一种射频信号采集回放方法和装置与流程

本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种射频信号采集回放方法和装置。

背景技术：

随着导航系统的建成以及定位导航技术的快速发展，人们对定位导航设备的定位精度和定位可用性的要求越来越高。为了满足科研和测试需要，导航信号模拟器应运而生。导航信号模拟器在一定程度上解决了导航相关技术开发问题以及导航设备出产测试中的一些实际问题。

但是，应用导航模拟器时会产生仿真信号，与实际信号之间存在相当大的区别。例如，在导航设备的跑车试验中，实际路况可能相当复杂，导航模拟器不可能做出类似的场景。因此，在进行抗多径以及抗干扰技术攻关时，难以使用导航模拟器构造出十分真实的多径环境和压制干扰环境。

鉴于上述情况，目前比较准确的做法是，将实际的导航卫星信号记录下来，在需要时进行回放处理。但是，市面上的导航卫星信号回放设备大部分为数字中频回放，仅适用于专业研发人员在实验室内进行导航卫星中频数字信号的捕获、跟踪的研究，而现有的射频回放设备体积大、功耗高、形态固定不利于扩展，难以满足人们在通用场合对射频信号回放处理的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种射频信号采集回放方法和装置，通过对射频信号进行一系列变换，提高了定位导航设备测试及研发环境使用的真实性和便利性。

第一方面，本发明实施例提供了一种射频信号采集回放方法，包括：接收天线接收导航卫星发射的射频信号；

第一信道处理设备对射频信号进行处理，得到第一模拟中频信号；

模数转换设备对第一模拟中频信号进行AD变换，得到中频数字信号；

FPGA采集中频数字信号，并将其在存储器中进行存储；当需要回放时，FPGA从存储器中读出中频数字信号，并进行DA变换，得到第二模拟中频信号；

第二信道处理设备对第二模拟中频信号进行处理后得到输出信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，第一信道处理设备对射频信号进行处理，得到第一模拟中频信号包括以下步骤：

第一功分器对射频信号进行二功分，得到第一路射频信号和第二路射频信号，对第一路射频信号进行四功分得到多路射频信号；

声表滤波器对第一路和多路射频信号进行声表滤波；

下变频处理器将声表滤波后的第一路和多路射频信号均下变频至中频，得到第一路和多路中频信号；

合路器将第一路和多路中频信号进行合路，得到第一合路中频信号，并将第一合路中频信号通过中频带通滤波器，得到第一模拟中频信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，第二数据处理设备对第二模拟中频信号进行处理后得到输出信号包括以下步骤：

第二功分器对第二模拟中频信号进行功分处理，得到多路模拟中频信号；

上变频处理器根据本振对多路模拟中频信号进行上变频处理，得到多路上变频信号；

带通滤波器，对多路上变频信号进行带通滤波，并将滤波后的多路上变频信号进行合路，得到第二合路上变频信号；

第三功分器对第二合路上变频信号进行二功分，得到第一路上变频信号和第二路上变频信号，第一路上变频信号直接输出。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，第二信道处理设备对第二模拟中频信号进行处理后得到输出信号还包括以下步骤：

第二路上变频信号发送给参考接收机，以进行测试。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，方法还包括：

通过阵列接收天线接收导航卫星发射的射频信号时，引入同一个外部时钟，将阵列接收天线的射频信号进行同步采集回放。

第二方面，本发明实施例提供了一种射频信号采集回放装置，包括：射频信号接收模块，用于接收导航卫星发射的射频信号；

第一信道处理模块，用于对射频信号进行处理，得到第一模拟中频信号；

模数转换模块，用于对第一模拟中频信号进行AD变换，得到中频数字信号；

FPGA处理模块，用于采集中频数字信号，并将其在存储器中进行存储；当需要回放时，FPGA从存储器中读出中频数字信号，并进行DA变换，得到第二模拟中频信号；

第二信道处理模块，用于对第二模拟中频信号进行处理后得到输出信号。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，第一信道处理模块包括：

