一种基于参数拟合的超大带宽信号预失真补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超大带宽雷达信号源领域，特别涉及一种基于参数拟合的超大带宽信 号预失真补偿方法，适用于产生高质量的超大带宽信号。
【背景技术】
[0002] 随着雷达技术的发展，发射信号的带宽逐渐增长，目前很多雷达的信号带宽已达 到上GHz，即所谓的超大带宽信号。在如此大的带宽下，硬件电路的特性对信号质量的影响 十分明显，具体体现为：
[0003] 1)超高速数模转换芯片是产生超大带宽信号最常使用的器件，其sine效应导致 随着信号频率升高信号幅度下降，有的信号幅度会下降3dB以上；
[0004] 2)为了抑制系统中的谐杂波，必然使用各种滤波器，而滤波器在抑制谐杂波的同 时，也会导致超大带宽信号幅度波动和相位变化，特别是相位变化会达到数十度以上；
[0005] 而超大带宽雷达要实现很高的性能，对超大带宽信号要求很高，大多要求幅度变 化在ldB以内，相位变化在10度内，而实际器件带来的这些失真都是系统不能容忍的。故 需要对超大带宽信号进行补偿后才能使用。
[0006] 目前使用的超大带宽信号基本都是线性调频信号。传统的线性调频信号产生方法 有两种：基于直接数字合成（DDS)芯片的方法和基于DAC芯片的方法。其中，只有基于DAC 芯片的方法可以进行预失真补偿。现有的基于DAC芯片的补偿方法是以下两种：
[0007] 1)直接将预失真波形存储在FPGA芯片中，定期读取送给DAC芯片。这种方法对于 超大带宽信号而言，需要非常大的存储空间（数兆级别），且能够高速对存储进行读取，就 目前的星载芯片而言基本无法实现；
[0008] 2)构造预失真滤波器，对于超大带宽信号而言，构造的滤波器阶数太高（数百 阶），需要大量的乘法器实现，代价太大；且滤波器无法补偿相位失真。
[0009] 鉴于目前补偿方法硬件资源消耗大的特点，不利于超大带宽信号源向小型化、轻 量化的方向发展，特别是制约了星载超大带宽信号源的进一步发展。
[0010] 根据现有公开的资料查询，目前尚没有实现简单、资源消耗少的补偿方法。
【发明内容】
[0011] 本发明的技术解决问题为：克服现有技术的上述不足，提供一种基于参数拟合的 超大带宽信号预失真补偿方法，通过对失真的超大带宽信号进行分析，提取出超大带宽信 号产生系统的失真特性，计算出与其失真相关的幅度失真参数和相位失真参数，利用幅度 失真参数和相位失真参数与超大带宽信号的理论值进行简单乘法和除法计算可以实时补 偿超大带宽信号的基带数据，最后利用FPGA和DAC将补偿后的超大带宽信号的基带数据送 出，即可得到补偿后的超大带宽信号。该方法不需要构造预失真滤波器等复杂操作，实现简 单；不需要大量的乘法器或大容量存储器，资源消耗少；补偿后幅度误差和相位误差减小 到补偿前的十分之一，补偿效果明显；适用于超大带宽信号的预失真补偿。
[0012] 本发明的技术解决方案为：一种基于参数拟合的超大带宽信号预失真补偿方法， 包括步骤如下：
[0013] (1)从雷达采集超大带宽信号，对该超大带宽信号进行判断，若该超大带宽信号为 中频或射频信号，则采集一路该中频或射频信号，进入步骤（2);若该超大带宽信号为基带 信号，则同时采集该基带信号的I路和Q路的数据，进入步骤（3);
[0014] (2)对步骤（1)采集的中频或射频信号进行数字下变频处理，得到下变频后的基 带信号的I路和Q路两路数据，进入步骤（3);
[0015] (3)设步骤（1)或步骤⑵的基带信号的理论值为
，?彡n〈N，N为整个采集持续时间内的采集点数，A[η] 为步骤（1)或步骤（2)的基带信号的理论值的幅度，Μπ]为步骤（1)或步骤（2)的基带信 号的理论值的相位；
[0016] (4)将步骤步骤（1)或步骤（2)的基带信号的实测值表示为复信号形式b[n]= B[n]e]0M，O彡n〈N，式中B[n]代表步骤⑴或步骤⑵的基带信号的实测值的幅度，θ[n] 代表步骤（1)或步骤（2)的基带信号的实测值的相位；
[0017] (5)根据步骤⑷的Β[η]与步骤（3)的Α[η]，计算步骤⑴的超大带宽信号的产 生系统，即雷达，的幅度失真特性F[n]，公式如下：
[0018]F[n] =B[n]/A[n]；
[0019] (6)根据步骤⑷的θ[n]与步骤⑶的树rt]，计算步骤⑴的超大带宽信号的 产生系统的相位失真特性δ[η]，公式如下：
