CN112034429A - 一种消除干扰自激的自适应数字对消方法 - Google Patents

一种消除干扰自激的自适应数字对消方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除干扰自激的自适应数字对消方法，首先，通过FPGA中的DDS模块产生具有一定带宽和脉宽的线性调频信号Sj，经过耦合回路后得到校准信号S'j，并计算校准信号S'j相对线性调频信号Sj的延迟时钟周期个数ND；其次，对于任意干扰信号J0通过耦合回路后得到耦合信号J'0，同时将干扰信号J0延迟ND个时钟周期得到对齐信号J0D；再次，在耦合信号J'0的有效脉冲信号到达后，计算对齐信号J0D与耦合信号J'0的平均相位差
Figure DDA0002357165220000011
和平均幅度比
Figure DDA0002357165220000012
然后，基于DDA模块将对齐信号J0D按照平均相位差
Figure DDA0002357165220000013
和平均幅度比
Figure DDA0002357165220000014
进行调相和调幅，得到参考信号Jr，并用耦合信号J'0减去参考信号Jr得到对消信号Suse；最后，判断对消信号Suse的幅度A与检测门限Thd的关系，决定是否执行后续干扰操作。

Description

一种消除干扰自激的自适应数字对消方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，特别是一种消除干扰自激的自适应数字对消 方法。
背景技术
随着雷达处理技术的不断发展，干扰机为适应远程支援干扰或自卫干扰的作 战需求，需要具备高信号接收灵敏度和发射大功率干扰信号。这使得搭载在地面 平台或低空平台上使用的干扰机容易接收到被障碍物反射回的干扰信号而引起 设备自激，影响干扰机的正常工作。针对这一现象，常用的解决办法有两种：
一种是通过对干扰机发射和接收天线隔离设计，使耦合到干扰机接收天线的 信号功率低于接收灵敏度。但干扰机发射和接收天线隔离度与设备的空间、尺寸 和体积等条件密切相关，对于尺寸和体积较小的干扰机，很难通过干扰机发射和 接收天线隔离设计解决干扰机自激工作的问题。
王永华在《毫米波段连续波雷达天线隔离度设计》一文中，提出在天线收发 天线间加装扼流槽，铺设微波吸波材料以及安装具有滤波功能的微波光子晶体结 构等隔离措施，提高收发天线间的隔离度。该方法牺牲了天线波束范围内天线增 益，提高了对干扰机功放的增益要求。
另一种是对干扰机的发射功率和接收灵敏度进行控制，在侦察窗内采用高灵 敏度侦收信号，获取信号的功率信息，在干扰窗内通过降低灵敏度和发射功率的 方式防止设备自激。这种方法可以保证对单一信号的干扰效果，但无法应对同时 存在多个功率差异较大信号的情况。
曾茂生在《提高电子战***收发隔离的方法研究》一文中，提出了在时分工 作模式下进行灵敏度控制的方法。继承了降低灵敏度和收发时分工作的有点，对 多个目标干扰非常有利，但无法对同时存在的弱信号产生有效干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除干扰自激的自适应数字对消方法，针对高接 收灵敏度、大发射功率干扰机搭载在地面平台或低空平台上使用时容易自激的问 题，本发明实现简单，无需增加额外的硬件成本，只需基于干扰机原有的数字储 频FPGA便可实施，同时在对消阶段不影响信号接收以及干扰信号发射。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种消除干扰自激的自适应数字对消方 法，步骤如下：
步骤1、通过FPGA中的DDS模块产生具有一定带宽和脉宽的线性调频信 号Sj，将线性调频信号Sj通过DA输出，经过上变频模块、功放、发射天线、 接收天线、下变频模块、AD后得到校准信号S′j，通过计算线性调频信号Sj和校 准信号S′j同一时刻相位差的平均变化量
Figure BDA0002357165200000021
结合线性调频信号Sj的调频斜率 K和***工作时钟T0，得到校准信号S′j相对线性调频信号Sj的延迟时钟周期个 数ND；
步骤2、对于任意干扰信号J0通过DA输出，经过上变频模块、功放、发射 天线、接收天线、下变频模块、AD后得到耦合信号J′0，同时将干扰信号J0延迟 ND个时钟周期得到对齐信号J0D；
步骤3、在耦合信号J'0的有效脉冲信号到达后，计算对齐信号J0D与耦合信 号J'0的平均相位差
Figure BDA0002357165200000022
和平均幅度比
Figure BDA0002357165200000023
步骤4、基于DDA模块将对齐信号J0D按照平均相位差
