一种雷达接收信号空域功率数字测量方法

黎文杰

摘要：本文通过提供一种功率测量方法，采用FPGA+DSP的数字化处理架构对接收的雷达信号的空域功率进行实时测量，并按一定比例以电压的形式直观表征空域功率，以判断雷达信号接收系统是否工作在要求的灵敏度点以内。本文所提供的空域功率测量方法设计简单，运算量小，测量时间短，测量精度高，测量动态范围大，可靠性高，易于工程实现。

关键词：功率测量 雷达 FPGA DSP

中图分类号：TN972 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

现有雷达信号接收系统[1，2]中，一般包括射频、前中单元、带通滤波器、中频放大器等，由于接收信号检测通道的中放单元工作于限幅状态，使得在后续处理时无法实现在特定功率段内对接收信号功率进行线性测量，导致无法知道到达接收系统射频前端的信号功率变化。通过对中放单元工作状态的改进及对传统模拟处理的数字化，本文提供一种数字化方式实现对雷达接收信号空域功率的测量。

1信号处理流程

雷达接收信号空域功率测量的信号处理流程如图1所示。

雷达接收信号与微波本振混频，对混频后的中频信号进行放大后滤波，其中中放单元工作于线性状态，且使用自动增益控制（AGC），由FPGA进行控制。为满足功率测量范围的要求，对中放后的信号再进行窄带滤波，提取第二中频信号，将此信号经过A/D转换后送FPGA进行正交化处理，然后将处理后的数据通过总线送DSP进行数值计算，最后按一定的比例尺将功率数据转换成电压通过D/A送出显示。

FPGA正交化处理[3，4]过程：将AD变换得到的数据分别与正交的两路数字本振sin（ωt）、cos（ωt）进行混频，然后利用数字低通滤波器滤除高频分量以获得两路基带正交信号数据，最后进行抽取操作以降低后续处理的数据率。采用特殊选择的采样频率，可以将混频时的乘法操作替换为符号操作，在进行数字下变频时可以大大节省乘法器等资源。数字混频后的数据经过抗混叠低通滤波器滤除高频分量（镜频），并进行抽取处理以适应后续信号处理的速率要求。输出信号为两路正交的I、Q信号，传输给DSP时将两路信号打包为一个数据。

DSP数值计算过程：在DSP中对FPGA输出的正交化处理数据I、Q两路数据计算平方和，依据功率检测端的阻抗计算功率值，并补偿掉前中和中频通道的增益即可得到照射信号接收系统输入端功率，可认为该功率就是照射信号的瞬时功率。为了直观的表征当前照射信号的空域功率，将得到的功率按一定的比例尺转换成电压输出，电压由D/A转换器输出，应注意电压不能超过D/A转换器的输出界限。

2电压显示比例尺

在本文中，选定功率装换为电压的比例尺为-25dBmW/V，则功率和显示电压对应的关系如表1所示。

从表1的数据可以看出，在实现对照射信号的空域功率进行实时测量的同时，该测量系统能够实现80dB以上的照射信号的动态范围测量，保证至少5dB的功率测量精度。

3结语

通过将功率测量通道数字化，可实现对雷达接收信号空域功率的快速测量，且运算量小，测量时间短，易于工程实现，对判断雷达信号接收系统是否工作在要求的灵敏度点以内有重要意义，也可为雷达接收系统故障排除工作提供一定的技术支撑。

参考文献

[1]斯科尔尼克 MI，谢卓译.雷达手册[M].北京：国防工业出版社，1978.

[2]丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[3]王晓英，邹传云，荣思远.基于软件无线电的零中频数字接收机研究[J].微计算机信息，2007，23（4-2）：241-243.

[4]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京：电了工业出版社，2001.