第一功分处理单元，用于对射频信号进行二功分，得到第一路射频信号和第二路射频信号，对第一路射频信号进行四功分得到多路射频信号；

滤波单元，用于对第一路和多路射频信号进行声表滤波；

下变频处理单元，用于将滤波后的第一路和多路射频信号均下变频至中频，得到第一路和多路中频信号；

合路处理单元，用于将第一路和多路中频信号进行合路，得到第一合路中频信号，并将第一合路中频信号通过中频带通滤波器，得到第一模拟中频信号。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，第二数据处理模块包括：

第二功分处理单元，用于对第二模拟中频信号进行功分处理，得到多路模拟中频信号；

上变频处理单元，用于根据本振对多路模拟中频信号进行上变频处理，得到多路上变频信号；

带通滤波单元，用于对多路上变频信号进行带通滤波，并将滤波后的多路上变频信号进行合路，得到第二合路上变频信号；

第三功分处理单元，用于对第二合路上变频信号进行二功分，得到第一路上变频信号和第二路上变频信号，第一路上变频信号直接输出。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，第二信道处理模块还包括：

测试模块，用于将第二路上变频信号发送给参考接收机，以进行测试。

结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：

同步时钟模块，用于在通过阵列接收天线接收导航卫星发射的射频信号时，引入同一个外部时钟，将阵列接收天线的射频信号进行同步采集回放。

本发明实施例提供的一种射频信号采集回放方法和装置，其中该方法包括：接收天线接收导航卫星发射的射频信号，第一信道处理设备对射频信号进行处理，得到第一模拟中频信号，模数转换设备对第一模拟中频信号进行AD变换，得到中频数字信号，FPGA采集中频数字信号，并将其在存储器中进行存储，当需要回放时，FPGA从存储器中读出中频数字信号，并进行DA变换，得到第二模拟中频信号，第二信道处理设备对第二模拟中频信号进行处理后得到输出信号。通过上述对射频信号进行的变换，提高了定位导航设备测试及研发环境的真实性和便利性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的结构框架图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的实现框图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的时钟和功分部分的功能框图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的滤波部分的功能框图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的下变频部分的功能框图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的第一合路中频信号合路和滤波部分的功能框图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的中频数字信号采集和回放以及DA变换部分的功能框图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的功分、上变频和上变频后滤波及合路部分的功能框图；

图10示出了本发明实施例所提供的一种射频信号采集回放装置的第二合路部分的功能框图；

图11示出了4台采集回放装置同步采集阵列接收天线接收的射频信号的功能框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

当前的四大卫星导航系统所包含的频点、带宽及调制方式如表1所示。

表1卫星导航系统信号体制

如表1所示，卫星导航系统的信号体制多样，并且，不同卫星导航系统的频点、频率等特征也不相同。因此，在实际应用中，导航信号模拟器很难使用仿真信号模拟出实际的场景。为此，本发明提供了一种射频信号采集回放的方法和装置，如图1和图2所示，以采集回放多模多频导航卫星信号，并能推广至AM、FM、广播电视、卫星通信等信号的采集和回放应用，通过对射频信号的变换和处理，来提高导航设备的定位精度。

实施例一

如图3描述了接收天线接收的卫星信号经过第一功分器功分成5路，然后经过相应的声表滤波器，进行声表滤波，并进行下变频变到中频，得到第一路和多路中频信号，合路器将第一路和多路中频信号进行合路，得到第一合路中频信号，并将第一合路中频信号通过中频带通滤波器，得到第一模拟中频信号。

对第一模拟中频信号进行AD采样和二进制码流存放处理。回放时经FPGA从存储器件中读取二进制码流进行DA变换，得到第二模拟中频信号，第二功分器对第二模拟中频信号进行功分处理，得到多路模拟中频信号，上变频处理器根据本振对多路模拟中频信号进行上变频处理，得到多路上变频信号，带通滤波器对多路上变频信号进行带通滤波，并将带通滤波后的多路上变频信号进行合路，得到第二合路上变频信号，第三功分器对第二合路上变频信号进行二功分，得到第一路上变频信号和第二路上变频信号，第一路上变频信号直接输出，第二路上变频信号发送给参考接收机，以进行测试。

