本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信的信號處理，具體涉及一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)方法機及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的解擴需求、二相編碼脈沖壓縮雷達的信號處理需求日益增多，在高速目標(biāo)信號帶來大多普勒頻移的場景下，二相編碼信號，因其優(yōu)秀的距離分辨率，被廣泛得應(yīng)用于脈沖壓縮雷達系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航通信當(dāng)中。在信號單周期中，實時的處理提取同相以及正交信號，計算得到四個子碼片，通過各碼片之間的時序關(guān)系組合恢復(fù)原始信號。該方法實現(xiàn)簡單、計算量小、需要資源少。

2、但另一方面由于數(shù)字調(diào)制信號對多普勒頻移的高敏感性，也帶來了在大多普勒頻移的場景下載波捕獲困難和解擴算法難度大的問題。目前，解決這些問題的方法圍繞對載波的估計展開，有頻掃鎖相捕獲法、自適應(yīng)最小二乘法以及最大似然估計法，這些方法都需要預(yù)先補償或?qū)崟r搜索載波頻率，導(dǎo)致的缺點有：捕獲時間長、算法難度大、消耗資源多、處理時延大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)方法，可以自適應(yīng)的在每個周期時間內(nèi)，實時的去除多普勒頻移恢復(fù)基帶信號，其計算量小、實時性和處理時延表現(xiàn)好、消耗資源少，可以很好的應(yīng)用在大多普勒頻移場景下解擴和通信工作中。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┮韵路桨福?/p>

3、一方面，本申請?zhí)峁┮环N自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，包括：

4、a/d采樣模塊，用于對獲取到的經(jīng)過降頻處理的射頻信號進行數(shù)字化處理，得到帶有多普勒頻移的基帶信號；

5、正交分解模塊，用于將帶有多普勒頻移的基帶信號進行實時iq分解，得到同相信號i和正交信號q；

6、實時iq分解模塊，包括對同相信號i和正交信號q進行四路并行計算的四個子信號計算模塊，得到四個子信號，四個子信號分別通過對應(yīng)的信號傳輸通道傳輸?shù)叫盘柗诌x器中；

7、參數(shù)計算模塊，用于根據(jù)當(dāng)前時刻的多普勒相位確定當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘?，并生成信號分選器的控制信號下發(fā)到信號分選器中，同時根據(jù)當(dāng)前時刻的多普勒相位計算幅度校正系數(shù)下發(fā)到幅度校正模塊；

8、信號分選器，用于根據(jù)控制信號切換到當(dāng)前傳輸?shù)淖有盘枌?yīng)的信號傳輸通道上，并將當(dāng)前傳輸?shù)淖有盘杺鬏數(shù)椒刃ＵK；

9、幅度校正模塊，用于根據(jù)幅度校正系數(shù)對當(dāng)前傳輸?shù)淖有盘栠M行校正，得到恢復(fù)后的基帶信號。

10、在一些具體實現(xiàn)方案中，數(shù)字化處理包括：

11、對射頻信號進行a/d采樣后，得到采樣信號；將采樣信號量化為數(shù)字信號；同時在數(shù)字域利用dds產(chǎn)生的信號對數(shù)字信號進行下變頻后，得到帶有多普勒頻移的基帶信號。

12、在一些具體實現(xiàn)方案中，正交分解模塊中利用cordic算法對帶有多普勒頻移的基帶信號進行實時的iq分解，得到同相信號和同相信號i和正交信號q，其中，i路信號為i＝sin(x+θ)，q路信號為q＝cos(x+θ)，θ表示調(diào)相信息，x表示收發(fā)信號之間的相位差，x的頻率值是多普勒頻移。

13、在一些具體實現(xiàn)方案中，四個子信號計算模塊分別執(zhí)行以下計算過程，得到四個子信號分別為：

14、sig1＝i+q＝sin(x+θ)+cos(x+θ)＝sin(x+θ+0.25π)

15、sig2＝i-q＝sin(x+θ)-cos(x+θ)＝sin(x+θ-0.25π)

16、sig3＝-i-q＝-sin(x+θ)-cos(x+θ)＝sin(x+θ-0.75π)

17、sig4＝q-i＝cos(x+θ)-sin(x+θ)＝sin(x+θ-1.25π)；

18、在一些具體實現(xiàn)方案中，參數(shù)計算模塊中得到當(dāng)前時刻的多普勒相位的計算過程為：

19、

20、其中，表示預(yù)設(shè)的初始相位，ft表示當(dāng)前時刻，unwrap表示對計算得到的相位進行解纏繞計算。

21、在一些具體實現(xiàn)方案中，參數(shù)計算模塊中預(yù)存有實時iq分解模塊中各信號傳輸通道的編號以及各信號傳輸通道傳輸?shù)淖有盘枌?yīng)的象限，確定當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘柕倪^程為：

22、根據(jù)當(dāng)前時刻的多普勒相位確定當(dāng)前時刻多普勒相位所在的象限位置，并根據(jù)該象限位置與各子信號道對應(yīng)的象限進行比較，確定信號傳輸通道的編號；