[0020]
[0021] (7)使用多项式拟合加正弦波拟合的方式对步骤（5)的超大带宽信号的产生系统 的幅度失真特性F[η]进行拟合，得到以下表达式F[η]'：
[0023]式中，Mi为多项式拟合的次数，N i为正弦波拟合的正弦频率个数，Aw,为多项式拟 合的系数，为正弦波拟合的幅度为正弦波拟合的频率，为正弦波拟合的相位；
[0024] 使用多项式拟合加正弦波拟合的方式对步骤（6)的系统的相位失真特性δ[η]进 行拟合，得到以下表达式S[η]'：
[0026]式中Μ2为多项式拟合的次数，Ν2为正弦波拟合的正弦频率个数，为多项式拟 合的系数，心丨为正弦波拟合的幅度，为正弦波拟合的频率，爲ν:为正弦波拟合的相位；
[0027](8)将步骤（7)的F[n]'和δ[η]'注入到步骤⑶的基带信号的理论值，得到补 偿后的超大带宽信号的基带数据a' [η]，完成超大带宽信号预失真补偿计算，公式如下：
[0028]
[0029] 在上述的用于超大带宽信号预失真补偿方法中，步骤（8)适合用FPGA加DAC实 现，方法如下：
[0030]a)FPGA先计算步骤（3)基带信号的理论值a[η]，同时FPGA进行a[η]的相位补偿 值计算和幅度补偿值计算，得到相位补偿值δ[η]'和幅度补偿值
[0031] F[n]，；
[0032] b)对步骤（a)的相位补偿值δ[η]'求取cos(*)和sin(*)的值，并与基带信号的 理论值a[n]进行复数乘法运算，完成相位补偿，得到相位补偿后的超大带宽的基带数据；
[0033] c)用步骤（b)的相位补偿后的结果和步骤（a)的幅度补偿值作复数除法运算，完 成幅度补偿，得到最终补偿后的超大带宽的基带数据；
[0034]d)判断步骤（1)从雷达采集超大带宽信号的类型，即如果从雷达采集超大带宽信 号为基带信号，则FPGA将步骤（c)最终补偿后的超大带宽的基带数据通过DAC输出即得到 补偿后的基带信号；
[0035] 如果从雷达采集超大带宽信号为中频信号，则FPGA将步骤（c)最终补偿后的超大 带宽的基带数据进行数字上变频，然后通过DAC输出即得到补偿后的中频信号；
[0036] 如果从雷达采集超大带宽信号为射频信号，执行步骤（e);
[0037]e)将步骤（d)得到的补偿后的中频信号与雷达的本振信号混频，得到补偿后的射 频信号。
[0038] 所述步骤（1)采集超大带宽信号的采集设备的最高频率需要大于该超大带宽信 号的最高频率，采集超大带宽信号的采集设备的最大采样率大于该超大带宽信号的带宽的 2倍。
[0039] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0040] (1)本发明通过步骤（1)~步骤（7)根据超大带宽信号产生系统的幅度失真特性 和相位失真特性，提取出和其失真相关的幅度失真参数和相位失真参数，参数的数量基本 在个位量级；相比于传统方法的全波形存储（参数个数上千）和高阶预失真滤波器（参数 个数上百），本发明的参数数量极为减少，方法更简单，且易于操作；
[0041] (2)本发明通过步骤（8)运用简单乘除法运算进行失真相关的幅度失真参数和相 位参数注入，完成补偿，相比于传统方法的滤波运算，运算量极大减小，速度更快。
[0042] (3)本发明的步骤⑶使用FPGA以较少的资源即可实现，相比于传统方法需要大 容量存储器或大数量乘法器，实现简单，资源消耗少，适用于小型化、轻型化设备使用。
【附图说明】
[0043]图1是本发明实施例1的补偿流程图；
[0044]图2是本发明实施例1的未补偿信号的波形图；
[0045]图3是本发明实施例1的未补偿信号的幅度示意图；
[0046]图4是本发明实施例1的未补偿信号的相位示意图；
[0047] 图5是本发明实施例1的未补偿信号的相位误差示意图；
[0048] 图6是本发明实施例1补偿方法步骤⑶的实现框图；
[0049]图7是本发明实施例1的补偿后信号的幅度示意图；
[0050]图8是本发明实施例1的补偿后信号的相位误差示意图。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0052] 采用本发明方法对持续时间20us，中心频率在1. 8GHz，带宽1GHz的超大带宽中频 信号进行补偿。按照图1所示，具体实施