如图4中描述的，同轴头J1连接全频点导航卫星信号接收天线，接收到信号后经一分二功分器S1后功分成两路，其中一路再经一分四功分器功分成4路。至此，由接收天线接收的信号共分成5路。整个装置默认使用内部10M参考时钟，同轴头J2可连接外部参考时钟输入，当多台采集回放装置需同步使用时，使用外部参考时钟来同步各台装置。后级各器件参考时钟为10M参考钟经时钟驱动后的输出。

如图5中描述的，二功分S1的输出经滤波器F1滤波后的输出F1_out为B3频点的导航信号。四功分S2功分后分别输出至四个滤波器，经滤波器F2滤波后的输出F2_out为B1和L1频点的导航信号，经滤波器F3滤波后的输出F3_out为GALILEO E1频点的导航信号，经滤波器F4滤波后的输出F4_out为BD2B2频点和GALILEO E5a频点的导航信号，经滤波器F5滤波后的输出F5_out为GLONASS R1频点的导航信号。各声表滤波器典型参数见表2。

表2声表滤波器典型参数

如图6中描述的，5路滤波后的信号经下变频后统一变到相同的中频，本实施例中，中频设置为40M。具体实施如下所示：

第一路，滤波后的F1_out为B3频点信号，频率为1268.52MHz，本振为1268.52-40＝1228.52MHz，FPGA通过Spi_1配置ADI的带VCO的频率合成器ADF4360-5产生本振LO_1，F1_out和LO_1经过混频器m1混频后产生中心频率为40MHz，带宽为20.46MHz的中频输出信号m1_out。

第二路，滤波后的F2_out为BD2B1频点和GPS L1频点信号，中心频率为1568MHz，本振为1568-40＝1528MHz，FPGA通过Spi_2配置ADI的带VCO的频率合成器ADF4360-4产生本振LO_2，F2_out和LO_2经过混频器m2混频后产生中心频率为40MHz，带宽为18.322MHz的中频输出信号m2_out。

第三路，滤波后的F3_out为GALILEO E1频点信号，中心频率为1575MHz，本振为1575-40＝1535MHz，FPGA通过Spi_3配置ADI的带VCO的频率合成器ADF4360-4产生本振LO_3，F3_out和LO_3经过混频器m3混频后产生中心频率为40MHz，带宽为20MHz的中频输出信号m3_out。

第四路，滤波后的F4_out为BD2B2频点和GALILEO E5b频点信号，中心频率为1207MHz，本振为1207-40＝1167MHz，FPGA通过Spi_4配置ADI的带VCO的频率合成器ADF4360-4产生本振LO_4，F4_out和LO_4经过混频器m4混频后产生中心频率为40MHz，带宽为20MHz的中频输出信号m4_out。

第五路，滤波后的F5_out为GLONASS R1频点信号，中心频率为1602MHz，本振为1602-40＝1562MHz，FPGA通过Spi_5配置ADI的带VCO的频率合成器ADF4360-4产生本振LO_5，F5_out和LO_5经过混频器m5混频后产生中心频率为40MHz，带宽为18MHz的中频输出信号m5_out。

如图7中描述的，5路混频后的输出m1_out、m2_out、m3_out、m4_out和m5_out在中频进行合路，合路后的信号c1的中心频率为40MHz，带宽为混频后各路信号的最大带宽20.46MHz。使用中心频率为40MHz，带宽为25MHz的中频滤波器F6对合路后的信号c1进行滤波，滤波输出为F6_out。

