RU2613843C1 - Method for converting analog signal to digital quadrature code and device for its implementation - Google Patents
Method for converting analog signal to digital quadrature code and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613843C1 RU2613843C1 RU2016104715A RU2016104715A RU2613843C1 RU 2613843 C1 RU2613843 C1 RU 2613843C1 RU 2016104715 A RU2016104715 A RU 2016104715A RU 2016104715 A RU2016104715 A RU 2016104715A RU 2613843 C1 RU2613843 C1 RU 2613843C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- input
- signal
- digital
- quadrature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/288—Coherent receivers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к радиолокации и может использоваться в качестве цифрового приемника для преобразования аналогового сигнала на промежуточной частоте (ПЧ) с понижением в цифровой квадратурный код.The group of inventions relates to radar and can be used as a digital receiver for converting an analog signal at an intermediate frequency (IF) with decreasing into a digital quadrature code.
Известны способ и устройство преобразования (Справочник по радиолокации. / Под ред. М.И. Сколника. Пер. с англ. под общей ред. B.C. Вербы. В 2 книгах. Книга 2. Москва: Техносфера, 2014. - 680 с., ISBN 978-5-94836-381-3 [способ, рис. 25.8 и устройство, рис. 25.9]). Способ заключается в аналоговом переносе сигнала на нулевую частоту с разложением его на квадратурные составляющие, низкочастотной фильтрации спектра квадратурных составляющих с последующим преобразованием их в цифровой код.A known method and device conversion (Handbook of radar. / Under the editorship of MI Skolnik. Transl. From English. Under the general editorship of BC Willow. In 2 books.
Устройство для реализации данного способа содержит два умножителя, гетеродин, генерирующий опорные сигналы, сдвинутые по фазе на π/2, два низкочастотных фильтра и два аналого-цифровых преобразователя (АЦП).A device for implementing this method contains two multipliers, a local oscillator that generates reference signals shifted in phase by π / 2, two low-pass filters and two analog-to-digital converters (ADCs).
Недостатками этого устройства являются несовпадение коэффициентов усиления в квадратурных каналах и отклонение между ними фазы от π/2 из-за аппаратных погрешностей и воздействующих внешних факторов.The disadvantages of this device are the mismatch of the amplification coefficients in the quadrature channels and the phase deviation between them from π / 2 due to hardware errors and external factors.
Известны также устройства "Когерентный приемник РЛС с цифровым устройством для амплитудной и фазовой корректировки квадратурных составляющих приемного сигнала", патент РФ №2273860, 10.04.2006, бюл. №10, и "Быстрая калибровка синфазно-квадратурного дисбаланса", патент РФ №2407199, 20.12.2010, бюл №35. Все они в полной мере не решают поставленных перед ними задач, т.к. выравнивание между каналами коэффициентов усиления и фазового смещения также осуществляется с аппаратной погрешностью. Кроме этого, при обработке широкополосных сигналов смещение фазы и коэффициент усиления в общем случае не постоянны в полосе сигнала, что также ограничивает возможности использования этих устройств. При этом возрастает объем аппаратуры, энергопотребление и снижается надежность.Also known device "Coherent radar receiver with a digital device for amplitude and phase correction of the quadrature components of the receiving signal", RF patent No. 2273860, 04/10/2006, bull. No. 10, and "Fast calibration of the in-phase-quadrature imbalance", RF patent No. 2407199, 12/20/2010, bull. No. 35. All of them do not fully solve the tasks assigned to them, because Alignment between channels of amplification factors and phase shift is also carried out with a hardware error. In addition, when processing broadband signals, the phase shift and gain are generally not constant in the signal band, which also limits the possibilities for using these devices. At the same time, the volume of equipment increases, power consumption and reliability decreases.
Известны также способ и устройство преобразования, выбранные в качестве прототипа (Справочник по радиолокации. / Под ред. М.И. Сколника. Пер. с англ. под общей ред. B.C. Вербы. В 2 книгах. Книга 2. Москва: Техносфера, 2014. - 680 с., ISBN 978-5-94836-381-3 [способ, рис. 25.10 и устройство, рис. 25.11]). Способ заключается в преобразовании сигнала на промежуточной частоте (ПЧ) F0 в цифровой код, переносе на нулевую частоту с разложением его на квадратурные составляющие и последующей низкочастотной фильтрации их в каждом канале.There is also a known method and device of conversion, selected as a prototype (Reference for radar. / Ed. By M. I. Skolnik. Transl. From English. Under the general ed. BC. Willow. In 2 books.
