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CN107809293A - 一种接收通道多通道相位与幅度校正装置和校正方法 - Google Patents

一种接收通道多通道相位与幅度校正装置和校正方法 Download PDF

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宋慧
张建明
沈小川
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Abstract

本发明涉及微波信号处理领域，特涉及一种接收通道多通道相位与幅度校正装置和校正方法。本发明通过校正模块产生标准波形，通过AD模块采集该信号并计算相位与幅度偏移量，从而对通道进行幅度和相位的校正。本发明的方法具有计算量小、可定时补偿、精度高等优点。

Description

一种接收通道多通道相位与幅度校正装置和校正方法
技术领域
本发明涉及微波信号处理领域，特涉及一种接收通道多通道相位与幅度校正装置和校正方法。
背景技术
在微波信号接收通道中包括高放、混频、中放、A/D芯片等模拟器件，不同接收通道由于制造工艺或电器性能的不同，不可避免的存在特性上的差异，带来各通道幅度响应和相位响应的不一致性，每个通道幅度响应和相位响应不同会造成后续信号处理时，对副瓣对消和数字波束形成(DBF)性能有较大影响，精度较低，进而影响对信号中目标的提取。
现有对不同接收通道相位与幅度校正方法为：在制造时，对每个通道逐步进行测试，然后获得相关参数，然后进行补偿，但是对于数十个甚至上百个接收通道的校正来说，校正耗时耗力，且当装置维修后，也不便于重新校正。因此有必要提出一种便于对多个通道进行快速校正的方法，以便于在线测试。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种接收通道多通道相位与幅度校正装置和校正方法。本发明通过校正模块产生标准波形，通过AD模块采集该信号并计算相位与幅度偏移量，从而对通道进行幅度和相位的校正。本发明的方法具有计算量小、可定时补偿、精度高等优点。
本发明的技术方案是：一种接收通道多通道相位与幅度校正装置，包括校正模块、N个接收通道、N个AD模块，校正模块与每个接收通道输入口相连，接收通道输出口分别对应连接AD模块，其特征在于：每个接收通道包括移相器、衰减器，AD模块采集对应接收通道信号，AD模块输出与对应的移相器、衰减器连接，校正模块产生标准波形，经过N个接收通道后由N个AD模块采集，在AD模块中对采集的数据进行运算处理并获得相位与幅度误差，根据相位误差值设置移相器校正值，根据幅度误差值设置衰减器校正值，其中N为自然数。
根据如上所述的接收通道多通道相位与幅度校正装置，其特征在于：所述的校正模块产生正弦波。
本发明还公开了一种接收通道多通道相位与幅度校正方法，包括接收相位校正和接收幅度校正，接收相位校正包括以下步骤：首先由校正模块产生标准波形S(t)，各路AD模块采集正弦波形S(t)信号，AD模块对采集的信号进行数字下变频处理，数字下变频处理得到I支路、Q支路值，根据公式求出各通道的接收移相量 接收幅度校正包括以下步骤：首先由校正模块产生标准波形S(t)，各路AD模块采集正弦波形S(t)信号，AD模块对采集的信号进行数字下变频处理，数字下变频处理得到I支路、Q支路值，求出各通道的接收幅度量
AD模块根据各通道的接收移相量设置移相器校正值，根据各通道的接收幅度量设置衰减器校正值，从而实现对N个接收通道校正；
所述的数字下变频处理具体步骤为：首先由NCO产生本振信号，本振信号频率与A/D变换之后中频信号的中心频率以零频对称，所述的本振信号与AD模块采集的A/D变换之后的中频信号进行数字混频，接着进行低通滤波、2倍的数据抽取，然后进行低通滤波、数据抽取输出I支路和Q支路。
根据如上所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：所述的标准波形为正弦波。
根据如上所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：所述的标准波形为10us的正弦波形。
根据如上所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：接收相位校正步骤和接收幅度校正步骤还包括打开接收通道的步骤。
根据如上所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：各通道接收移相量为采样点中间一段数值的平均值。
根据如上所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：各通道接收幅度量为采样点中间一段数值的平均值。
