CN110299952A - 一种串联接收校正网络和校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波信号处理领域，特涉及一种串联接收校正网络和校正方法。本发明的接收校正网络采取串联方式连接，通过AD模块采集该信号并计算相位与幅度偏移量，从而对接收通道进行幅度和相位的校正。本发明的方法具有价格便宜、安装简单、重量轻、精度高等优点。

Description

一种串联接收校正网络和校正方法

技术领域

本发明涉及微波信号处理领域，特涉及一种串联接收校正网络和校正方法。

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的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装置为：在制造时，校正模块产生1路标准波形，通过功分器产生多路并行波形，并分别送给多个校正网络，多个校正网络输出的信号分别送给多路接收通道，多路接收通道输出的信号分别送给多路AD模块，通过AD模块采集该信号并计算相位与幅度偏移量，从而对接收通道进行幅度和相位的校正。但是对于数百个甚至上千个接收通道来说，需要复杂的功分器，不但需要很大的空间来安装功分器，而且需要成百上千根等长的电缆来连接功分器与校正网络，而为了确保不同接收通道接收的信号一致，需要以最长的为基准，造成每一个分支的线路长、衰减大、成本高。功分器与电缆价格不菲，且安装功分器、连接电缆耗时耗力。因此有必要提出一种价格便宜、安装简单的多通道校正装置，以便于工程应用。而现有分支衰减大，是不适合于串联校正的，这阻碍了本领域人员的发明创新。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种串联接收校正网络和校正方法。

本发明的校正网络采取串联方式连接，通过AD模块采集该信号并计算相位与幅度偏移量，从而对接收通道进行幅度和相位的校正。本发明的方法具有价格便宜、安装简单、重量轻、精度高等优点。

本发明的技术方案是：本发明通过校正模块产生1路标准波形，并送给第1级校正网络，第1级校正网络输出的信号送给第2级校正网络，第2级校正网络输出的信号送给第3级校正网络，……,第N-1级校正网络输出的信号送给第N级校正网络。N个校正网络输出的信号分别送给N路接收通道，N路接收通道输出的信号分别送给N路AD模块，通过AD模块采集该信号并计算相位与幅度偏移量，从而对接收通道进行幅度和相位的校正。

本发明的有益效果是：(1)各级校正网络采用串联方式连接，后级的信号幅度会减小，对后级接收通道进行了保护，无形间增加了设备的寿命，采用以往并联的方式，接收通道及其容易损坏。而采用本发明的装置后，第一个接收通道的可靠性与并联的方式一样，其他接收通道在工作过程中，可靠性大幅提高，极大的降低了设备维修成本。(2)本发明中，采用串联的方式进行校正，相邻校正网络独立设计，电缆连接可以很短，甚至只需要连接器即可，这样衰减很小，即降低了成本，也能确保可以连接多级校正网络。(3)不需要安装大量的功分器与功分电缆，减少了设备安装工作量。(4)不需要安装大量的功分器与功分电缆，节约了大量的空间与制造成本。(5)不需要安装大量的功分器与功分电缆，减轻了设备重量。

附图说明

图1为硬件框图；

图2为AD模块数字放大处理图；

图3为AD模块数字下变频处理图；

图4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，本发明的串联接收校正网络，包括校正模块、N个校正网络、N个接收通道、N个AD模块，N为自然数，N大于等于2。校正模块与第1级校正网络输入口相连，N级校正网络串联在一起，即第1级校正网络输出的信号送给第2级校正网络，第2级校正网络输出的信号送给第3级校正网络，……,第N-1级校正网络输出的信号送给第N级校正网络。每一个校正网络输出口分别对应连接接收通道输入口，接收通道输出口对应连接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。

校正模块产生标准波形：在接收校正时序时，例如校正模块产生10us的正弦波形S(t)(正弦波的长度可以根据实际需要设置)，并输出给校正网络1。

本发明的校正网络是通过带状线耦合到带状线的形式，由四层微带印制板、五层铜箔以及四层半固化片加工而成。各校正网络采取串联方式连接，各校正网络的输出端分别连接各接收通道的输入端。

本发明硬件系统的工作过程是：

接收通道1的校正：校正模块产生标准波形(如正弦波)，经过校正网络1、接收通道1后由AD模块1采集，在AD模块1中对采集的数据进行放大、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，从而实现对第1个接收通道自动校正。

接收通道2的校正：校正模块产生标准波形(如正弦波)，经过校正网络1、校正网络2、接收通道2后由AD模块2采集(幅度小于AD模块1采集的信号值)，在AD模块2中对采集的数据进行放大、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，从而实现对第2个接收通道自动校正。