如图8中描述的，前级滤波后输出的模拟中频信号F6_out，经过AD变换后变成中频数字信号D1，FPGA在进行信号采集时先锁存AD变换后的数字信号D1，接着进行并串转换，然后在收到采集指令后根据自定义帧结构往固态硬盘或flash阵列等存储介质中存二进制数据流。当收到回放指令时，FPGA从固态硬盘或flash阵列等存储介质中以自定义帧结构读取二进制数据流，接着进行串并转换，然后进行DA变换变换至模拟中频。

如图9中描述的，模拟中频功分后的各路信号分别与对应的下变频时的本振进行混频，获得上变频后的射频信号，然后经过相应的滤波处理。其具体实施如下所示：

第一路，功分器S3的输出S3_out与本振LO_1混频，上变频后的信号m6_out经过声表滤波器F7后输出的信号F7_out的频率为40+1228.52＝1268.52MHz，带宽为20MHz，对应BD2B3频点的信号。

第二路，功分器S3的输出S3_out与本振LO_2混频，上变频后的信号m7_out经过声表滤波器F8后输出的信号F8_out的频率为40+1528＝1568MHz，带宽为18.322MHz，涵盖了BD B1频点和GPS L1频点的信号。

第三路，功分器S3的输出S3_out与本振LO_3混频，上变频后的信号m8_out经过声表滤波器F9后输出的信号F9_out的频率为40+1535＝1575MHz，带宽为20MHz，基本涵盖了GALILEO E1频点信号的主瓣。

第四路，功分器S3的输出S3_out与本振LO_4混频，上变频后的信号m9_out经过声表滤波器F10后输出的信号F10_out的频率为40+1167＝1207MHz，带宽为20MHz，涵盖了GALILEO E5b频点和BD2 B2频点的信号。

第五路，功分器S3的输出S3_out与本振LO_5混频，上变频后的信号m10_out经过声表滤波器F11后输出的信号F11_out的频率为40+1562＝1602MHz，带宽为18MHz，涵盖了GLONASS R1频点的信号。

如图10中描述的，上变频并滤波后的信号F7_out、F8_out、F9_out、F10_out和F11_out进行合路处理生成合路后的信号RF_OUT_1，然后经过二功分S4，其中一路信号RF_OUT直接作为最终回放的射频信号，另一路输出至该发明装置的内置参考接收机UBLOX LEA-6S，用于闭环验证采集回放装置的功能和性能。

本实施例提供的一种射频信号采集回放方法和装置，该实施例的技术效果是：当接收天线接收导航卫星发射的射频信号后，对射频信号进行处理，以及AD变换，得到中频数字信号，FPGA采集中频数字信号，并将其在存储器中进行存储；当需要回放时，FPGA从存储器中读出中频数字信号，并进行DA变换，最后得到第二模拟中频信号进行处理后得到输出信号。通过以上变换，提高了定位导航设备的定位精度。并且，可扩展性强，本振频率可配置，需更改应用需求时只要更换滤波器就能便捷的实现，相较目前的方案，实现成本低、功耗低、体积小。中频配置至同一频率和带宽，合路存储，能大幅节省存储空间，显著提升装置的信号存储时长，内置参考接收机，能闭环测试整个装置的功能和性能。

实施例二

在多射频源采集和回放的场合需要多台装置同步采集和回放，本实施例中使用外部时钟源作为整个装置的参考时钟。如图11中描述的，为4台采集回放装置同步采集四阵元抗干扰接收天线接收的导航卫星信号，可以用于抗干扰算法研究和抗干扰设备的测试，需要注意的是，本技术领域的研发人员在进行多射频源采集回放时，需根据实际输入射频信号的功率电平对整个链路的增益进行相应的调整。

本实施例提供的一种射频信号采集回放方法和装置，该实施例的技术效果是：干扰环境下使用多台该装置，并使用该装置的外部时钟输入口输入时钟保证多台装置同源，可实现干扰环境下的多阵元信号同步采集回放，应用于阵列抗干扰产品的研发和性能检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。