雷达数字中频接收机及数据处理系统

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1、雷达数字接收机及数据处理系统一、前言软件无线电的思想已在通信、雷达等领域进行了应用性研究，并取得了可喜的成果。其高性能数字式接收系统中，常以高速ADC和高性能DSP为基础，以现代的先进信号处理技术为核心。中频接收机中采用数字混频法（直接中频采样、数字下变频、数字I/Q解调）或直接I/Q采集法得到数字正交信号，降低了转换误差、得到了良好的幅度平衡度和相位平衡度、提高了正交性、消除了零点漂移。这表明了在镜频抑制比上的明显优势。尽管如此，完全软件无线电尚未实用化，究其原因主要是接入瓶颈的限制，即ADC很难在速度、分辨率、价格方面同时占优，高速、高分辨ADC制作难度较大，导致在要求极宽动态范围的多通

2、道宽带接收机（使用AGC会导致强信号压制弱信号的问题）或雷达接收机中实用化的难度。二、数字中频系统欠采样原理可有效降低对中频的采样率，现代数字信号处理理论指出了在ADC有限动态范围条件下提高系统信噪比SNR的办法，先进的数字信号处理器技术为实现这种算法提供了实现空间。目前，国内外同行已着手或正在进行这方面的研究和尝试。我们要解决的主要问题是从直接中频采集中获得足够宽的动态范围，并研究合适的处理算法以及获取性能足够高的信号处理器。①直接中频采集变换单元：a)根据Shannon通带采样原理[(2fo+B)/(K+1)≤fs≤(2fo-B)/K，且fs≥2B，K为任意正整数，则信号被不失真采样]，

3、采样率不必高于中频上边频的两倍，这是欠采样原理。高采样率将ADC的噪声基底Noise_Floor=6.02N+1.76+10log(fs/2)分布到更宽的频带而被压得更低，因此在ADC允许的条件下尽可能提高采样率将对噪声特性有利。b)高分辨率高速采集：宽的模拟信号输入带宽、低的采样时钟的相位抖动和加颤（或称加扰）Dither技术[可使噪声频谱扩展，噪声电平相对降低，相应的会增加无杂散信号动态范围SFDR和降低非线性误差DNL]是提高ADC性能的关键，模/数隔离和有效的抗干扰措施是实现ADC高性能的保证，二者既重要又艰难。②数字中频信号处理单元：a)在有限条件下提高系统动态范围：ADC自身的动

4、态范围不能光靠提高分辨率指标获得，并且分辨率也不能无限提高，因此只有依赖于从噪声中挖掘信号的办法来提高动态范围，包括抽取处理增益、低信噪比处理增益和近饱和处理增益，这要探讨比较合理的算法。a)根据信号处理理论SNR=6.02N+1.76+10log(fs/2B)，高转换率抽取为低采样率将导致SNR的改善，从而获得处理增益10log(fs/2B)，提高系统动态范围。b)如果雷达数据进行脉间平均，则由于回波信号的脉间相参性/相关性，平滑后噪声被抑制，系统信噪比SNR也略有提高（相参雷达约有近4dB的收益。）c)中频采样不同于基带采样，只要设置合适的ADC饱和点，则可通过某种校正方法获得部分饱和处

5、理增益（国外已获得约6dB的饱和处理增益。）②数字正交处理单元：a)数字中频通过和复本振信号数字混频并通过数字滤波器处理可得到正交基带信号。b)当使用I/Q直接采样[fs=4fo/(2M-1)≥2B(M为正整数)]时，可采用希尔伯特变换、数字内插或多相滤波等多种方法得到正交基带信号。③数字信号处理器单元（DSP应用程序）：a)基于DSP的信号处理器实际上就是实现某种算法的程序代码。利用MATLAB这一强有力的理论/工程工具平台，可仿真、验证算法的有效性，对最新DSP器件进行控制/算法编程，可灵活实现相应处理功能，并保证接收机动态范围比ADC有更大的提高。b)寻求最佳正交处理及滤波算法：不同的

6、正交处理方法要求不同的滤波算法，其实现难度也有较大差异，同时还会导致解调信号性能的优劣。合适的中频、采样频率，可较好的抑制带外信号。④研究准备：a)已对Dither、降时钟抖动、高速采集、欠采样、数字中频正交处理、获取处理增益等方面的原理和实现技术进行了较为深入的探讨，这将对全面的研究、的实施和进一步的探讨有所帮助。b)初步探索：由(自行制作的双通道80MHz宽带/20MSPS高速/12bits高分辨)模数转换电路采集得到的雷达数据和计算机仿真数字正交结果的初步比较，定性说明本项目的可行性。c)相关工作经验：中频线性放大器、中频瞬时AGC、模拟正交解调电路、ASIC、高速接口、DSP软硬件系

7、统的开发经验以及雷达系统的研发、调试、安装经验。d)相关项目研究的借鉴：教育部青年骨干教师资助项目“5公分天气常规雷达多参数化改造的研究”涉及的相位信息问题有一定的相关性。e)已有工作条件：雷达系统、逻辑分析仪、MATLAB工具软件平台、中级DSP开发系统及软件仿真器、EPLD开发系统、宽带高速高分辨ADC器件（250MHz、65MSPS、14bits）。①创新性a)系统：窄动态范围数字接收处理技术目前国内已