自適應(yīng)多普勒頻移的二相碼信號處理技術(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。二相碼信號、BPSK調(diào)相信號等二當(dāng)探測設(shè)備采用高頻率穩(wěn)定度的頻綜時(shí)，收發(fā)信號的頻偏主要是多普勒頻3）首次發(fā)現(xiàn)了各信號與基帶信號之間的規(guī)律：多普勒頻移的同相信號及正2到多普勒頻移的同相信號及正交信號；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；因?yàn)?60°包括四個(gè)象限，在第m個(gè)象限里，第m個(gè)片段信號與基帶信號同相，m=1～4；多普勒頻移的同相信號及正交信號的極a)在脈內(nèi)檢測提取多普勒頻移的波形。即檢測并提取收發(fā)信號頻偏的同相將中頻信號A/D采樣、正交變換，得到一對信號：I路信號I=sin(x+θ)，Q路信號Q=cos(x+θ)。其中，θ是調(diào)相信息，x是收發(fā)信號的瞬時(shí)相位差，去掉了調(diào)相信息θ,得到收發(fā)信號頻偏的二倍頻信號sin(2x)，然后二分頻得到收發(fā)信號頻偏的同相信號sinx及收發(fā)信號頻偏的正交信號cosx。檢測并提取收發(fā)信號頻偏的同相信號及正交信號的原理見圖2。收發(fā)信號頻偏的二倍頻信號sin(2x)、收發(fā)信號頻偏的同相信號sinx及正交信號cosI=sin(x+θ)sin(2x)sin(2x)3sinsin(2x)圖3收發(fā)信號頻偏的二倍頻信號sin(2x)、收發(fā)信號頻偏的同相信號sinx及正交信號cosx波形sinx+cosx=sin(x+0.25τ)，標(biāo)記為片段信號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F4，等同于將正弦sinx移相?1.25τ。4四個(gè)片段信號聯(lián)合覆蓋了正弦信號sinx的完整周期2τ。圖5四個(gè)片段信號與正弦信號sinx、余弦信號cosx的相位關(guān)系567片段信號F1反相反相跳同相片段信號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F1片段信號F2根據(jù)上述原理，將I路信號、Q路信號進(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，對應(yīng)基帶信號1、0。RF(t)'=sin(2τ(f0+fΔ)t+θ+φ)…………………(2)），9探測設(shè)備把接收的射頻信號進(jìn)行下變頻為中頻信號，中頻信號的數(shù)學(xué)模型IF(t)=sin(2τ(fI+fΔ)t+θ+φ)…………………(3)式中：fI是中頻信號頻率?？梢姡瞻l(fā)信號的頻偏fΔ對基帶信號實(shí)施了頻率調(diào)制，收發(fā)信號之間的相位差為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。對中頻信號IF(t)進(jìn)行A/D采樣，fI=30MHz，采樣時(shí)鐘頻率fS=120MHz，fS=4fI，得到中頻信號的數(shù)字信號，其數(shù)學(xué)IF(n)=sin(2τ(fI+fΔ)n+θ+φ)…………………(4)由數(shù)控振蕩器生成一對數(shù)字的正交信號：正弦信號sin2τ(fI?fP)n、余弦信號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IF(n)分別與余弦信號cos2τ(fI?fP)n及正弦信號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，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)信號的瞬時(shí)相位差，得到I路信號I=sin(2τ(fΔP)n+θ+φ)=sin(x+θ)、Q路信號Q=cos(2τ(fΔP)n+θ+φ)=cos(x+θ)。取I路信號、Q路信號的符號位，得到一對信號IFG、QFG，將二者相乘（即求異或）IFG×QFG=sin2(x+θ)=sin2x，將其經(jīng)過窄脈沖濾波，進(jìn)行數(shù)字二分頻得到一對方波信號：AS2信號、AS1信號。AS2信號是收發(fā)信號頻偏的同相信號sinx的方波。AS1信號是收發(fā)信號頻偏的正交信號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路信號加Q路信號：I+Q=sin(x+θ)+cos(x+θ)=sin((x+θ)+0.25τ)，取I+Q計(jì)算結(jié)果的符號位，得到片段信號F1，當(dāng)相位差x處于①象限時(shí)，F(xiàn)1代I路信號減Q路信號：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路信號減I路信號：Q?I=cos(x+θ)?sin(x+θ)=sin((x+θ)?1.25τ)，片段信號F1片段信號F2片段信號F3片段信號F4AS2信號、AS1信號的值與相位差x此時(shí)所處的象限序號，一一對應(yīng)關(guān)系見表3。表3AS2信號、AS1信號與象限序號的一一對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)S2信號1100AS1信號1001推得：AS2信號、AS1信號的值與片段信號建立一一對應(yīng)關(guān)系，見表4。表4AS2信號、AS1信號與片段信號的一一對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)S2信號1100AS1信號1001片段信號F1片段信號F2片段信號F3片段信號F4令A(yù)S2信號在高位，AS1信號在低位，AS2及AS1、象限序號、片段信號之每個(gè)片段信號承載了一段正確的基帶信號，采取查找表映射的方式，根據(jù)AS2及AS1的數(shù)值，從四個(gè)片段信號里四中選一，摘選出與基帶信號同相的某個(gè)片段信號，串行拼接而成連續(xù)完整的基帶信號。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)見圖11，可見，二相I I ▲IFGfI?fPsin2τ(fI?fP)nQsin2τ(fI?fP)nQAS2AS1在國內(nèi)國外公開出版的書籍文獻(xiàn)中，二相信號的多普勒容限為90°,二相信號僅用于探測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，二相碼碼長選用127bit，匹配濾波器發(fā)射信號的輸入點(diǎn)數(shù)=(碼長+幀頭長度+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)傳電臺為清晰圖示，令數(shù)據(jù)位數(shù)N=100bit，收發(fā)數(shù)據(jù)無誤碼（N=1在理論上，fP沒有極限值，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fP的在無頻偏時(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朝向探測設(shè)備或