[发明专利]窄带信号的硬件降频采样方法及系统、数字信号处理系统

说明书

本发明属于数字信号处理技术领域，公开了一种窄带信号的硬件降频采样方法及系统、数字信号处理系统，需要对高频窄带信号进行采样时，计算得出波形发生器产生方波的频率；控制波形发生器产生方波信号，逻辑控制电路产生控制信号；控制信号与多路选择开关通道选择端相连，输入高频窄带信号与多路选择开关信号输入端口相连，通过控制信号选择确定信号输入端口；多路选择开关输出端连接到电压跟随器输入端，电压跟随器输出端连接到低通滤波电路输入端，滤掉高频信号；低通滤波电路输出端与采样电路输入端连接，采样得到低频窄带信号。本发明将高频窄带信号转换为等效低频信号进行采样，降低了成本；采用开关降频方法，有效抑制了干扰和失真。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，尤其涉及一种窄带信号的硬件降频采样方法及系统、数字信号处理系统。

背景技术

雷达信号是窄带信号，信号频率分布在有限的频带(f_L,f_H)上，而且雷达信号的载频频率通常都是比较高，即使是中频数字化接收机的中频输出信号，频率通常也在百兆赫兹左右。根据奈奎斯特采样定理，可以按照f_s＞2f_H的采样速率进行采样，当远远大于信号的带宽的时候，采样频率将会很高，数据量很大，这不仅对A/D器件的要求提高，而且对后续的信号处理的速度也提出了更高的要求，因此在雷达接收机中直接应用奈奎斯特定理对射频信号作低通采样直接转换成数字信号的方案很难实现。本发明采用硬件降频采样方法，可以将输入高频窄带信号转换为等效低频信号输出，采用采样率在kHz级别的采样芯片就能进行采样，并且对后续信号处理电路、数字信号存储、处理速度等要求降低。在现实中，往往将射频信号用模拟方式进行混频，在得到中频的信号后，再交由采样保持并A/D转换，送给数字系统处理。混频电路也叫变频电路，是接收机的重要组成部分，可以实现不失真的频谱搬移。通常实现混频可以采用多种方式，最常用的是相乘电路，它可以采用非线性器件或者专用的集成电路乘法器实现。假设乘法器的两个输入信号分别为U₁＝A(t)cos(ω₁t)，则其输出为

经过低通滤波器取其低频分量，则其输出可写为：

显然乘法器输出信号幅值、相位和频率与两个输入信号均相关。对于接收机而言，只关心接收的信号参数变化对接收机输出的影响，而不希望过多地引入本振信号的参数。同时，乘法器属于非线性器件，因此会产生很多干扰和失真，包括干扰哨声、寄生通道干扰、交叉调制失真、相互调制失真等，而且当输入信号幅值增大时，由于幅度相乘的作用，输出信号很有可能会出现限幅，因而发生失真。这些因素都会极大地影响接收机的性能，因此乘法器不是实现接收机混频电路的最佳选择。本发明使用开关混频电路，可以有效克服模拟乘法器缺陷。

综上所述，现有技术存在的问题是：对于高频窄带信号，其频率分布在某一有限的频带(f_L,f_H)上，采样频率非常高，直接对其进行采样，会对A/D转换器的性能，如转换速率、工作带宽、动态范围等提出非常高的要求，同时对后续DSP或ASIC的处理速度要求也特别高，因此受目前器件水平的限制，直接进行采样实现难度非常大；对于接收机而言，只关心接收的信号参数变化对接收机输出的影响，而不希望过多地引入本振信号的参数，采用传统非线性元件或者专用的乘法器混频，会引入本振信号的幅度和相位信息，产生很多干扰和失真不利于后续电路对输入信号的检测以及相关参数的识别处理。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种窄带信号的硬件降频采样方法及系统、数字信号处理系统。

本发明是这样实现的，一种窄带信号的硬件降频采样方法，所述窄带信号的硬件降频采样方法包括以下步骤：

步骤一，当需要对高频窄带信号进行采样时，计算得出波形发生器产生方波的频率；

步骤二，通过微控制器，控制波形发生器产生所需频率的方波，方波经过状态转换电路后，产生控制信号；