Устройство для реализации этого способа содержит АЦП, два цифровых умножителя, цифровой гетеродин, генерирующий опорные сигналы с тактовой частотой АЦП, сдвинутые по фазе на π/2, а также два цифровых низкочастотных фильтра и два дециматора.A device for implementing this method contains an ADC, two digital multipliers, a digital local oscillator that generates reference signals with an ADC clock frequency shifted in phase by π / 2, as well as two digital low-pass filters and two decimators.
Недостатками этого способа и устройства являются высокая частота дискретизации, большое число выполняемых арифметических операций и большое энергопотребление.The disadvantages of this method and device are the high sampling rate, a large number of arithmetic operations and high power consumption.
Техническим результатом группы изобретений являются: уменьшенная частота дискретизации относительно частоты обрабатываемого сигнала на ПЧ за счет стробоскопического эффекта, сокращенное число арифметических действий за счет упрощения операций разложения на квадратурные составляющие и фильтрации, высокая идентичность квадратурных составляющих за счет линейной аппроксимации амплитуд дискретных выборок, а также пониженное энергопотребление.The technical result of the group of inventions is: a reduced sampling frequency relative to the frequency of the processed signal on the IF due to the stroboscopic effect, a reduced number of arithmetic operations due to simplification of the decomposition into quadrature components and filtering, high identity of the quadrature components due to the linear approximation of the amplitudes of the discrete samples, as well as reduced Energy consumption.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе преобразования аналогового сигнала на ПЧ F0 с понижением в цифровой квадратурный код согласно изобретению из сигнала на ПЧ F0 считываются дискретные выборки с частотой ƒt и разделяются на квадратурные составляющие, при этом частота дискретизации задается равной учетверенной частоте ƒ0, которая соответствует отношению несущей частоты F0 входного ПЧ сигнала к стробоскопическому коэффициенту, равному (4⋅N-3), где N - число стробоскопических интервалов, при этом частота ƒ0 расположена в первом интервале, a F0 - в N-м частотном интервале.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of converting an analog signal to an inverter F 0 down to a digital quadrature code according to the invention, discrete samples with a frequency ƒ t are read from a signal on an inverter F 0 and divided into quadrature components, while the sampling frequency is set to be quadrupled frequency ƒ 0 , which corresponds to the ratio of the carrier frequency F 0 of the input IF signal to the stroboscopic coefficient equal to (4⋅N-3), where N is the number of stroboscopic intervals, while the frequency ƒ 0 is located it is married in the first interval, and F 0 in the Nth frequency interval.
При заданной частоте дискретизации разложение дискретных выборок на квадратурные составляющие упрощается, амплитуда опорного сигнала на этой частоте дискретизации принимает целочисленные значения: 1, 0 и -1, при этом для формирования амплитудных выборок в синфазном канале на опорный вход умножителя поступает циклически повторяющаяся последовательность: 1, 0, -1 и 0, а для формирования дискретных амплитудных выборок в квадратурном канале в это же время поступает циклически повторяющаяся последовательность: 0, -1, 0 и 1.At a given sampling frequency, the decomposition of discrete samples into quadrature components is simplified, the amplitude of the reference signal at this sampling frequency takes integer values: 1, 0, and -1, and in order to form amplitude samples in the in-phase channel, a cyclically repeating sequence arrives at the reference input of the multiplier: 1, 0, -1, and 0, and to form discrete amplitude samples in a quadrature channel, a cyclically repeating sequence arrives at the same time: 0, -1, 0, and 1.
Также упрощается и фильтрация низкочастотных составляющих с прореживанием в каждой квадратуре, суть которой заключается в исключении нулевых выборок, а отличие амплитудных выборок в квадратурных каналах от истинных значений, обусловленных разным временем их считывания, компенсируется линейной аппроксимацией.Also, filtering of low-frequency components with decimation in each quadrature is simplified, the essence of which is to eliminate zero samples, and the difference between the amplitude samples in the quadrature channels and the true values due to different read times is compensated by a linear approximation.