23、根據(jù)該信號傳輸通道的編號生成控制信號分選器切換到對應(yīng)信號傳輸通道的控制信號。

24、在一些具體實現(xiàn)方案中，幅度校正系數(shù)ac的計算過程為：

25、

26、其中，abs表示取絕對值函數(shù)。

27、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)方法，具體包括以下步驟：

28、s1、獲取經(jīng)過降頻處理的射頻信號，對射頻信號進行數(shù)字化處理后，得到帶有多普勒頻移的基帶信號；

29、s2、對帶有多普勒頻移的基帶信號進行實時iq分解，得到同相信號和正交信號；

30、s3、對同相信號和正交信號進行四路并行計算，得到四個子信號并分別通過其對應(yīng)的信號傳輸通道傳輸?shù)降叫盘柗诌x器中；

31、s4、獲取當(dāng)前時刻的多普勒相位，根據(jù)多普勒相位確定當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘?，并根?jù)當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘柨刂菩盘柗诌x器切換到對應(yīng)的信號傳輸通道，同時根據(jù)多普勒相位計算幅度校正系數(shù)；

32、s5、通過信號分選器獲取當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘?，并利用幅度校正系?shù)對該子信號進行校正，得到恢復(fù)后的基帶信號。

33、在一些具體實現(xiàn)方案中，參數(shù)計算模塊中得到當(dāng)前時刻的多普勒相位的計算過程為：

34、

35、其中，表示預(yù)設(shè)的初始相位，ft表示當(dāng)前時刻，unwrap表示對計算得到的相位進行解纏繞計算。

36、在一些具體實現(xiàn)方案中，幅度校正系數(shù)ac的計算過程為：

37、

38、其中，abs表示取絕對值函數(shù)。

39、本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思為：

40、目前針對在多普勒頻移的場景下，載波捕獲困難和解擴算法難度大的問題，大多圍繞對載波的估計展開，這個過程中都需要預(yù)先補償或?qū)崟r搜索載波頻率，從而導(dǎo)致捕獲時間長、算法難度大、消耗資源多、處理時延大等問題。

41、針對于此，本申請中提出一種不需要預(yù)先的補償和搜索載波，不需要對載波進行估計，不采用鑒頻器或鎖相環(huán)等其他器件輔助的系統(tǒng)，在高速目標(biāo)信號帶來大多普勒頻移的場景下，在信號單周期中，在a/d處理完成后，利用現(xiàn)場可編程門陣列，在數(shù)字域完成利用數(shù)字下變頻模塊，得到帶有多普勒頻移的基帶信號；再通過正交分解模塊，得到同相信號i和正交信號q；之后在實時iq分解模塊中，計算得到四個子信號；最后通過參數(shù)計算模塊，得到當(dāng)前多普勒相位所在象限，通過四選一模塊正確輸出當(dāng)前對應(yīng)的子信號，通過幅度校正后便可以在輸出端口得到去除了多普勒頻移的基帶信號。該方法實現(xiàn)簡單、計算量小，并且通過現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)實現(xiàn)，實時性強，適用于各種要求低時延的信號系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字化處理包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，正交分解模塊中利用cordic算法對帶有多普勒頻移的基帶信號進行實時的iq分解，得到同相信號i和正交信號q，其中，同相信號i為：i＝sin(x+θ)，正交信號q為：q＝cos(x+θ)，θ表示調(diào)相信息，x表示收發(fā)信號之間的相位差，x的頻率值是多普勒頻移。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，四個子信號計算模塊分別執(zhí)行以下計算過程，得到四個子信號分別為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，參數(shù)計算模塊中得到當(dāng)前時刻的多普勒相位的計算過程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，參數(shù)計算模塊中預(yù)存有實時iq分解模塊中各信號傳輸通道的編號以及各信號傳輸通道傳輸?shù)淖有盘枌?yīng)的象限，確定當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘柕倪^程為：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，幅度校正系數(shù)ac的計算過程為：

8.一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)方法，其特征在于，參數(shù)計算模塊中得到當(dāng)前時刻的多普勒相位的計算過程為：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)方法，其特征在于，幅度校正系數(shù)ac的計算過程為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)基帶信號恢復(fù)方法及系統(tǒng)，對經(jīng)過降頻處理的射頻信號進行數(shù)字化處理后，得到帶有多普勒頻移的基帶信號；實時IQ分解后得到同相信號和正交信號；接著進行四路并行計算，得到四個子信號并分別通過其對應(yīng)的信號傳輸通道傳輸?shù)降叫盘柗诌x器中；獲取當(dāng)前時刻的多普勒相位，根據(jù)多普勒相位確定當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘枺⒏鶕?jù)當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘柨刂菩盘柗诌x器切換到對應(yīng)的信號傳輸通道，同時根據(jù)多普勒相位計算幅度校正系數(shù)；通過信號分選器獲取當(dāng)前時刻傳輸?shù)淖有盘?，并利用幅度校正系?shù)對該子信號進行校正，得到恢復(fù)后的基帶信號，本發(fā)明實現(xiàn)簡單、計算量小，實時性強，適用于各種要求低時延的信號系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：李帆,馬千里,張超
受保護的技術(shù)使用者：成都玖錦科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15