本发明的有益效果是：(1)本发明中校正模块可以根据选择不同的波形，但优选正弦波，因为采用正弦波形作为校正源的好处在于式1中的相位或为固定值，AD采样和数字下变频处理后，式5的I支路与式6的Q支路为固定值，这样方便计算移相量与幅度值，因为本发明需要同时对数百甚至数千个通道进行校正，采用正弦波可以大幅降低运算量。(2)多通道同时并行校正，校正速度快。(传统方法多采用分时校正，校正时间慢)。(3)相位及幅度值均采用80点的平均值，这样精度更高。(传统方法多采用中间值；还有取全部值做平均的，但是由于信号起始阶段往往不稳定，也会影响精度)。本发明中，采样点个数一般为采样时钟与波形长度的乘积，然后取中间一段采样点的值，因为中间采样段之外的前部或后部，一般会由于微波器件物理原因，会产生毛刺，或有充放电现象，从而影响系统精度。(4)采用AD采样、并用数字下变频处理求取相位及幅度值，精度高。(零中频数字信号的传统获取方法中，正交相位检波器是由模拟电路来实现的，存在I支路与Q支路间的幅度不一致性和相位不正交性，且会随温度等变化而漂移。这种方法所得到的正交数字信号的性能指标不能满足高性能数字信号处理的要求。而直接中频采样的数字下变频技术可以获得高性能的正交数字信号。)
附图说明
图1为硬件框图；
图2为AD模块处理图；
图3为校正前后波形图。
具体实施方式
名词解释：NCO(Numerically Controlled Oscillator)，即为相干振荡器：因为两个正交相干振荡器信号的形成和相乘都是数字运算的结果，所以其正交性完全可以保证的，只要保证运算精度即可。
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所述，本发明的接收通道多通道相位与幅度校正装置包括校正模块、N个接收通道、N个AD模块，校正模块与每个接收通道输入口相连，接收通道输出口分别对应连接AD模块，每个接收通道包括移相器、衰减器，AD模块采集对应接收通道信号，AD模块输出与对应的移相器、衰减器连接。本发明硬件系统的工作过程是：校正模块产生标准波形，如正弦波，经过N个接收通道后由N个AD模块采集，在AD模块中对采集的数据进行运算处理并获得相位与幅度误差，根据相位误差值设置移相器校正值，根据幅度误差值设置衰减器校正值，从而实现对N个接收通道自动校正，其中N为自然数。
本发明还公开了接收通道多通道相位与幅度校正的方法，包括接收相位校正和接收幅度校正，
当需要进行接收相位校正时，首先由校正模块产生10us的正弦波形S(t)(正弦波的长度可以根据实际需要设置)，同时打开所有的接收通道(对于没有通道开关的可以没有此步骤)，各路AD模块采集正弦波形S(t)信号，AD模块对采集的信号进行数字下变频处理，数字下变频处理得到I支路、Q支路值，由于求出各通道的接收移相量共100点(100点＝10MHz*10us)，取中间80点移相量的平均值，再将其转换成六位数据然后，设置对应的移相器(本文的移相器位数为6)，完成接收相位校正，最后，退出校正时序，恢复正常工作时序。
当需要进行接收幅度校正时，首先由校正模块产生10us的正弦波形S(t)(正弦波的长度可以根据实际需要设置)，同时打开所有的接收通道(对于没有通道开关的可以没有此步骤)，各路AD模块采集正弦波形S(t)信号，AD模块对采集的信号进行数字下变频处理，数字下变频处理得到I支路、Q支路值，求出各通道的接收幅度量 共100点(100点＝10MHz*10us)，取中间80点幅度量的平均值，然后，设置对应的衰减器(本文的衰减器位数为6，其中16为最大衰减量为16dB)，完成接收幅度校正，最后，退出校正时序，恢复正常工作时序。
接收相位校正或接收幅度校正完成后，AD模块根据相位误差值设置移相器校正值，根据幅度误差值设置衰减器校正值，从而实现对N个接收通道自动校正。
本发明的数字下变频处理方式为：本系统使用数字混频低通滤波法实现数字下变频处理。
本系统要求A/D变换的采样率可以为10MHZ以上，其选择根据接收通道带宽选定，输入中频信号的中心频率为接收通道的中心频率，NCO选择中心频率的负值。例如本实施例中A/D变换的采样率fS＝200MHz，输入中频信号频率为50MHz，最终的输出数据率为1路10Msps的窄带I支路和Q支路。
本发明中数字下变频处理具体步骤为：首先由NCO产生的-50MHz的本振信号与A/D变换之后的中频信号进行数字混频，接着进行低通滤波、2倍的数据抽取，然后进行低通滤波、10倍的数据抽取输出10Msps的窄带I/Q数据。
原理框图如图2所示，图中f0＝50MHz、
其中校正模块产生的模拟中频实信号为：
式中a(t)为信号的幅度；f0为中频信号的中心频率；为信号的相位；信号的带宽为B。
式中称为信号的复包络，可将其表示为
式中，xI(t)和xQ(t)分别称为信号复包络的I支路和Q支路，正是数字变频得到的两个相互正交的分量。
图2中所示的上支路(简称I支路)乘法器输出信号为
经低通滤波器(LPF)后获得I支路：
而下支路(简称Q支路)乘法器输出信号为
经低通滤波器(LPF)后获得Q支路：
本发明的校正前后波形的对比如图3所示，校正前波形相位和幅度都不同，先校正相位，然后再校正幅度。在具体操作时，也可以先校正幅度，后校正相位。
本发明的接收通道多通道相位与幅度校正的方法，可以应用在气象雷达、舰载雷达等多通道的相控阵雷达领域，应用本发明的技术方法，可以在维修时，由维修人员一键操作完成即可，或在需要高精度信号处理时，定时对通道进行幅度和相位的校正，如每隔几分钟对系统进行自动校正，即可实时进行系统校正，这样可以克服由温度、湿度、气压等物理因为对设备通道的影响，使应用本方法的微波系统相位和幅度精度很高，其具体精度与移相器和衰减器的位数有关，如移相器为8位，则相位精度可达度，如衰减器为8位，其最大衰减为16dB，则幅度精度可达dB，本领域人员则可以通过工程要求，设计不同精度的相位与幅度校正系统。

