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          正交相干檢波方法及FPGA的實(shí)現(xiàn)

          作者: 時(shí)間:2018-09-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          引言
          現(xiàn)代雷達(dá)普遍采用相參信號(hào)來進(jìn)行處理,而如何獲得高精度基帶數(shù)字正交(I,Q)信號(hào)是整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)處理成敗的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的做法是采用模擬相位檢波器來得到I、Q信號(hào),其正交性能一般為:幅度平衡在2%左右,相位正交誤差在2°左右,即幅相誤差引入的鏡像功率在-34 dB左右。這樣的技術(shù)性能限制了信號(hào)處理器性能的提高。為此,近年來提出了對(duì)低中頻直接采樣恢復(fù)I、Q信號(hào)的數(shù)字相位檢波器。隨著高位、高速A/D的普遍應(yīng)用,數(shù)字相位檢波的實(shí)現(xiàn)已成為可能。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201809/388820.htm

          本文介紹了一種正交,并給出了其的實(shí)現(xiàn)方案。

          1 基本原理
          1.1 中頻信號(hào)分解的基本原理

          一個(gè)帶通信號(hào)通常可表示為:

          其中,xI(t)、xQ(t)分別是s(t)的同相分量和正交分量。ω0為載頻,a (t)、φ(t)分別為包絡(luò)和相位。它們之間具有如下關(guān)系:

          所構(gòu)成的復(fù)包絡(luò)信號(hào)為,該信號(hào)包含了式(1)中的所有信息。
          要對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行直接采樣,首先要保證采樣后的頻譜不發(fā)生混疊。根據(jù)基本的采樣理論,即Nvquist采樣定理要求以不低于信號(hào)最高頻率兩倍的采樣速率對(duì)信號(hào)直接采樣,才能保證所得到的離散采樣值能夠準(zhǔn)確地確定信號(hào)。然而,如果信號(hào)的頻率分布在某一有限頻帶上,而且信號(hào)的最高頻率fH遠(yuǎn)大于信號(hào)的帶寬,那么,此時(shí)若仍按Nyquist采樣率來采樣,則其采樣頻率就會(huì)很高,以致難以實(shí)現(xiàn),或是后續(xù)處理的速度不能滿足要求。因此,此時(shí)就要用到帶通采樣理論。
          所謂帶通采樣定理,即設(shè)一個(gè)頻率帶限信號(hào)選x(t),其頻帶限制在(fL,fH)內(nèi),此時(shí),如果其采樣速率滿足:

          式中,n取能滿足fs≥2(fH-fL)的最大正整數(shù)(O,1,2,……),則用fs進(jìn)行等間隔采樣所得到的信號(hào)采樣值就能準(zhǔn)確地確定原始信號(hào)。
          式(4)中的fs用帶通中心頻率f0和頻帶寬度B可表示為:

          其中,,n為整數(shù),且要求滿足fs≥2B,B為信號(hào)帶寬。
          值得指出的是,上述帶通采樣定理適用的前提條件是:只允許在其中的一個(gè)頻帶上存在信號(hào),而不允許在不同的頻帶上同時(shí)存在信號(hào),否則將會(huì)引起信號(hào)混疊。
          1.2 Bessel插值法基本原理
          設(shè)A/D變換輸入的窄帶中頻信號(hào)為:

          式中,A(t)為幅度,f0為中頻頻率,φ(t)為初相,τ為回波脈沖寬度。
          假設(shè)式(5)中n=2,則采樣頻率。事實(shí)上,若對(duì)窄帶中頻信號(hào)采樣,則第N個(gè)采樣點(diǎn)離散形式為:

          式中,為采樣間隔。

          另外,由貝塞爾內(nèi)插公式知,其8點(diǎn)中值公式為:

          式中,I2、I4、I6、I8為已知點(diǎn),為,I2、I4、I6、I8的中值點(diǎn)。
          在實(shí)際應(yīng)用中,考慮到的特性,可將
          (8)式改寫成以下形式:

          這樣,對(duì)于下列時(shí)間序列:Q1、I2、Q3、I4、Q5、I6、Q7、I8,按式(9)即可求出,而Q5即為兩組正交信號(hào)。由此就可得到內(nèi)插運(yùn)算的原理框圖如圖1所示。



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