В устройстве для осуществления способа указанный технический результат достигается тем, что в устройство преобразования аналогового сигнала на ПЧ F0 с понижением в цифровой квадратурный код, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и два умножителя (УМН), информационные входы первого и второго умножителей подключены к выходу АЦП, цифровой гетеродин с цифровым управлением (ЦГЦУ), выходы которого подключены к соответствующим опорным входам УМН, тактовые входы ЦГЦУ и АЦП объединены и на них поступает тактовая частота, а на информационный вход АЦП поступает сигнал на ПЧ, согласно изобретению введены вычитатель (ВЫЧ), линия задержки на такт (ЛЗТ) и два сумматора (СУМ), при этом выход ЛЗТ соединен с первым входом первого СУМ, а второй вход первого СУМ и вход ЛЗТ соединены с выходом первого УМН, выход второго УМН соединен с первым входом второго сумматора и вычитающим входом ВЫЧ, а выход первого СУМ соединен со вторым входом второго СУМ и вычитаемым входом ВЫЧ, при этом выходы второго СУМ и ВЫЧ являются выходами устройства.In the device for implementing the method, the indicated technical result is achieved in that in the device for converting the analog signal to the inverter F 0 with decreasing into a digital quadrature code containing an analog-to-digital converter (ADC) and two multipliers (UMN), the information inputs of the first and second multipliers are connected to the ADC output, digitally controlled digital local oscillator (DSC), the outputs of which are connected to the corresponding reference inputs of the UMN, the clock inputs of the DSC and ADC are combined and the clock frequency is applied to them, and the information the ADC’s ion input receives a signal at the inverter, according to the invention, a subtractor (CUT), a delay line per clock (LZT) and two adders (SUM) are introduced, while the LZT output is connected to the first input of the first SUM, and the second input of the first SUM and the LZT input are connected with the output of the first UMN, the output of the second UMN is connected to the first input of the second adder and subtracting the VCH input, and the output of the first SUM is connected to the second input of the second SUM and the subtracting VCH input, while the outputs of the second SUM and VCH are the device outputs.
Согласно заявляемому способу преобразования сигнала на ПЧ выбирается число N стробоскопических интервалов из условия, при котором полоса обрабатываемого сигнала как минимум вдвое уже каждого интервала. В соответствии с выбранным числом интервалов задается тактовая частота ƒt=4F0/(4⋅N-3), которая поступает на тактовые входы АЦП и ЦГЦУ. На вход АЦП поступает вещественный аналоговый сигнал вида cos(2π⋅F0⋅ƒt+ϕ), а с его выхода последовательно считываются выборки Xn=cos(π⋅n/2+ϕ). На выходе ЦГЦУ формируются два опорных сигнала, сдвинутых относительно друг друга на π/2, которые в силу заданного соотношения ƒt/ƒ0=4 принимают значения: 1, 0, -1, 0, 1, 0 и т.д. Поэтому операции умножения при разделении квадратурных составляющих упрощаются и выполняют функции ключей, которые пропускают сигнал на выход без изменения, блокируют его или инвертируют знак, причем если в одном канале сигнал пропускается на выход, то в другом блокируется, и наоборот. Таким образом, с выхода первого умножителя-ключа считывается массив четных выборок (-1)n⋅X2n, а с выхода второго умножителя-ключа считывается массив нечетных выборок (-1)n+1⋅X2n+1, при этом нулевые выборки, определяемые опорным сигналом, исключаются. Такое исключение нулевых выборок равнозначно децимации, поэтому частота тактирования на выходах умножителей-ключей уменьшается вдвое. Отклонение от ортогональности квадратурных составляющих из-за не одновременного, а поочередного считывания дискретных выборок (-1)n⋅X2n и (-1)n+1⋅X2n+1 компенсируется линейной экстраполяцией в соответствии с системой равенств According to the claimed method of converting a signal to an IF, the number N of stroboscopic intervals is selected from the condition under which the band of the processed signal is at least twice as narrow as each interval. In accordance with the selected number of intervals, the clock frequency ƒ t = 4F 0 / (4⋅N-3) is set, which is fed to the clock inputs of the ADC and the central oscillator. A real analog signal of the form cos (2π⋅F 0 ⋅ƒ t + ϕ) is input to the ADC, and samples X n = cos (π⋅n / 2 + ϕ) are sequentially read from its output. Two reference signals are formed at the output of the central oscillation center, shifted relative to each other by π / 2, which, in view of the given relation ƒ t / ƒ 0 = 4, take the values: 1, 0, -1, 0, 1, 0, etc. Therefore, the multiplication operations when separating the quadrature components are simplified and perform the functions of keys that pass the signal to the output without changing, block it or invert the sign, and if the signal is skipped to the output in one channel, it is blocked in the other, and vice versa. Thus, an array of even samples (-1) n ⋅X 2n is read from the output of the first multiplier-key, and an array of odd samples (-1) n + 1 ⋅X 2n + 1 is read from the output of the second multiplier-key, with zero samples defined by the reference signal are excluded. Such an exclusion of zero samples is equivalent to decimation; therefore, the clock frequency at the outputs of the key multipliers is halved. The deviation from the orthogonality of the quadrature components due to not simultaneous but sequential reading of the discrete samples (-1) n ⋅X 2n and (-1) n + 1 ⋅X 2n + 1 is compensated by linear extrapolation in accordance with the system of equalities
Охарактеризованная указанными выше существенными признаками группа изобретений на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".The group of inventions characterized by the above essential features as of the filing date of the application is not known in the Russian Federation and abroad and meets the requirements of the “novelty” criterion.
Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностями отличительных признаков заявляемых изобретений, обеспечивающих достижение заявляемого технического результата, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии изобретений условию патентоспособности "изобретательский уровень".The applicant has not identified technical solutions having features that match the sets of distinctive features of the claimed inventions, ensuring the achievement of the claimed technical result, and therefore it can be concluded that the inventions comply with the patentability condition "inventive step".
Изобретения могут быть реализованы промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствуют требованиям условия патентоспособности "промышленная применимость".The inventions can be implemented industrially using well-known technical means, technologies and materials and meet the requirements of the patentability conditions "industrial applicability".
Изобретения поясняются графическими материалами, где на фиг. 1 изображена частотная ось с указанными на ней значениями частоты тактирования, исходного сигнала, а также сигналов в каждом стробоскопическом интервале; на фиг. 2 показана временная осциллограмма с редкими выборками из нее; на фиг. 3 представлены осциллограммы квадратурных составляющих сигнала на выходе умножителей; на фиг. 4 представлены осциллограммы квадратурных составляющих сигнала после линейной аппроксимации их амплитуд; на фиг. 5 показан в фазовой плоскости квадратурный сигнал до ортогонализации составляющих; на фиг. 6 показан в фазовой плоскости квадратурный сигнал после ортогонализации составляющих; на фиг. 7 представлена зависимость коэффициента подавления помех от допплеровских фаз до ортогонализации и после; на фиг. 8 показана структурная схема устройства преобразования аналогового сигнала в цифровой квадратурный код.The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows the frequency axis with the indicated values of the clock frequency, the original signal, as well as signals in each stroboscopic interval; in FIG. 2 shows a temporary waveform with rare samples from it; in FIG. 3 shows the waveforms of the quadrature components of the signal at the output of the multipliers; in FIG. 4 shows the oscillograms of the quadrature components of the signal after a linear approximation of their amplitudes; in FIG. 5 shows a quadrature signal in the phase plane before orthogonalization of the components; in FIG. 6 shows a quadrature signal in the phase plane after orthogonalization of the components; in FIG. 7 shows the dependence of the interference suppression coefficient on Doppler phases before orthogonalization and after; in FIG. 8 is a block diagram of an apparatus for converting an analog signal to a digital quadrature code.
