自適應(yīng)多普勒頻移的二相碼信號(hào)處理技術(shù)方案及原理解析

1 1 2 8 13 14 14 15 16 17 18 20 221空域范圍、多普勒頻移越大則搜索時(shí)間越長(zhǎng)。二相碼信號(hào)、BPSK調(diào)相信號(hào)等二當(dāng)探測(cè)設(shè)備采用高頻率穩(wěn)定度的頻綜時(shí)，收發(fā)信號(hào)的頻偏主要是多普勒頻3）首次發(fā)現(xiàn)了各信號(hào)與基帶信號(hào)之間的規(guī)律：多普勒頻移的同相信號(hào)及正2到多普勒頻移的同相信號(hào)及正交信號(hào)；四路并行計(jì)算I+Q、I－Q、－I－Q、Q－I，產(chǎn)生四個(gè)片段信號(hào)；因?yàn)?60°包括四個(gè)象限，在第m個(gè)象限里，第m個(gè)片段信號(hào)與基帶信號(hào)同相，m=1～4；多普勒頻移的同相信號(hào)及正交信號(hào)的極a)在脈內(nèi)檢測(cè)提取多普勒頻移的波形。即檢測(cè)并提取收發(fā)信號(hào)頻偏的同相將中頻信號(hào)A/D采樣、正交變換，得到一對(duì)信號(hào)：I路信號(hào)I=sin(x+θ)，Q路信號(hào)Q=cos(x+θ)。其中，θ是調(diào)相信息，x是收發(fā)信號(hào)的瞬時(shí)相位差，去掉了調(diào)相信息θ,得到收發(fā)信號(hào)頻偏的二倍頻信號(hào)sin(2x)，然后二分頻得到收發(fā)信號(hào)頻偏的同相信號(hào)sinx及收發(fā)信號(hào)頻偏的正交信號(hào)cosx。檢測(cè)并提取收發(fā)信號(hào)頻偏的同相信號(hào)及正交信號(hào)的原理見(jiàn)圖2。收發(fā)信號(hào)頻偏的二倍頻信號(hào)sin(2x)、收發(fā)信號(hào)頻偏的同相信號(hào)sinx及正交信號(hào)cosI=sin(x+θ)sin(2x)sin(2x)3sinsin(2x)圖3收發(fā)信號(hào)頻偏的二倍頻信號(hào)sin(2x)、收發(fā)信號(hào)頻偏的同相信號(hào)sinx及正交信號(hào)cosx波形sinx+cosx=sin(x+0.25τ)，標(biāo)記為片段信號(hào)F1，等同于將正弦sinx移相0.25τ;?0.25τ;相?0.75τ;cosx?sinx=sin(x?1.25τ)，標(biāo)記為片段信號(hào)F4，等同于將正弦sinx移相?1.25τ。4四個(gè)片段信號(hào)聯(lián)合覆蓋了正弦信號(hào)sinx的完整周期2τ。圖5四個(gè)片段信號(hào)與正弦信號(hào)sinx、余弦信號(hào)cosx的相位關(guān)系567片段信號(hào)F1反相反相跳同相片段信號(hào)F2反相跳同相同相跳反相反相反相反相跳同相反相反相跳同相片段信號(hào)F1片段信號(hào)F2根據(jù)上述原理，將I路信號(hào)、Q路信號(hào)進(jìn)行四路并行運(yùn)算：I+Q、I?Q、(?I)+(?Q)、Q?I，分別得到四個(gè)片段信號(hào)8RF(t)=sin(2τf0t+θ)…………………(1)式中：f0是射頻載波頻率；t是時(shí)間；θ取值0或π,當(dāng)θ=0則RF(t)是正值，當(dāng)θ=π則RF(t)是負(fù)值，分別代表二進(jìn)制信息1、-1，對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)1、0。RF(t)'=sin(2τ(f0+fΔ)t+θ+φ)…………………(2)），9探測(cè)設(shè)備把接收的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻為中頻信號(hào)，中頻信號(hào)的數(shù)學(xué)模型IF(t)=sin(2τ(fI+fΔ)t+θ+φ)…………………(3)式中：fI是中頻信號(hào)頻率?？