CN116015331B - 一种复杂电磁环境弱信号接收方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂电磁环境弱信号接收方法，包括以下步骤：S1：接收并监测信号；S2：采用多级链路控制，通过AGC控制环路自动根据信号强弱切换不同的增益模式；S3：输出监测到的信号；所述AGC控制环路包括模式选择模块、射频增益控制模块、中频增益控制模块、数字处理模块。本发明可在复杂电磁环境中，在诸多如中频、镜像干扰、双音交调等外部干扰以及虚假信号等内部干扰的条件下接收并监测弱信号，并在系统主控机中查看该信号的具体信息。

Description

一种复杂电磁环境弱信号接收方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信及接收机设计领域，尤其涉及一种复杂电磁环境弱信号接收方法、装置及系统。

背景技术

现有的接收机设备对信号的接收监测多采用“一刀切”策略，导致复杂电磁环境中，因有用信号较为微弱，或因干扰信号过多而将有用信号覆盖，导致无法正确接收监测有用信号，而无法满足用户使用需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种复杂电磁环境弱信号接收方法、装置及系统，可接收监测复杂电磁环境弱信号，并且具有较高的灵敏度。

第一方面，本发明提供一种复杂电磁环境弱信号接收方法，包括以下步骤：

S1：接收并监测信号；

S2：采用多级链路控制，通过AGC控制环路自动根据信号强弱切换不同的增益模式；

S3：输出监测到的信号；

所述AGC控制环路包括模式选择模块、射频增益控制模块、中频增益控制模块、数字处理模块。

进一步，所述增益模式包括低失真模式、常规模式、低噪声模式、高增益模式和超高增益模式。

进一步，所述常规模式，通过模式选择模块第三路，不通过任何衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块以及中频增益控制模块提供。

进一步，所述低噪声模式，通过模式选择模块第二路的放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第二路放大器提供。

进一步，所述低失真模式，通过模式选择模块的第三路，不通过放大器，通过后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块后端的低失真衰减器提供。

进一步，所述高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块第一路的衰减器以及放大器提供。

进一步，所述超高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器提供。

进一步，在模式选择之前还包括对输入信号限幅。

第二方面，本发明提供一种复杂电磁环境弱信号接收装置，包括：依次连接的模式选择模块、亚倍频滤波模块、射频增益控制模块、1、2变频模块、中频增益控制模块、中频带宽选择模块、模数转换模块以及数字处理模块，所述各模块采用多级链路控制，通过AGC控制环路自动根据信号强弱切换不同的增益模式。

进一步，所述增益模式包括低失真模式、常规模式、低噪声模式、高增益模式和超高增益模式。

进一步，所述常规模式，通过模式选择模块第三路，不通过任何衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块以及中频增益控制模块提供。

进一步，所述低噪声模式，通过模式选择模块第二路的放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第二路放大器提供。

进一步，所述低失真模式，通过模式选择模块的第三路，不通过放大器，通过后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块后端的低失真衰减器提供。

进一步，所述高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块第一路的衰减器以及放大器提供。

进一步，所述超高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器提供。

进一步，在模式选择模块前端还包括限幅器对输入信号限幅。

第三方面，本发明提供一种复杂电磁环境弱信号接收系统，包括：

如第二方面所述的复杂电磁环境弱信号接收装置、一套用于信号可视化的主控机，主控机与弱信号接收装置连接；

所述主控机运行电磁信号监测系统软件，所述电磁信号监测系统软件用于控制接收机设备增益模式，

并对接收的信号以及增益等进行可视化处理显示；

所述控制接收机设备增益模式指根据不同的电磁环境，直接在主控机软件中控制接收机设备切换不同的增益模式；

所述可视化处理显示指对接收机设备接收监测到的信号展示为用户可见的频谱波形。

本发明的有益效果：

本发明提出一种复杂电磁环境弱信号接收方法、装置及系统，可在复杂电磁环境中，在诸多如中频、镜像干扰、双音交调等外部干扰以及虚假信号等内部干扰的条件下接收并监测弱信号，并在系统主控机中查看该信号的具体信息。

附图说明

图1是一种复杂电磁环境弱信号接收装置链路及增益分配原理图。

图2是一种复杂电磁环境弱信号接收装置增益模式设置原理图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供提供一种复杂电磁环境弱信号接收方法，包括以下步骤：