В способе преобразования аналогового сигнала в цифровой код согласно изобретению:In a method for converting an analog signal to a digital code according to the invention:
- выбирается частота тактирования ƒt, значение которой определяет длительность стробоскопического интервала, при этом в первом интервале вещественная частота вчетверо меньше тактируемой частоты (на фиг. 1 спектр действительного сигнала в каждом интервале выделен сплошной линией, а комплексный, возникающий в результате дискретизации с частотой тактирования, выделен пунктирной линией). В результате редкого считывания выборок из сигнала с несущей частотой F0 их значения совпадают с выборками, если бы их считывали из сигнала с несущей частотой ƒ0 (на фиг. 2 две синусоиды с частотой ƒ0 и F0 соответственно, а вертикальные линии с частотой ƒt расположены в точках, где амплитуды этих синусоид совпадают);- the clock frequency ƒ t is selected, the value of which determines the duration of the stroboscopic interval, while in the first interval the real frequency is four times less than the clock frequency (in Fig. 1, the spectrum of the actual signal in each interval is highlighted by a solid line, and the complex spectrum resulting from sampling with the clock frequency , marked with a dashed line). As a result of a rare reading of samples from a signal with a carrier frequency F 0, their values coincide with the samples if they were read from a signal with a carrier frequency ƒ 0 (in Fig. 2, two sinusoids with a frequency of ƒ 0 and F 0, respectively, and vertical lines with a frequency ƒ t are located at the points where the amplitudes of these sinusoids coincide);
- массив этих выборок последовательно сортируется по четности, а знаки выборок поочередно инвертируются, и каждый выделенный массив соответствует значениям квадратурных составляющих (на фиг. 3 - осциллограммы выделенных квадратурных составляющих ЛЧМ сигнала, а на фиг. 5 эти же значения представлены в фазовой плоскости, отклонение которых от окружности указывает на нарушение ортогональности);- the array of these samples is sequentially sorted by parity, and the signs of the samples are inverted in turn, and each selected array corresponds to the values of the quadrature components (in Fig. 3 - oscillograms of the selected quadrature components of the LFM signal, and in Fig. 5 these values are presented in the phase plane, deviation which from the circle indicates a violation of orthogonality);
- затем в одном из массивов выполняется усреднение амплитуд соседних выборок, т.к. дискретные выборки квадратурных значений считывались последовательно в разное время, то усредненное значение соответствует амплитуде, если бы выборки были считаны одновременно в синфазном и квадратурном каналах. После чего выполняется симметричное сложение и вычитание квадратурных составляющих, что равнозначно общему повороту фазы сигнала на π/4, которая на дальнейший результат обработки не влияет, но выравнивает коэффициенты передачи между каналами квадратур (на фиг. 4 показаны осциллограммы квадратурных составляющих ЛЧМ сигнала после линейной аппроксимации амплитуд дискретных выборок, а на фиг.6 эти же значения представлены в фазовой плоскости, которые расположены по окружности, что указывает на высокое качество ортогональности).- then, in one of the arrays, the amplitudes of neighboring samples are averaged, because discrete samples of quadrature values were read sequentially at different times, then the average value corresponds to the amplitude if the samples were read simultaneously in in-phase and quadrature channels. After that, symmetric addition and subtraction of the quadrature components is performed, which is equivalent to the total rotation of the signal phase by π / 4, which does not affect the further processing result, but equalizes the transmission coefficients between the quadrature channels (Fig. 4 shows the oscillograms of the quadrature components of the LFM signal after linear approximation amplitudes of discrete samples, and in Fig. 6, these same values are presented in the phase plane, which are located around the circumference, which indicates a high quality of orthogonality).
Устройство для преобразования аналогового сигнала в цифровой квадратурный код, структурная схема которого представлена на фиг.8, содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1 и два умножителя (УМН) 3 и 4, информационные входы первого и второго умножителей 3 и 4 подключены к АЦП, цифровой гетеродин с цифровым управлением (ЦГЦУ) 2, выходы которого подключены к соответствующим опорным входам УМН 3 и 4, тактовые входы ЦГЦУ 2 и АЦП 1 объединены и на них поступает тактовая частота, а на информационный вход АЦП 1 поступает сигнал на ПЧ.A device for converting an analog signal to a digital quadrature code, the block diagram of which is shown in Fig. 8, contains an analog-to-digital converter (ADC) 1 and two multipliers (UMN) 3 and 4, the information inputs of the first and
Согласно изобретению в устройство введены вычитатель (ВЫЧ) 8, линия задержки на такт (ЛЗТ) 5 и два сумматора (СУМ) 6 и 7, при этом выход ЛЗТ 5 соединен с первым входом первого СУМ 6, а второй вход первого СУМ 6 и вход ЛЗТ 5 соединены с выходом первого УМН 4, выход второго УМН 3 соединен с первым входом второго СУМ 7 и вычитающим входом ВЫЧ 8, а выход первого СУМ 6 соединен со вторым входом второго СУМ 7 и вычитаемым входом ВЫЧ 8, при этом выходы второго СУМ 7 и ВЫЧ 8 являются выходами устройства.According to the invention, a subtractor (CUT) 8, a delay line per clock (LZT) 5 and two adders (SUM) 6 and 7 are introduced into the device, while the output of the
Способ преобразования аналогового сигнала в цифровой квадратурный код реализуется предлагаемым устройством следующим образом.The method of converting an analog signal to a digital quadrature code is implemented by the proposed device as follows.