Figure BDA0002357165200000024
和平均幅度比
Figure BDA0002357165200000025
进行调相和调幅，得到参考信号Jr，并用耦合信号J'0减去参考信号Jr得到对消 信号Suse；
步骤5、判断对消信号Suse的幅度A与检测门限Thd的关系，若幅度A小于 检测门限Thd，则对消信号Suse无效，不进行下一步干扰操作，若幅度A大于检 测门限Thd，则对消信号Suse有效，执行后续干扰操作。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)能够消除设备的自激现象；2) 不影响设备工作且无需增加硬件成本；3)可应用于雷达、干扰机等信号收发装 置。
附图说明
图1为本发明一种消除干扰自激的自适应数字对消方法的流程图。
图2为本发明中线性调频信号的数字采样图。
图3为本发明中校准信号的数字采样图。
图4为本发明中计算出校准相位的结果曲线图。
图5为本发明中耦合信号的数字采样图。
图6为本发明中对齐信号的数字采样图。
图7为本发明中计算出相位差的结果曲线图。
图8为本发明中计算出幅度比的结果曲线图。
图9为本发明中对消信号的数字采样图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明的一种消除干扰自激的自适应数字对消方法，包括以下步 骤：
步骤1、通过FPGA中的DDS模块产生具有一定带宽和脉宽的线性调频信 号Sj，将线性调频信号Sj通过DA输出，经过上变频模块、功放、发射天线、 接收天线、下变频模块、AD后得到校准信号S′j，通过计算线性调频信号Sj和校 准信号S′j同一时刻相位差的平均变化量
Figure BDA0002357165200000031
结合线性调频信号Sj的调频斜率 K和***工作时钟T0，得到校准信号S′j相对线性调频信号Sj的延迟时钟周期个 数ND；其中对获取校准信号S′j相对线性调频信号Sj的延迟时钟周期个数ND具 体包括以下步骤：
步骤1-1、将线性调频信号Sj进行IQ正交分解，得到线性调频信号Sj的实 部SjReal和虚部SjImag；
步骤1-2、计算n时刻校准相位差
Figure BDA0002357165200000032
和p时刻校准相位 差
Figure BDA0002357165200000033
其中at a n(表示四象限反正切，变量 x(n)＝S'j(n+1)SjReal(n)-S'j(n)SjReal(n+1)，y(n)＝S'j(n+1)SjImag(n)-S'j(n)SjImag(n+1)， x(p)＝S'j(p+1)SjReal(p)-S'j(p)SjReal(p+1)，y(p)＝S'j(p+1)SjImag(p)-S'j(p)SjImag(p+1)， n、p均为正整数，且n＜p；
步骤1-3、计算平均变化量
Figure BDA0002357165200000034
步骤1-4、依据平均变化量
Figure BDA0002357165200000035
结合线性调频信号Sj的调频斜率K和*** 工作时钟T0，得到延迟时钟周期个数
Figure BDA0002357165200000041
步骤2、对于任意干扰信号J0通过DA输出，经过上变频模块、功放、发射 天线、接收天线、下变频模块、AD后得到耦合信号J'0，同时将干扰信号J0延迟 ND个时钟周期得到对齐信号J0D。
步骤3、在耦合信号J'0的有效脉冲信号到达后，计算对齐信号J0D与耦合信 号J'0的平均相位差
Figure BDA0002357165200000042
和平均幅度比
Figure BDA0002357165200000043
其中对计算对齐信号J0D与耦合信号 J'0的平均相位差
Figure BDA0002357165200000044
和平均幅度比
Figure BDA0002357165200000045
具体包括以下步骤：
步骤3-1、将对齐信号J0D进行IQ正交分解，得到对齐信号J0D的实部JDReal和虚部JDImag；
步骤3-2、取耦合信号J'0中一段有效数据段[g,h]，令时刻i∈[g,h]，计算i时 刻相位差
Figure RE-GDA0002745998090000046
其中atan(.)表示四象限反正切，变量 f(i)＝J'0(i+1)JDReal(i)-J'0(i)JDReal(i+1)，z(i)＝J'0(i+1)JDImag(i)-J'0(i)JDImag(i+1)， g、h均为正整数，且g＜h；
步骤3-3、计算i时刻幅度比AD(i)：
Figure BDA0002357165200000047
