/zh active Pending
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