Вещественный сигнал на ПЧ поступает на информационный вход АЦП, а на тактовые входы АЦА и ЦГЦУ поступает тактовая частота, значение которой много меньше частоты входного сигнала, но которое удовлетворяет требованию ƒt=4⋅F0/(4⋅N-3). На фиг. 2 частота синусоиды входного сигнала для данного примера равна F0=39 МГц, а тактовая частота равна ƒt=12 МГц, с которой считываются амплитудные выборки из входного сигнала, на фиг. 2 они представлены в виде вертикальных линий. Последовательность дискретных выборок Xn с выхода АЦП параллельно поступает на два умножителя-ключа с памятью УМН. В устройстве ЦГЦУ синхронно дискретным выборкам формируются две последовательности, которые в силу условия ƒt=4⋅ƒ0, где ƒ0 - частота вещественного сигнала в первом стробоскопическом интервале, на фиг. 2 показана пунктирной линией, циклически принимают целочисленные значения: 1, 0, -1 и 0. С выходов ЦГЦУ эти циклически повторяющиеся последовательности, сдвинутые относительно друг друга на такт, одновременно поступают на управляющие входы двух умножителей-ключей с памятью УМН, на первый: 1, 0, -1 и 0, а на второй: 0, -1, 0 и 1. При этом на выходе первого УМН формируется четная последовательность дискретных выборок (-1)n⋅X2n, а на выходе второго - нечетная последовательность (-1)n+1⋅X2n+1. Причем в момент формирования четных выборок в первом УМН второй не реагирует на нулевые значения по ходу и сохраняет на своем выходе предыдущее значение - нечетную дискретную выборку, такие же действия выполняются и при формировании нечетных дискретных выборок. Таким образом, осуществляется разделение на синфазную и квадратурную составляющие с одновременным прореживанием - децимацией.A real signal at the inverter is fed to the ADC information input, and a clock frequency arrives at the clock inputs of the ATsA and TsGCU, the value of which is much lower than the frequency of the input signal, but which satisfies the requirement ƒ t = 4⋅F 0 / (4⋅N-3). In FIG. 2, the frequency of the sine wave of the input signal for this example is F 0 = 39 MHz, and the clock frequency is ƒ t = 12 MHz, from which the amplitude samples from the input signal are read, in FIG. 2 they are presented in the form of vertical lines. The sequence of discrete samples X n from the ADC output is simultaneously fed to two key multipliers with UMN memory. Two sequences are formed in the DCHC device for synchronously discrete samples, which, by virtue of the condition ƒ t = 4⋅ƒ 0 , where ƒ 0 is the frequency of the material signal in the first stroboscopic interval, in FIG. 2 is shown by a dashed line, integer values are cyclically taken: 1, 0, -1, and 0. From the outputs of the central digital clock center these cyclically repeating sequences shifted relative to each other by a clock go to the control inputs of two key multipliers with UMN memory at the same time: 1, 0, -1 and 0, and on the second: 0, -1, 0 and 1. At the same time, an even sequence of discrete samples (-1) n ⋅X 2n is formed at the output of the first UMN, and an odd sequence is generated at the output of the second ( -1) n + 1 ⋅X 2n + 1 . Moreover, at the moment of formation of even samples in the first UMN, the second one does not respond to zero values along the way and retains the previous value at its output - an odd discrete sample, the same actions are performed when forming odd discrete samples. Thus, separation is made into in-phase and quadrature components with simultaneous decimation - decimation.
С выхода первого УМН четные выборки поступают на вход ЛЗТ и на второй вход первого СУМ, а с выхода ЛЗТ задержанные на такт выборки поступают на первый вход первого СУМ. С выхода второго УМН нечетные выборки поступают на первый вход второго СУМ и вычитающий вход ВЫЧ, а с выхода первого СУМ, после отбрасывания младшего разряда, что равнозначно делению на два, усредненные четные выборки поступают на второй вход второго СУМ и вычитаемый вход ВЫЧ. Окончательно эти действия обеспечивают качественное разделение сигнала на квадратурные составляющие.From the output of the first UMN, even samples arrive at the input of the LZT and at the second input of the first SMS, and from the output of the LZT, the samples delayed to the clock cycle arrive at the first input of the first SMS. From the output of the second UMN, the odd samples go to the first input of the second SUM and subtracting the VCH input, and from the output of the first SUM, after dropping the least significant bit, which is equivalent to dividing by two, the averaged even samples go to the second input of the second SUM and the subtracted input of CUT. Finally, these actions provide a high-quality separation of the signal into quadrature components.