其中cos(.)为余弦函数， sin(.)为正弦函数；
步骤3-4、计算平均相位差
Figure BDA0002357165200000048
平均幅度比
Figure BDA0002357165200000049
步骤4、基于DDA模块将对齐信号J0D按照平均相位差
Figure BDA00023571652000000410
和平均幅度比
Figure BDA00023571652000000411
进行调相和调幅，得到参考信号Jr，并用耦合信号J'0减去参考信号Jr得到对消 信号Suse；
步骤5、判断对消信号Suse的幅度A与检测门限Thd的关系，若幅度A小于 检测门限Thd，则对消信号Suse无效，不进行下一步干扰操作，若幅度A大于检 测门限Thd，则对消信号Suse有效，执行后续干扰操作。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：
实例：
设目标信号为线性调频信号，带宽10MHz，脉宽4us，重周100us；FGPA 采样XC7K410T-2FFG，***工作时钟为T0＝5.3ns。按照本专利公开的一种消除 干扰自激的自适应数字对消方法，其处理步骤具体如下：
步骤1、通过FPGA中的DDS模块产生带宽10Mhz和脉宽的4us的线性调 频信号Sj，其数字采样图如图2所示，将线性调频信号Sj通过DA输出，经过 上变频模块、功放、发射天线、接收天线、下变频模块、AD后得到校准信号S′j， 其数字采样图如图3所示，对获取校准信号S′j相对线性调频信号Sj的延迟时钟 周期个数ND具体包括以下步骤：
步骤11、将线性调频信号Sj进行IQ正交分解，得到线性调频信号Sj的实 部SjReal和虚部SjImag；
步骤12、计算n时刻校准相位差
Figure BDA0002357165200000051
和p时刻校准相位 差
Figure BDA0002357165200000052
校准相位差的结果曲线如图4所示，n＝300，
Figure BDA0002357165200000053
p＝500，
Figure BDA0002357165200000054
步骤13、计算平均变化量
Figure BDA0002357165200000055
步骤14、依据平均变化量
Figure BDA0002357165200000056
结合线性调频信号Sj的调频斜率K和*** 工作时钟T0，得到延迟时钟周期个数
Figure BDA0002357165200000057
步骤2、对于任意干扰信号J0通过DA输出，经过上变频模块、功放、发射 天线、接收天线、下变频模块、AD后得到耦合信号J'0，其数字采样图如图5所 示，同时将干扰信号J0延迟13个时钟周期得到对齐信号J0D，其数字采样图如 图6所示；
步骤3、在耦合信号J'0的有效脉冲信号到达后，计算对齐信号J0D与耦合信 号J'0的平均相位差
Figure BDA0002357165200000058
和平均幅度比
Figure BDA0002357165200000059
具体包括以下步骤：
步骤31、将对齐信号J0D进行IQ正交分解，得到对齐信号J0D的实部JDReal和虚部JDImag；
步骤32、取耦合信号J'0中一段有效数据段[g,h]，g＝400，h＝600，令时 刻i∈[g,h]，计算i时刻相位差
Figure BDA0002357165200000061
相位差的结果曲线图如 图7所示；
步骤33、计算i时刻幅度比
Figure BDA0002357165200000062
结果曲线图如图8所示；
步骤34、计算平均相位差
Figure BDA0002357165200000063
平均幅度比
Figure BDA0002357165200000064
步骤4、基于DDA模块将对齐信号J0D按照平均相位差
Figure BDA0002357165200000065
和平均幅度比
Figure BDA0002357165200000066
进行调相和调幅，得到参考信号Jr，并用耦合信号J'0减去参考信号Jr得到对消 信号Suse，其数字采样图如图9所示。
步骤5、判断对消信号Suse的幅度A与检测门限Thd的关系，若幅度A小于 检测门限Thd，则对消信号Suse无效，不进行下一步干扰操作，若幅度A大于检 测门限Thd，则对消信号Suse有效，执行后续干扰操作。当设置检测门限Thd＝20 时，由图9可以看出对消信号Suse的有效数据段低于检测门限，不进行下一步干 扰操作，可以防止设备自激工作。

Claims (3)