接收通道3的校正：校正模块产生标准波形(如正弦波)，经过校正网络1、校正网络2、校正网络3、接收通道3后由AD模块3采集(幅度小于AD模块2采集的信号值)，在AD模块3中对采集的数据进行放大、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，从而实现对第3个接收通道自动校正。

依次类推，接收通道N的校正：校正模块产生标准波形(如正弦波)，经过校正网络1、校正网络2、校正网络3、……、校正网络N、接收通道N后由AD模块N采集(幅度小于AD模块N-1采集的信号值)，在AD模块N中对采集的数据进行放大、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，从而实现对第N个接收通道自动校正。

本发明还公开了一种串联接收校正网络的校正方法，校正网络串联连接，校正网络输出口与接收通道输入口连接，当校正模块发送校正信号后，每一个接收通道进行接收相位校正和接收幅度校正，测试每个校正网络的幅度衰减值，如校正网络1至校正网络N的幅度衰减值分别为A₁至A_N；根据校正网络的幅度衰减值确定每一个AD模块的放大系数。

接收相位校正过程为：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放大。AD模块对信号进行放大原因及要求为：由于各AD模块采集的信号经过的校正网络级数不一致，所以AD模块1至AD模块N，采集的信号幅度依次减小，因为该幅度差异并非接收通道导致，所以各AD模块需要根据各级校正网络的幅度衰减值对采集的信号进行数字放大处理，如AD模块3的放大系数为然后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。

接收幅度校正过程为：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放大。AD模块对信号进行放大原因及要求为：由于各AD模块采集的信号经过的校正网络级数不一致，所以AD模块1至AD模块N，采集的信号幅度依次减小，因为该幅度差异并非接收通道导致，所以各AD模块需要根据各级校正网络的幅度衰减值对采集的信号进行数字放大处理，如AD模块3的放大系数为然后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。

本发明的数字放大处理方式为：本系统使用在线加载放大系数法实现数字放大处理。

因为各AD模块采集的信号经过不同的校正网络级数，所以各AD模块采用的放大系数不一样，为了考虑程序的通用性，将各级放大系数汇总，并形成一个文件，将该文件烧写到各AD模块的FLASH中。AD模块上电后，FPGA根据自身的ID号，读取不同的系数值M。将该系数M乘以采集的信号幅度。(例如AD模块1采集的信号幅度为2.2V、AD模块2采集的信号幅度为2V、AD模块3采集的信号幅度为1.82V。则AD模块1需乘以系数1，AD模块2需乘以系数1.1，AD模块3需乘以系数1.21。)

数字放大处理原理框图如图2所示，图中ID号为雷达送给AD模块的，各AD模块的ID号均不一样，M为读取的系数。

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f_S＝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。

数字下变频原理框图如图3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，x_I(t)和x_Q(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3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4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。

本发明的串联接收校正网络和校正方法，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，应用本发明的校正装置，重量轻、可以方便安装、节约空间与成本，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。本发明中，校正网络并不能无限制的串联，需要确保最后一个接收通道能够有效提取信号。

Claims (6)

1.一种串联接收校正网络，包括校正模块、N个校正网络、N个接收通道、N个AD模块，校正模块与第1级校正网络输入口相连，其特征在于：N级校正网络串联在一起，每一个校正网络输出口分别对应连接接收通道输入口，接收通道输出口对应连接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，N为大于等于2的自然数。

2.根据权利要求1所述的一种串联接收校正网络，其特征在于：校正网络为带状线耦合到带状线的形式。

3.一种串联接收校正网络的校正方法，采用权利要求1所述的串联接收校正网络，其特征在于：测试每个校正网络的幅度衰减值，根据校正网络的幅度衰减值确定每个AD模块的放大系数；接收相位校正过程为：由校正模块产生波形，N路AD模块采集校正信号；根据各个AD模块的放大系数对采集的信号进行放大，然后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，求出各通道的接收移相量，根据接收移相量数据设置对应的移相器校正值；接收幅度校正过程为：由校正模块产生波形，N路AD模块采集校正信号；根据各个AD模块的放大系数对采集的信号进行放大，然后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，根据接收幅度量数据设置对应衰减器校正值，N为大于等于2的自然数。

4.根据权利要求3所述的一种串联接收校正网络的校正方法，其特征在于：AD模块的放大系数为A_i为校正网络i的幅度衰减值，其中i表示为第i个校正网络。

5.根据权利要求3所述的一种串联接收校正网络的校正方法，其特征在于：将各AD模块放大系数烧写到各AD模块的FLASH中；AD模块上电后，FPGA根据自身的ID号，读取不同的系数值M。

6.根据权利要求3所述的一种串联接收校正网络的校正方法，其特征在于：校正模块产生的波形为正弦波。