S1：接收并监测信号；

S2：采用多级链路控制，通过AGC控制环路自动根据信号强弱切换不同的增益模式；

S3：输出监测到的信号；

所述AGC控制环路包括模式选择模块、射频增益控制模块、中频增益控制模块、数字处理模块。

本发明采用抗干扰技术，在复杂电磁环境中，在诸多如中频、镜像干扰、双音交调等外部干扰以及虚假信号等内部干扰的条件下接收并监测弱信号。使用大动态范围设计技术，增加了增益动态范围以及无杂散动态范围，既扩大了设备对空中信号的处理范围，又增强了设备抗大信号干扰的能力。采用多种增益模式设计，扩大设备增益动态范围的同时，进一步增加了整机信号监测的动态范围。基于大动态范围设计技术、多种增益模式设计、抗干扰设计、精心设计选件以及多级控制链路的设计使整机拥有在复杂电磁环境下对弱信号的高灵敏度接收监测能力。

所述大动态范围设计技术包括增益动态范围和无杂散动态范围。所述增益动态范围表征了接收机设备处理信号幅度范围的大小。接收机的增益动态范围越大，处理信号的范围就越大。所述无杂散动态范围表征了接收机设备在大信号干扰条件下，接收小信号的能力。接收机的无杂散动态范围越大，表明接收机抗大信号干扰的能力越强。

所述用户指定的增益动态范围的计算公式如下所示：DR＝P_-1-MDS，故增益动态范围的上限DR由设备的输入P_-1决定，下限由最小可检测信号MDS决定。

所述用户指定的无杂散动态范围的计算公式如下所示：故无杂散动态范围的上限DR由n阶截断点决定，在实际使用过程中，IIP3决定了动态范围的上限DR。无杂散动态范围的下限由最小可检测信号MDS决定，MDS主要取决于系统的噪声系数NF。

如图1所示，因大动态范围设计技术面临的挑战主要包括：

(1)大增益带来的链路饱和、增益压缩等问题，

(2)噪声系数与IIP3的最优化设计。

为解决大增益问题，以及为了获得最佳的无杂散动态范围，链路设计上，通过精心选择元器件，合理分配增益。

链路主要增益分配在中频增益控制模块上，其他增益分配在模式选择模块上以及射频增益模块上。

模式选择设置了几个常用的增益配置方式，方便户根据外界信号输入情况快速调整设备增益，多级的链路控制方便用户根据信号情况实时调整链路增益。

设备自带的AGC模式可以自动根据信号强弱调整增益模式。

通过以上措施，有效避免了增益分配带来的麻烦。

所述增益模式包括低失真模式、常规模式、低噪声模式、高增益模式和超高增益模式。

所述常规模式拥有最佳的增益配置，其兼顾了最小可监测信号以及最大抗干扰信号的能力，拥有最佳的动态范围，适用于在未知复杂电磁环境中全频段扫描搜索，发现各种空中信号。

所述低失真模式拥有最大的动态范围上限，用于在强干扰环境中发现未知信号。

所述低噪声模式具有极低的噪声系数，以及较高的增益配置，用于发现微弱的小信号。

所述高增益模式以及超高增益模式是对其他三种模式的补充，拥有相对较高的增益配置，更易发现复杂电磁环境中的微弱信号。

如图2所示，所述常规模式，通过模式选择模块第三路，不通过任何衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块以及中频增益控制模块提供。

所述低噪声模式，通过模式选择模块第二路的放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第二路放大器提供。

所述低失真模式，通过模式选择模块的第三路，不通过放大器，通过后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块后端的低失真衰减器提供。

所述高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块第一路的衰减器以及放大器提供。

所述超高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器提供。

在模式选择之前还包括对输入信号限幅。链路图中模式选择模块前端的限幅器用于保护设备不被大功率信号损坏。

实施例2

本发明提供一种复杂电磁环境弱信号接收装置，包括：依次连接的模式选择模块、亚倍频滤波模块、射频增益控制模块、1、2变频模块、中频增益控制模块、中频带宽选择模块、模数转换模块以及数字处理模块，所述各模块采用多级链路控制，通过AGC控制环路自动根据信号强弱切换不同的增益模式。

所述增益模式包括低失真模式、常规模式、低噪声模式、高增益模式和超高增益模式。

所述常规模式，通过模式选择模块第三路，不通过任何衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块以及中频增益控制模块提供。

所述低噪声模式，通过模式选择模块第二路的放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第二路放大器提供。