梢?jiàn)，收發(fā)信號(hào)的頻偏fΔ對(duì)基帶信號(hào)實(shí)施了頻率調(diào)制，收發(fā)信號(hào)之間的相位差為2τfΔt+φ,相位差2τfΔt+φ處于0～2π,在①象限、②象限、③象限、④象限其一，若相位差2τfΔt+φ處于①象限，RF(t)'(2)中頻數(shù)字采樣。對(duì)中頻信號(hào)IF(t)進(jìn)行A/D采樣，fI=30MHz，采樣時(shí)鐘頻率fS=120MHz，fS=4fI，得到中頻信號(hào)的數(shù)字信號(hào)，其數(shù)學(xué)IF(n)=sin(2τ(fI+fΔ)n+θ+φ)…………………(4)由數(shù)控振蕩器生成一對(duì)數(shù)字的正交信號(hào)：正弦信號(hào)sin2τ(fI?fP)n、余弦信號(hào)cos2τ(fI?fP)n，二者的輸出頻率均為fI?fP，距中頻頻率fI的中心偏離了fP，fP為多普勒頻移范圍，把頻率拉偏的目的是為了把負(fù)值的多普勒頻移也搬圍設(shè)計(jì)為±300kHz，令fP=600kHz。(3)正交變換。將數(shù)字信號(hào)IF(n)分別與余弦信號(hào)cos2τ(fI?fP)n及正弦信號(hào)sin2τ(fI?fP)n相乘，進(jìn)行數(shù)字下變頻正交變換，分別低通濾波，生成I路、Q路兩路信號(hào)，忽略常系數(shù)后，令fΔP=fΔ+fP，上述把頻率拉偏因此fΔP永為正值，令x=2τ(fΔP)n+φ,x是收發(fā)信號(hào)的瞬時(shí)相位差，得到I路信號(hào)I=sin(2τ(fΔP)n+θ+φ)=sin(x+θ)、Q路信號(hào)Q=cos(2τ(fΔP)n+θ+φ)=cos(x+θ)。取I路信號(hào)、Q路信號(hào)的符號(hào)位，得到一對(duì)信號(hào)IFG、QFG，將二者相乘（即求異或）IFG×QFG=sin2(x+θ)=sin2x，將其經(jīng)過(guò)窄脈沖濾波，進(jìn)行數(shù)字二分頻得到一對(duì)方波信號(hào)：AS2信號(hào)、AS1信號(hào)。AS2信號(hào)是收發(fā)信號(hào)頻偏的同相信號(hào)sinx的方波。AS1信號(hào)是收發(fā)信號(hào)頻偏的正交信號(hào)cosx的方波。sinx及cosx運(yùn)算，得到I+Q、I?Q、(?I)+(?Q)、Q?I四路運(yùn)算結(jié)果，各取這四路運(yùn)算I路信號(hào)加Q路信號(hào)：I+Q=sin(x+θ)+cos(x+θ)=sin((x+θ)+0.25τ)，取I+Q計(jì)算結(jié)果的符號(hào)位，得到片段信號(hào)F1，當(dāng)相位差x處于①象限時(shí)，F(xiàn)1代I路信號(hào)減Q路信號(hào)：I?Q=sin(x+θ)?cos(x+θ)=sin((x+θ)?0.25τ)，(?I)+(?Q)=?sin(x+θ)?cos(x+θ)=sin((x+θ)?0.75τ)，取(?I)+(?Q)計(jì)Q路信號(hào)減I路信號(hào)：Q?I=cos(x+θ)?sin(x+θ)=sin((x+θ)?1.25τ)，片段信號(hào)F1片段信號(hào)F2片段信號(hào)F3片段信號(hào)F4AS2信號(hào)、AS1信號(hào)的值與相位差x此時(shí)所處的象限序號(hào)，一一對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。表3AS2信號(hào)、AS1信號(hào)與象限序號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系A(chǔ)S2信號(hào)1100AS1信號(hào)1001推得：AS2信號(hào)、AS1信號(hào)的值與片段信號(hào)建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表4。