一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法及设备与流程

1.本发明涉及数字信号处理，尤其涉及一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法及设备。

背景技术：

2.频率是电磁波信号的主要表征参数，随着电子战技术及雷达技术的不断发展，雷达信号向着更高频率、更宽频段发展。为了适应现代战争复杂电磁环境，瞬时频率测量技术广泛应用于电子战领域。常规的测频接收机为保证不失真的将模拟信号转换为数字信号，需要先将射频信号进行下变频，再对变频后的中频信号进行采样及处理，模数转换芯片(adc)的采样率有限，而接收机瞬时带宽不高于采样率一半，因此瞬时测频带宽受限。随着电子器件水平的不断提高，单比特adc的采样率越来越高，可以实现对射频信号直接进行采样和处理。但超高的采样率给后端数字信号处理芯片带来更大的处理压力，针对超高采样率的单比特adc，目前常用的信号瞬时测频方法包括以延迟相关计算为核心的时域测频方法和简化离散傅里叶变换(dft)或快速傅里叶变换(fft)的频域算法。时域测频方法计算复杂度较低、节省资源，但抗噪声能力差，频域处理方法具有多信号处理能力，但计算量大，信号采样率与数据传输速率难以匹配，工程实现难度高。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法及设备，对瞬时相位进行差分计算并解相位差模糊，进而获取采样信号的瞬时频率。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.本发明提供了一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，包括以下步骤：
6.s1、无线及微波组件完成射频信号的接收处理，经过单比特高速adc采样后，产生采样信号输出给fpga；
7.s2、fpga接收到n点采样信号后，对采样信号进行循环相关计算；
8.s3、对循环相关计算后的序列进行希尔伯特变换，得到变换后的序列实部i(k)和虚部q(k)；
9.s4、计算瞬时相位序列；
10.s5、对瞬时相位序列进行差分计算并解相位模糊；
11.s6、均值统计；
12.s7、计算瞬时频率。
13.进一步，所述s2中，采样信号进行循环相关计算为：
[0014][0015]
其中，s(k)为循环相关结果；n为采样点总数；i为采样点顺序数；s(i)为原始采样
信号；sk(i)为原始采样信号向右循环移位k个点后的数据。
[0016]
进一步，所述s4中，瞬时相位序列φ(k)的计算方法为：
[0017][0018]
进一步，所述s4中，瞬时相位序列进行差分计算并解相位模糊的计算方法为：
[0019]
如果φ(k+1)-φ(k)≥π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)-2π
[0020]
如果φ(k+1)-φ(k)≤-π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)+2π
[0021]
如果-π＜φ(k+1)-φ(k)＜π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)
[0022]
其中，δφ(k)为φ(k)的相位差分计算结果。
[0023]
进一步，所述s6中，均值统计的方法为：
[0024][0025]
进一步，所述s7中，瞬时频率的计算方法为：
[0026][0027]
其中，f为瞬时频率计算结果，fs为采样率。
[0028]
此外，一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备，其用于实现基于单比特接收的宽带瞬时测频方法。
[0029]
进一步，包括：
[0030]
天线：用于实现射频信号的接收，将接收的电磁波信号转换为电信号；
[0031]
微波组件：包括低噪声放大器、带通滤波器和放大器；
[0032]
所述低噪声放大器输入端与所述天线相连接；
[0033]
所述低噪声放大器输出端与所述带通滤波器输入端相连接，以实现信号的低噪声放大；
[0034]
所述带通滤波器将低噪声放大后的信号进行带通滤波；
[0035]
所述放大器对滤波后的信号进行放大转换为射频输出信号。
[0036]
进一步，还包括：
[0037]
数字组件：包含40gsps单比特adc和fpga；
[0038]
所述40gsps单比特adc的输入端与所述放大器输出端相连接，将射频输出信号进行模数转换输出采样信号；
[0039]
所述fpga接受所述40gsps单比特adc的采样信号并进行频率测量，最终输出测频结果。
[0040]
本发明的有益效果为：该方法通过对0.1ghz至18ghz信号进行直接采样，通过时域处理计算采样信号的瞬时相位，对瞬时相位进行差分计算并解相位差模糊，进而获取采样信号的瞬时频率，具有瞬时带宽宽、抗噪声能力强、计算复杂度低及可实现性高等优点。
附图说明
[0041]
图1为本发明一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备的组成框图；
[0042]
图2为实施例一的测频数据处理过程。
具体实施方式
[0043]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0044]
请参，一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，包括以下步骤：
[0045]
s1、无线及微波组件完成射频信号的接收处理，经过单比特高速adc采样后，产生采样信号输出给fpga；
[0046]
s2、fpga接收到n点采样信号后，对采样信号进行循环相关计算；
[0047]
s3、对循环相关计算后的序列进行希尔伯特变换，得到变换后的序列实部i(k)和虚部q(k)；
[0048]
s4、计算瞬时相位序列；
[0049]
s5、对瞬时相位序列进行差分计算并解相位模糊；
[0050]
s6、均值统计；
[0051]
s7、计算瞬时频率。
[0052]
所述s2中，采样信号进行循环相关计算为：
[0053][0054]
其中，s(k)为循环相关结果；n为采样点总数；i为采样点顺序数；s(i)为原始采样信号；sk(i)为原始采样信号向右循环移位k个点后的数据。
[0055]
所述s4中，瞬时相位序列φ(k)的计算方法为：
[0056][0057]
所述s4中，瞬时相位序列进行差分计算并解相位模糊的计算方法为：
[0058]
如果φ(k+1)-φ(k)≥π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)-2π
[0059]
如果φ(k+1)-φ(k)≤-π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)+2π
[0060]
如果-π＜φ(k+1)-φ(k)＜π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)
[0061]
其中，δφ(k)为φ(k)的相位差分计算结果。
[0062]
所述s6中，均值统计的方法为：
[0063][0064]
所述s7中，瞬时频率的计算方法为：
[0065][0066]
其中，f为瞬时频率计算结果，fs为采样率。
[0067]
如图1所示，一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备，包括：
[0068]
天线1：用于实现射频信号的接收，将接收的电磁波信号转换为电信号；
[0069]
微波组件：包括低噪声放大器201、带通滤波器202和放大器203；
[0070]
所述低噪声放大器201输入端与所述天线1相连接；
[0071]
所述低噪声放大器201输出端与所述带通滤波器202输入端相连接，以实现信号的低噪声放大；
[0072]
所述带通滤波器202将低噪声放大后的信号进行带通滤波；
[0073]
所述放大器203对滤波后的信号进行放大转换为射频输出信号。
[0074]
一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备，还包括：
[0075]
数字组件：包含40gsps单比特adc3和fpga4；
[0076]
所述40gsps单比特adc的输入端与所述放大器输出端相连接，将射频输出信号进行模数转换输出采样信号；
[0077]
所述fpga接受所述40gsps单比特adc的采样信号并进行频率测量，最终输出测频结果。
[0078]
一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备，组成主要包括：天线、微波组件、数字组件和电源组件。其中，天线主要实现射频信号的接收，将接收的电磁波信号转换为电信号。
[0079]
微波组件包括低噪声放大器、带通滤波器和放大器，低噪声放大器输入端与天线连接，低噪声放大器输出端与带通滤波器输入端连接，实现信号的低噪声放大；带通滤波器将低噪声放大后的信号进行带通滤波；放大器对滤波后的信号进行放大转换为射频输出信号。
[0080]
数字组件包含40gsps单比特adc和fpga，40gsps单比特adc输入端与放大器输出端连接，将射频输出信号进行模数转换输出采样信号；fpga接收单比特adc的采样信号并进行频率测量，最终输出测频结果。电源组件为微波组件及数字组件提供正常工作所需要的直流电源。
[0081]
实施例一
[0082]
请参阅图2，一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，对100mhz信号的测频处理流程：100mhz射频信号s(t)经过带通滤波、放大后的射频输出数据，经过采样率fs＝40gsps的单比特adc采样后得到单比特采样数据s(n)，对单比特采样数据进行循环相关处理后得到循环相关计算结果s(k)，经过希尔伯特变换后得到希尔波特变换实部i(k)及虚部q(k)，计算希尔伯特变换结果的瞬时相位φ(k)，进行相位差分计算并解相位模糊δφ(k)，均值统计结果瞬时频率计算结果
[0083]
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。