所述低失真模式，通过模式选择模块的第三路，不通过放大器，通过后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块后端的低失真衰减器提供。

所述高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块第一路的衰减器以及放大器提供。

所述超高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器提供。

在模式选择模块前端还包括限幅器对输入信号限幅。

如图1，图2组成的信号接收装置。由于接收机工作于复杂的电磁环境中，空中除了需要接收的信号，还有其他各个频段的干扰电磁波信号。对于超宽带接收机设备，在整个接收频段内将不可避免的出现伪响应。

在实际应用中，中频、镜像干扰以及双音交调为主要的外部干扰，虚假信号为主要的内部干扰，抗干扰主要围绕这几个方面进行处理，使用精心设计选择的滤波器来避免非工作频段的干扰。通过合理的频率规划，以及合理的滤波器等元器件的选择，采用超外差架构通过将宽带的某些频段的射频信号先变频到一个固定的中频，降低了前端设计难度，同时提高了对镜像、中频等干扰信号的处理能力。

接收机设备选择第一中频为高中频，使得中频、镜频信号远远落在接收射频信号频带外，使用低通滤波器就可以有效滤除干扰。对某些频段采用跟踪调谐滤波器实现全频段信号的接收处理；对某些频段采用固定调谐的滤波器实现全频段信号的接收处理。多个频率段采用高速开关实现频率段的快速切换，从而实现指定全频段信号的接收处理，滤波器的选择采用可编程滤波器，可旁路，实现对各种带宽信号进行滤波。

实施例3

本发明提供一种复杂电磁环境弱信号接收系统，包括：如实施例2所述的复杂电磁环境弱信号接收装置、一套用于信号可视化的主控机，主控机与弱信号接收装置连接；

所述主控机运行电磁信号监测系统软件，所述电磁信号监测系统软件用于控制接收机设备增益模式，

并对接收的信号以及增益等进行可视化处理显示；

所述控制接收机设备增益模式指根据不同的电磁环境，直接在主控机软件中控制接收机设备切换不同的增益模式；

所述可视化处理显示指对接收机设备接收监测到的信号进行傅里叶变换等一系列处理后展示为用户可见的频谱波形，频谱波形中可反映出电磁环境、信号幅度、增益大小等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种复杂电磁环境弱信号接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：接收并监测信号；

S2：采用多级链路控制，通过AGC控制环路自动根据信号强弱切换不同的增益模式；

S3：输出监测到的信号；

所述AGC控制环路包括模式选择模块、射频增益控制模块、中频增益控制模块、数字处理模块；

所述增益模式包括低失真模式、常规模式、低噪声模式、高增益模式和超高增益模式；

所述常规模式，通过模式选择模块第三路，不通过任何衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块以及中频增益控制模块提供；

所述低噪声模式，通过模式选择模块第二路的放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第二路放大器提供；

所述低失真模式，通过模式选择模块的第三路，不通过放大器，通过后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块后端的低失真衰减器提供；

所述高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器以及放大器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块第一路的衰减器以及放大器提供；

所述超高增益模式增益通过模式选择模块第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器；增益由射频增益控制模块、中频增益控制模块、模式选择模块的第一路的衰减器、放大器以及后端的低失真衰减器提供。

2.根据权利要求1所述的一种复杂电磁环境弱信号接收方法，其特征在于，在模式选择之前还包括对输入信号限幅。

3.一种复杂电磁环境弱信号接收装置，应用于权利要求1-2任意一项所述的复杂电磁环境弱信号接收方法，其特征在于，包括：依次连接的模式选择模块、亚倍频滤波模块、射频增益控制模块、1、2变频模块、中频增益控制模块、中频带宽选择模块、模数转换模块以及数字处理模块，所述各模块采用多级链路控制，通过AGC控制环路自动根据信号强弱切换不同的增益模式。

4.一种复杂电磁环境弱信号接收系统，其特征在于，包括：如权利要求3所述的信号接收装置、一套用于信号可视化的主控机，主控机与弱信号接收装置连接；

所述主控机运行电磁信号监测系统软件，所述电磁信号监测系统软件用于控制接收机设备增益模式，

并对接收的信号以及增益等进行可视化处理显示；

所述控制接收机设备增益模式指根据不同的电磁环境，直接在主控机软件中控制接收机设备切换不同的增益模式；

所述可视化处理显示指对接收机设备接收监测到的信号展示为用户可见的频谱波形。