Все составные части устройства могут быть выполнены с использованием функционально законченного элемента - АЦП, не требующего сверхвысокой частоты тактирования, и цифровых микросхем любой серии, которые выпускаются в большом ассортименте, или одной микросхемы с повышенной интеграцией - ПЛИС.All components of the device can be performed using a functionally complete element - an ADC that does not require ultra-high clock frequency, and digital circuits of any series, which are available in a large assortment, or one integrated circuit chip - FPGA.
Таким образом, предложенный способ преобразования аналогового сигнала в цифровой квадратурный код и устройство для его осуществления позволяют:Thus, the proposed method for converting an analog signal to a digital quadrature code and a device for its implementation allow:
- снизить частоту дискретизации относительно частоты обрабатываемого сигнала на ПЧ за счет стробоскопического эффекта;- reduce the sampling frequency relative to the frequency of the processed signal on the IF due to the stroboscopic effect;
- сократить число выполняемых арифметических действий за счет упрощения операций разложения на квадратурные составляющие и фильтрации;- reduce the number of arithmetic operations due to the simplification of the decomposition into quadrature components and filtering;
- повысить идентичность квадратурных составляющих за счет линейной аппроксимации амплитуд дискретных выборок;- increase the identity of the quadrature components due to the linear approximation of the amplitudes of the discrete samples;
- уменьшить энергопотребление.- reduce power consumption.
Т.к. разбаланс квадратурных составляющих, возникающий в процессе разложения их в цифровом приемнике из-за аппаратных и алгоритмических погрешностей, приводит к появлению зеркального частотного канала, который существенно влияет на качество подавления отраженных сигналов от пассивных помех, то и проверка предложенных способа и устройства осуществлялась с учетом коэффициента подавления методом моделирования.Because the imbalance of the quadrature components arising in the process of their decomposition in the digital receiver due to hardware and algorithmic errors leads to the appearance of a mirror frequency channel, which significantly affects the quality of the suppression of reflected signals from passive interference, and the proposed method and device were checked taking into account the coefficient suppression by simulation.
Моделирование работы устройства преобразования аналогового сигнала в цифровой квадратурный код выполнялась в среде Mathcad с обязательным синтезом отраженного сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) на промежуточной частоте F0=39 МГц. Дискретизация осуществлялась на пониженной частоте ƒt=12 МГц, что вчетверо больше частоты ƒ0=3 МГц (фиг. 2) сигнала в первом стробоскопическом интервале. Проверка качества ортогонализации квадратурных составляющих в устройстве выполнялась методом имитации отраженных сигналов во всем диапазоне допплеровских фаз от 0 до π, т.е. от неподвижных местных предметов до первой «слепой» скорости, обработкой их в исследуемом устройстве с последующей компенсацией методом двойного череспериодного вычитания с «поддувом».The simulation of the operation of the device for converting an analog signal to a digital quadrature code was performed in a Mathcad environment with mandatory synthesis of the reflected signal with linear frequency modulation (LFM) at an intermediate frequency F 0 = 39 MHz. Discretization was carried out at a reduced frequency ƒ t = 12 MHz, which is four times higher than the frequency ƒ 0 = 3 MHz (Fig. 2) of the signal in the first stroboscopic interval. The orthogonalization quality of the quadrature components in the device was checked by the method of simulating reflected signals in the entire range of Doppler phases from 0 to π, i.e. from stationary local objects to the first "blind" speed, processing them in the device under study, followed by compensation by the method of double interperiodic subtraction with "blowing".
Характеристики ЛЧМ сигнала задавались типичные для РЛС обнаружения средней дальности: длительность сигнала Т=10 мкс, а полоса Δƒ=0,8 МГц.The characteristics of the LFM signal were set typical of medium-range radar detection: the signal duration T = 10 μs, and the band Δƒ = 0.8 MHz.
