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1、(10)申请公布号 CN 103684265 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103684265 A (21)申请号 201210362118.X (22)申请日 2012.09.25 H03D 3/16(2006.01) (71)申请人 中国航天科工集团第二研究院 二七所 地址 100854 北京市海淀区永定路 50 号 (72)发明人 冯孝斌 李光天 张云 蔡敏 张晓愚 吴渊 (74)专利代理机构 核工业专利中心 11007 代理人 高尚梅 (54) 发明名称 一种数字正交下变频方法 (57) 摘要 本发明属于雷达目标特性测量技术领域， 具 体涉及一种数字正交下变频方法。
2、。该方法包括如 下步骤 ： 步骤一 ： 对含有目标幅相特性的中频直 接采样信号进行求和平均处理， 得到积累后单个 脉冲信号 ： 步骤二 ： 对积累后单个脉冲信号进行 离散傅里叶变换， 得到信号频谱结果 ； 步骤三 ： 对 得到的信号频谱结果进行复数据提取 ； 步骤四 ： 对提取的复数据进行幅度校正， 得到中频直接采 样信号经数字正交下变频处理后输出的 I/Q 零中 频信号。 该方法省去了数字本振信号产生、 数字混 频和数字低通滤波等环节， 大大节省了计算机或 FPGA 的软硬件资源开销， 降低了开发实现难度 ； 通过脉冲串求和平均和 FFT 两次相参积累处理， 提高了输出处理结果 I/Q 零中。
3、频信号的信噪比和 测量准确性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103684265 A CN 103684265 A 1/1 页 2 1. 一种数字正交下变频方法， 其特征在于 ： 该方法包括如下步骤 ： 步骤一 ： 对含有目标幅相特性的中频直接采样信号进行求和平均处理， 得到积累后单 个脉冲信号 ： 步骤二 ： 对积累后单个脉冲信号进行离散傅里叶变换， 得到信号频谱结果 ； 步骤三 ： 对得到的信号频谱结果进行复数据提取 ； 步。
4、骤四 ： 对提取的复数据进行幅度校正， 得到中频直接采样信号经数字正交下变频处 理后输出的 I/Q 零中频信号。 2. 根据权利要求 1 所述的数字正交下变频方法， 其特征在于 ： 所述步骤一的 中 频 直 接 采 样 信 号 表 示 为 Sm(n)， m=1， ， M， n=1， ， N， M 为 脉 冲 串 内 脉 冲 个 数， N 为单个脉冲内的采样点数 ； 求和平均处理得到积累后单个脉冲信号表示为 3. 根 据权利要求 2 所述的数字正交下变频方法， 其特征在于 ： 所述步骤 二 的实现方法如下 ： 首先对相参积累后的单个脉冲信号 s(n) 进行补零处理， 得到 其中 N 为 2 的整。
5、数次方 ； 然后对 s (n) 进行 N 点 FFT 计算， 得到信号频谱结果 S(k)， k=1N 。 4. 根据权利要求 3 所述的数字正交下变频方法， 其特征在于 ： 所述步骤三的 实现方法如下 ： 首先对中频频率 0在频谱横轴上的位置序号进行计算确定， 即 其中 fs为 AD 采样率， FFT 得到的频谱横轴为整数序列， 对 k0进一 步四舍五入取整得到然后依据直接从频谱结果 S(k)， k=1， N 中取出复数据 5. 根据权利要求 4 所述的数字正交下变频方法， 其特征在于 ： 所述步骤四的实现方法 如下 ： 对提取出的复数据进行乘 2 处理， 得到的结果即为中频直接采样信 号经数。
6、字正交下变频处理后输出的 I/Q 零中频信号。 权 利 要 求 书 CN 103684265 A 2 1/3 页 3 一种数字正交下变频方法 技术领域 0001 本发明属于雷达目标特性测量技术领域， 具体涉及一种数字正交下变频方法。 背景技术 0002 为了获取雷达目标幅相特性数据， 以实现对目标的复散射特性分析、 相干处理及 成像诊断等， 须对接收到的目标雷达回波进行正交下变频处理以得到 I/Q 零中频信号。 0003 正交下变频方法主要有模拟正交下变频法和数字正交下变频法。其中， 模拟正交 下变频基于模拟电路实现本振信号产生、 下变频混频和低通滤波， 受模拟器件性能指标和 环境条件影响， 。
7、通常很难获得稳定理想的 I/Q 通道幅度一致性和相位正交性， 进而影响后 续测量和分析处理结果的正确性。数字正交下变频法由于对接收信号中频直接进行 AD 采 样， 然后完全在数字域进行处理以得到 I/Q 零中频信号， 因此可以较容易的获得稳定理想 的 I/Q 通道幅度一致性和相位正交性， 并可通过现场编程灵活改变参数设置以适应不同需 求。 0004 现有的数字正交下变频法以高速 AD 和 FPGA 器件为基础， 通过在数字域实现数字 本振信号产生、 数字混频和数字低通抽取滤波等处理来获取 I/Q 零中频信号。该类方法原 理与模拟正交下变频法完全一致， 物理概念清晰， 但实现过程较为复杂， 不能。