技术特征：

1.一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、无线及微波组件完成射频信号的接收处理，经过单比特高速adc采样后，产生采样信号输出给fpga；s2、fpga接收到n点采样信号后，对采样信号进行循环相关计算；s3、对循环相关计算后的序列进行希尔伯特变换，得到变换后的序列实部i(k)和虚部q(k)；s4、计算瞬时相位序列；s5、对瞬时相位序列进行差分计算并解相位模糊；s6、均值统计；s7、计算瞬时频率。2.根据权利要求1所述的一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，其特征在于：所述s2中，采样信号进行循环相关计算为：其中，s(k)为循环相关结果；n为采样点总数；i为采样点顺序数；s(i)为原始采样信号；s
k
(i)为原始采样信号向右循环移位k个点后的数据。3.根据权利要求2所述的一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，其特征在于，所述s4中，瞬时相位序列φ(k)的计算方法为：4.根据权利要求3所述的一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，其特征在于，所述s4中，瞬时相位序列进行差分计算并解相位模糊的计算方法为：如果φ(k+1)-φ(k)≥π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)-2π如果φ(k+1)-φ(k)≤-π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)+2π如果-π＜φ(k+1)-φ(k)＜π，则δφ(k)＝φ(k+1)-φ(k)其中，δφ(k)为φ(k)的相位差分计算结果。5.根据权利要求4所述的一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，其特征在于，所述s6中，均值统计的方法为：6.根据权利要求5所述的一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法，其特征在于，所述s7中，瞬时频率的计算方法为：
其中，f为瞬时频率计算结果，f
s
为采样率。7.一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备，其用于实现如权利要求1至6任一所述的基于单比特接收的宽带瞬时测频方法。8.根据权利要求7所述的一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备，其特征在于，包括：天线：用于实现射频信号的接收，将接收的电磁波信号转换为电信号；微波组件：包括低噪声放大器、带通滤波器和放大器；所述低噪声放大器输入端与所述天线相连接；所述低噪声放大器输出端与所述带通滤波器输入端相连接，以实现信号的低噪声放大；所述带通滤波器将低噪声放大后的信号进行带通滤波；所述放大器对滤波后的信号进行放大转换为射频输出信号。9.根据权利要求8所述的一种基于单比特接收的宽带瞬时测频设备，其特征在于，还包括：数字组件：包含40gsps单比特adc和fpga；所述40gsps单比特adc的输入端与所述放大器输出端相连接，将射频输出信号进行模数转换输出采样信号；所述fpga接受所述40gsps单比特adc的采样信号并进行频率测量，最终输出测频结果。

技术总结

本发明提供一种基于单比特接收的宽带瞬时测频方法及设备，该方法通过40Gsps采样率的超高速单比特ADC对射频信号进行直接采样，通过瞬时测频方法实现0.1GHz至18GHz信号的瞬时测频。本发明通过时域相关检测技术实现宽带瞬时测频，具有计算复杂度低、瞬时带宽宽等优点，通用性及工程可实现性强。通用性及工程可实现性强。通用性及工程可实现性强。