Результаты моделирования, представленные на фиг. 6, - квадратурный ЛЧМ сигнал в фазовой плоскости, подтверждают высокое качество разложения сигнала на квадратурные составляющие в устройстве. На фиг. 7 представлены результаты подавления, где по оси абсцисс отложены значения допплеровской фазы, а по оси ординат - подавление помех в децибелах, методом двойного череспериодного вычитания с «поддувом». Причем разложение сигнала на квадратуры составляющие выполнялось с использованием предложенного устройства, где верхняя линия - результат подавления без аппроксимации амплитуд квадратурных составляющих, и сигналы считывались с выходов умножителей, а нижняя - с учетом линейной аппроксимации, и сигналы считывались с выходов второго сумматора и вычитателя.The simulation results shown in FIG. 6, a quadrature LFM signal in the phase plane, confirm the high quality of the decomposition of the signal into quadrature components in the device. In FIG. Figure 7 shows the suppression results, where the values of the Doppler phase are plotted along the abscissa and the decibels are suppressed by the ordinate, using double cross-period subtraction with “blowing”. Moreover, the decomposition of the signal into quadrature components was performed using the proposed device, where the upper line is the result of suppressing the amplitudes of the quadrature components without approximation, and the signals were read from the outputs of the multipliers, and the bottom, taking into account the linear approximation, and the signals were read from the outputs of the second adder and subtractor.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104715A RU2613843C1 (en) | 2016-02-11 | 2016-02-11 | Method for converting analog signal to digital quadrature code and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104715A RU2613843C1 (en) | 2016-02-11 | 2016-02-11 | Method for converting analog signal to digital quadrature code and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2613843C1 true RU2613843C1 (en) | 2017-03-21 |
Family
ID=58453105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104715A RU2613843C1 (en) | 2016-02-11 | 2016-02-11 | Method for converting analog signal to digital quadrature code and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2613843C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1063536A1 (en) * | 1998-11-11 | 2000-12-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Digital correlator for a receptor of signals from satellite radio-navigation systems |
RU2310212C1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Digital correlator of receiver of satellite radio-navigation system signals |
RU2407199C2 (en) * | 2006-06-06 | 2010-12-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Quick calibration of cophased-quadrature imbalance |
RU2549114C2 (en) * | 2013-06-06 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Functional analogue-to-digital converter |
-
2016
- 2016-02-11 RU RU2016104715A patent/RU2613843C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1063536A1 (en) * | 1998-11-11 | 2000-12-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Digital correlator for a receptor of signals from satellite radio-navigation systems |
RU2310212C1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Digital correlator of receiver of satellite radio-navigation system signals |
RU2407199C2 (en) * | 2006-06-06 | 2010-12-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Quick calibration of cophased-quadrature imbalance |
RU2549114C2 (en) * | 2013-06-06 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Functional analogue-to-digital converter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9864045B2 (en) | Radar receivers | |
RU2582877C1 (en) | Adaptive compensator of passive interference phase | |
JP2004528742A (en) | High-speed filter | |
US4633426A (en) | Method and apparatus for detecting a binary convoluted coded signal | |
US3747099A (en) | Polyphase code system | |
RU2613843C1 (en) | Method for converting analog signal to digital quadrature code and device for its implementation | |
US20090237070A1 (en) | Method of instantaneously determining or estimating the frequency or amplitude of an input signal | |
JP2007218780A (en) | Digital frequency measuring device | |
GB2418084A (en) | Method for measuring frequency using digital components | |
US11689191B2 (en) | High frequency resolution digital sinusoid generator | |
CN107769778B (en) | Signal sampling device and signal sampling calibration method | |
US6317457B1 (en) | Pulse density modulator | |
RU2439609C2 (en) | Multi-channel correlation-filter receiving device with selection of moving targets | |
RU190477U1 (en) | DEVICE OF FORMATION OF MULTIPURITY Pseudo-Noise SIGNALS | |
RU2716217C1 (en) | Noise-like phase-shift keyed signal shaper | |
US5157344A (en) | Digital quadrature phase detector for angle modulated signals | |
RU177630U1 (en) | The device for the formation of a multi-frequency quasi-noise signal | |
RU172504U1 (en) | COMPUTING DEVICE OF INTERFERENCE OF INTERFERENCE | |
RU172404U1 (en) | PASSIVE INTERFERENCE MANAGER | |
RU2646330C1 (en) | Computer for rejective interference filtration | |
WO2011107801A1 (en) | Sampling | |
Napoli et al. | A complete system to generate electrical noise with arbitrary power spectral density | |
US20120194266A1 (en) | Reduction of the Sensitivity to the Jitter Demodulation of the Sampling Clock Signal | |
Kokhanov | Phase recovery of the coherent carrier frequency using digital phase filter | |
RU2290662C1 (en) | Analog-digital converter module |