Claims (8)

1.一种接收通道多通道相位与幅度校正装置，包括校正模块、N个接收通道、N个AD模块，校正模块与每个接收通道输入口相连，接收通道输出口分别对应连接AD模块，其特征在于：每个接收通道包括移相器、衰减器，AD模块采集对应接收通道信号，AD模块输出与对应的移相器、衰减器连接，校正模块产生标准波形，经过N个接收通道后由N个AD模块采集，在AD模块中对采集的数据进行运算处理并获得相位与幅度误差，根据相位误差值设置移相器校正值，根据幅度误差值设置衰减器校正值，其中N为自然数。
2.根据权利要求1所述的接收通道多通道相位与幅度校正装置，其特征在于：所述的校正模块产生正弦波。
3.一种接收通道多通道相位与幅度校正方法，包括接收相位校正和接收幅度校正，
接收相位校正包括以下步骤：首先由校正模块产生标准波形S(t)，各路AD模块采集正弦波形S(t)信号，AD模块对采集的信号进行数字下变频处理，数字下变频处理得到I支路、Q支路值，根据公式求出各通道的接收移相量
接收幅度校正包括以下步骤：首先由校正模块产生标准波形S(t)，各路AD模块采集正弦波形S(t)信号，AD模块对采集的信号进行数字下变频处理，数字下变频处理得到I支路、Q支路值，求出各通道的接收幅度量
AD模块根据各通道的接收移相量设置移相器校正值，根据各通道的接收幅度量设置衰减器校正值，从而实现对N个接收通道校正；
所述的数字下变频处理具体步骤为：首先由NCO产生本振信号，本振信号频率与A/D变换之后中频信号的中心频率以零频对称，所述的本振信号与AD模块采集的A/D变换之后的中频信号进行数字混频，接着进行低通滤波、2倍的数据抽取，然后进行低通滤波、数据抽取输出I支路和Q支路。
4.根据权利要求3所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：所述的标准波形为正弦波。
5.根据权利要求4所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：所述的标准波形为10us的正弦波形。
6.根据权利要求3所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：接收相位校正步骤和接收幅度校正步骤还包括打开接收通道的步骤。
7.根据权利要求3所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：各通道接收移相量为采样点中间一段数值的平均值。
8.根据权利要求3所述的接收通道多通道相位与幅度校正方法，其特征在于：各通道接收幅度量为采样点中间一段数值的平均值。
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