表4AS2信號(hào)、AS1信號(hào)與片段信號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系A(chǔ)S2信號(hào)1100AS1信號(hào)1001片段信號(hào)F1片段信號(hào)F2片段信號(hào)F3片段信號(hào)F4令A(yù)S2信號(hào)在高位，AS1信號(hào)在低位，AS2及AS1、象限序號(hào)、片段信號(hào)之每個(gè)片段信號(hào)承載了一段正確的基帶信號(hào)，采取查找表映射的方式，根據(jù)AS2及AS1的數(shù)值，從四個(gè)片段信號(hào)里四中選一，摘選出與基帶信號(hào)同相的某個(gè)片段信號(hào)，串行拼接而成連續(xù)完整的基帶信號(hào)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖11，可見(jiàn)，二相I I ▲IFGfI?fPsin2τ(fI?fP)nQsin2τ(fI?fP)nQAS2AS1在國(guó)內(nèi)國(guó)外公開(kāi)出版的書(shū)籍文獻(xiàn)中，二相信號(hào)的多普勒容限為90°,二相信號(hào)僅用于探測(cè)慢速或速度基本已知的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)如海面艦船，需要進(jìn)行速度補(bǔ)取收發(fā)頻偏（多普勒頻移）的一個(gè)周期（0～2τ),將收發(fā)頻偏的頻率按1令f0=12GHz，fI=20MHz，fS=80MHz，二相碼碼長(zhǎng)選用127bit，匹配濾波器發(fā)射信號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù)=(碼長(zhǎng)+幀頭長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)位數(shù))×采樣點(diǎn)數(shù)=(127+2+100)×24=5496；經(jīng)低通濾波器濾波后，發(fā)射信號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù)+低通濾波器階數(shù)個(gè)點(diǎn)；由匹配濾波器求相關(guān)，脈沖壓縮輸出點(diǎn)數(shù)=229+127-1=355個(gè)點(diǎn)。分別令fP=0kHz、fP=799kHz，按上述輸入值，均有脈壓峰輸出，脈沖壓縮峰值為127，圖中紅色波形表示接收的碼元與發(fā)射的碼元同相，藍(lán)色波形表示接收的碼元反分別令fP=0kHz、fP=799kHz，數(shù)據(jù)位數(shù)N=3000bit，發(fā)射的數(shù)據(jù)內(nèi)容為0誤碼率優(yōu)于1.11×10?7，優(yōu)于常規(guī)數(shù)傳電臺(tái)為清晰圖示，令數(shù)據(jù)位數(shù)N=100bit，收發(fā)數(shù)據(jù)無(wú)誤碼（N=1在理論上，fP沒(méi)有極限值，但是在仿真中，fP有極限值，fP的能力邊界與仿真參數(shù)設(shè)置有關(guān)。中頻頻率fI、采樣頻率fS、碼元寬度τ,這三者共同對(duì)fP的在無(wú)頻偏時(shí)，碼元采樣點(diǎn)數(shù)a與采樣頻率fS、中頻頻率fI、每個(gè)碼式（5）中T=fI.τ,將T值代入公式（5）可得公式(6)：當(dāng)頻率發(fā)生偏移，頻率偏移量為fP，fP≥0，碼元的實(shí)際寬度變?yōu)?fp>………(8）進(jìn)行仿真，數(shù)據(jù)位數(shù)N=100bit，脈沖壓縮無(wú)脈壓峰輸出而且收發(fā)數(shù)據(jù)有誤碼當(dāng)超音速飛機(jī)按速度υ=340m/s朝向探測(cè)設(shè)備或