DBF系統(tǒng)的數(shù)字正交相干檢波設(shè)計(jì)

摘要：結(jié)合某具體工程實(shí)例討論了帶通信號(hào)采樣定理，在此基礎(chǔ)上研究了數(shù)字正交相干檢波技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)仿真和性能分析表明，該設(shè)計(jì)對(duì)其他工程具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：帶通信號(hào)采用；數(shù)字正交相干檢波；FIR濾波器

隨著信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)接收通道性能的要求越來(lái)越高。其關(guān)鍵技術(shù)之一就是對(duì)模擬帶通信號(hào)進(jìn)行正交相干檢波，得到其復(fù)包絡(luò)而獲得全部信息，為后續(xù)處理提供高質(zhì)量的原始信號(hào)，它的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著較大的影響。特別是在多通道數(shù)字波束形成(DBF)體制的雷達(dá)中，各通道數(shù)據(jù)的一致性有更高的要求。傳統(tǒng)的正交相干檢波是通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，由于模擬器件本身的一致性、穩(wěn)定性、精度等因素，其存在幅相誤差大、零漂等缺點(diǎn)，鏡頻抑制比(IR)低難以做到-30 dB。

隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等器件的運(yùn)算速度的增加，對(duì)信號(hào)在中頻直接采樣已成為可能，信號(hào)數(shù)字化極大的靠近天線(xiàn)端，符合信號(hào)處理的發(fā)展趨勢(shì)。正交相干檢波主要有低通濾波器法、數(shù)字乘積檢波器法、Hilbert變換法、Bessel插值法等4種方法，這些方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程特點(diǎn)各有不同，但在基本原理上是一致的，可以用低通濾波器來(lái)統(tǒng)一描述如圖2所示。文中主要結(jié)合某DBF系統(tǒng)，采用低通濾波器法分析了數(shù)字正交相干檢波的原理和過(guò)程，總結(jié)了其中的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 帶通信號(hào)采樣定理
雷達(dá)接收機(jī)接收的中頻信號(hào)可用式(1)，式(2)表示為

其中，X(t)為帶通信號(hào)；fo為中頻頻率；α(t)、φ(t)分別為信號(hào)的幅度和相位。x(t)為包含了其所有信息的復(fù)包絡(luò)信號(hào)；I、Q分別為X(t)的同相分量和正交分量。分析表明，當(dāng)I和Q之間存在相位不正交和增益不一致時(shí)會(huì)產(chǎn)生與所要的理想單邊帶譜對(duì)稱(chēng)的鏡頻分量，IR是衡量正交相干檢波性能的主要指標(biāo)之一。