1.一种消除干扰自激的自适应数字对消方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过FPGA中的DDS模块产生具有一定带宽和脉宽的线性调频信号Sj，将线性调频信号Sj通过DA输出，经过上变频模块、功放、发射天线、接收天线、下变频模块、AD后得到校准信号S′j，通过计算线性调频信号Sj和校准信号S′j同一时刻相位差的平均变化量
Figure FDA0002357165190000011
结合线性调频信号Sj的调频斜率K和***工作时钟T0，得到校准信号S′j相对线性调频信号Sj的延迟时钟周期个数ND；
步骤2、对于任意干扰信号J0通过DA输出，经过上变频模块、功放、发射天线、接收天线、下变频模块、AD后得到耦合信号J'0，同时将干扰信号J0延迟ND个时钟周期得到对齐信号J0D；
步骤3、在耦合信号J'0的有效脉冲信号到达后，计算对齐信号J0D与耦合信号J'0的平均相位差
Figure FDA0002357165190000012
和平均幅度比
Figure FDA0002357165190000013
步骤4、基于DDA模块将对齐信号J0D按照平均相位差
Figure FDA0002357165190000014
和平均幅度比
Figure FDA0002357165190000015
进行调相和调幅，得到参考信号Jr，并用耦合信号J'0减去参考信号Jr得到对消信号Suse；
步骤5、判断对消信号Suse的幅度A与检测门限Thd的关系，若幅度A小于检测门限Thd，则对消信号Suse无效，不进行下一步干扰操作，若幅度A大于检测门限Thd，则对消信号Suse有效，执行后续干扰操作。
2.根据权利要求1所述的一种消除干扰自激的自适应数字对消方法，其特征在于，步骤1中对获取校准信号S′j相对线性调频信号Sj的延迟时钟周期个数ND，具体包括以下步骤：
步骤1-1、将线性调频信号Sj进行IQ正交分解，得到线性调频信号Sj的实部SjReal和虚部SjImag；
步骤1-2、计算n时刻校准相位差
Figure FDA0002357165190000016
和p时刻校准相位差
Figure FDA0002357165190000017
其中atan(表示四象限反正切，变量x(n)＝S'j(n+1)SjReal(n)-S'j(n)SjReal(n+1)，y(n)＝S'j(n+1)SjImag(n)-S'j(n)SjImag(n+1)，x(p)＝S'j(p+1)SjReal(p)-S'j(p)SjReal(p+1)，y(p)＝S'j(p+1)SjImag(p)-S'j(p)SjImag(p+1)，n、p均为正整数，且n＜p；
步骤1-3、计算平均变化量
Figure FDA0002357165190000021
步骤1-4、依据平均变化量
Figure FDA0002357165190000022
结合线性调频信号Sj的调频斜率K和***工作时钟T0，得到延迟时钟周期个数
Figure FDA0002357165190000023
3.根据权利要求1所述的一种消除干扰自激的自适应数字对消方法，其特征在于，步骤3对计算对齐信号J0D与耦合信号J'0的平均相位差
Figure RE-FDA0002594585210000024
和平均幅度比
Figure RE-FDA0002594585210000025
具体包括以下步骤：
步骤3-1、将对齐信号J0D进行IQ正交分解，得到对齐信号J0D的实部JDReal和虚部JDImag；
步骤3-2、取耦合信号J'0中一段有效数据段[g,h]，令时刻i∈[g,h]，计算i时刻相位差
Figure RE-FDA0002594585210000026
其中atan(.)表示四象限反正切，变量f(i)＝J'0(i+1)JDReal(i)-J'0(i)JDReal(i+1)，z(i)＝J'0(i+1)JDImag(i)-J'0(i)JDImag(i+1)，g、h均为正整数，且g<h；
步骤3-3、计算i时刻幅度比AD(i)：
Figure RE-FDA0002594585210000027
其中cos(.)为余弦函数，sin(.)为正弦函数；
步骤3-4、计算平均相位差
Figure RE-FDA0002594585210000028
平均幅度比
Figure RE-FDA0002594585210000029
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张序琦: "首页-基于数字信号处理的无源互调干扰对消", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）信息科技辑》 *

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