8、借助成熟快速 算法， 对 FPGA 硬件资源有较高要求。因此， 需研究更为高效、 快速、 节省资源的数字正交下 变频方法。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种数字正交下变频方法， 该方法以高速 AD 脉内采样和 FFT 算法为基础， 在对目标雷达回波中频直接采样信号进行数字正交下变频处理同时， 能够 大大节省计算机或 FPGA 资源开销。 0006 为达到上述目的， 本发明所采取的技术方案为 ： 0007 一种数字正交下变频方法， 该方法包括如下步骤 ： 0008 步骤一 ： 对含有目标幅相特性的中频直接采样信号进行求和平均处理， 得到积累 后单个脉冲信号 ： 0009 步骤二 ： 。
9、对积累后单个脉冲信号进行离散傅里叶变换， 得到信号频谱结果 ； 0010 步骤三 ： 对得到的信号频谱结果进行复数据提取 ； 0011 步骤四 ： 对提取的复数据进行幅度校正， 得到中频直接采样信号经数字正交下变 频处理后输出的 I/Q 零中频信号。 0012 所述步骤一的中频直接采样信号表示为 Sm(n)， m=1， M， n=1， N， M 为脉冲 串内脉冲个数， N 为单个脉冲内的采样点数 ； 求和平均处理得到积累后单个脉冲信号表示 为 0013 所述步骤二的实现方法如下 ： 首先对相参积累后的单个脉冲信号 s(n) 进行补零 说 明 书 CN 103684265 A 3 2/3 页 4。
10、 处理， 得到其中 N 为 2 的整数次方 ； 然后对 s (n) 进行 N 点 FFT 计算， 得到信号频谱结果 S(k)， k=1N 。 0014 所述步骤三的实现方法如下 ： 首先对中频频率 0在频谱横轴上的位置序号进行 计算确定， 即其中 fs为 AD 采样率， FFT 得到的频谱横轴为整数序列， 对 k0 进一步四舍五入取整得到然后依据直接从频谱结果 S(k)， k=1， N 中取 出复数据 0015 所述步骤四的实现方法如下 ： 对提取出的复数据进行乘 2 处理， 得到的结 果即为中频直接采样信号经数字正交下变频处理后输出的 I/Q 零中频信号。 0016 本发明所取得的有益效果为。
11、 ： 0017 （1） 基于成熟的 FFT 算法实现数字正交下变频处理， 省去了数字本振信号产生、 数 字混频和数字低通滤波等环节， 大大节省了计算机或 FPGA 的软硬件资源开销， 降低了开发 实现难度 ； 0018 （2） 通过脉冲串求和平均和FFT两次相参积累处理， 提高了输出处理结果I/Q零中 频信号的信噪比和测量准确性。 附图说明 0019 图 1 为本发明所述数字正交下变频方法路程图 ； 0020 图 2 为中频直接采样信号的格式示意图。 具体实施方式 0021 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0022 如图 1 所示， 本发明所述数字正交下变频方法包括如下步骤 ：。
12、 0023 步骤一 ： 对含有目标幅相特性的中频直接采样信号进行求和平均处理， 得到积累 后单个脉冲信号 ： 0024 如图 2 所示， 中频直接采样信号可表示为 Sm(n)， m=1， M， n=1， N， M 为脉冲 串内脉冲个数， N 为单个脉冲内的采样点数 ； 0025 求和平均处理得到积累后单个脉冲信号表示为n=1， N ； 该步相参积累处理可提高信号噪声比约 (10log10M)dB ； 0026 步骤二 ： 对积累后单个脉冲信号进行离散傅里叶变换， 得到信号频谱结果 ； 0027 首 先 对 相 参 积 累 后 的 单 个 脉 冲 信 号 s(n) 进 行 补 零 处 理， 得 。
13、到 其中 N 为 2 的整数次方 ； 0028 然后对 s (n) 进行 N 点 FFT 计算， 得到信号频谱结果 S(k)， k=1N ， 其具体实现 可直接使用现有成熟的FFT库函数或IP核 ； 该步离散傅里叶变换处理可进一步提高信号噪 说 明 书 CN 103684265 A 4 3/3 页 5 声比约 (10log10N)dB ； 0029 步骤三 ： 对得到的信号频谱结果进行复数据提取 ； 0030 首 先 对 中 频 频 率 0在 频 谱 横 轴 上 的 位 置 序 号 进 行 计 算 确 定， 即 其中 fs为 AD 采样率， 考虑到 FFT 得到的频谱横轴为整数序列， 需对 k0进一 步四舍五入取整得到然后依据直接从频谱结果 S(k)， k=1， N 中取出复数据 0031 步骤四 ： 对提取的复数据进行幅度校正 ； 0032 对提取出的复数据进行乘 2 处理， 得到的结果即为中频直接采样 信号经数字正交下变频处理后输出的 I/Q 零中频信号。 说 明 书 CN 103684265 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103684265 A 6 。