信息处理装置及方法与流程

本发明属于信息处理技术领域，尤其涉及信息处理装置及方法。

背景技术：

在信息化战争中，舰载预警机作为海上作战编队的最远层防御屏障，它集侦察、指挥、控制、引导、通信、制导和遥控于一身，是作战网络的重要节点，具备探测空中飞机、掠海飞行低空目标、海面舰船、通气管深度航行潜艇、港口以及导弹发射阵地等能力。

随着电子信息技术的发展，电磁环境日益复杂，单一功能电子对抗装备的生存能力和作战性能受到严峻挑战，作战方式由单一平台或单一兵器对抗转变为系统对抗、体系对抗。为应对敌方综合性高技术电子兵器的压制，必须把不同种类、不同用途的电子战设备和多种电子战手段有机结合，构成综合性一体化电子战作战体系。预警机作为空中C4ISR系统(指挥Command、控制Control、通信Communication、计算机Computer、情报Intelligence、监视Surveillance、侦察Reconnaissance，信息通讯指挥攻击系统)，装备拥有雷达、二次雷达和敌我识别器综合的主动探测传感器，未来战场电磁环境日益复杂，雷达/通信侦察一体化对预警机高空侦察能力具有极大的提升，主要体现在：首先，通信侦察作为一种无源探测手段，可对多种敌地面通信信号、IFF(Identificatio Foe or Friend，敌我识别)、TACAN(Tactical Air Navigation System，战术空中导航系统)、数据链等信号实现无源探测、识别和测向定位，完成情报侦察并实时掌握战场环境，为作战提供电子情报支援，同时，通过主/被动传感器相关融合形成更全面的战场态势，实现基于多元信息的目标属性综合识别，从而形成大空域统一态势。其次，对隐身飞机探测时，雷达的探测性能大大降低，而目标的通信性能保持不变，并且有源探测系统主要用于定位、跟踪、获得目标的外部特征，本身不能侦察到目标辐射信号所含的信息，通信侦察作为一种被动探测技术，是目标反隐身的有效手段。第三，作为一个预警系统，利用通信侦察作用距离远、瞬时侦察范围广的优势，快速侦察发现目标，进一步对目标进行识别和测向，同时，ESM(Electronic Support Measures，电子支持措施)具备情报积累的能力，从而实现对目标的敌我、军民等属性的判别，辅助雷达进行预警探测。

此外，随着现代天线技术、信号收发和处理技术的不断发展，元器件水平的不断提高，高性能的电子装备的发展日新月异，并且越来越呈现出趋同化的发展趋势。这种趋同，远远超出同一平台上安装独立设备分别实现相应功能的范畴，而是从工作频段、信号体制、处理架构等方面全方位的深度趋同，设备一体化已成为一种发展趋势。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供信息处理装置及方法。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种信息处理装置，所述装置包括：

信号共用单元、用于将接收到的模拟射频信号发送给至少一个信号转换单元；

信号转换单元，用于将从信号共用单元接收的模拟射频信号转换到数字基带上；

信号抗干扰单元，用于去除所述数字基带上的数字信号中的干扰信号。

上述方案中，所述信号共用单元包括：

校准模块，用于对接收到的模拟射频信号进行校准；

选择开关，用于根据预设的频率要求选择所述模拟射频信号的频段；

分路器，用于根据所述频段将所述模拟射频信号分发给指定数量的信号转换单元。

上述方案中，所述信号转换单元包括：

射频前端模块，用于对所述模拟射频信号进行分段滤波、放大和信号增益控制得到处理后的模拟射频信号，并将所述处理后的模拟射频信号发送给射频处理模块；

射频处理模块，用于对所述处理后的模拟射频信号进行采样、解调和测向，将采样、解调和测向后的模拟射频信号转换到数字基带上。

上述方案中，所述射频前端模块包括：

滤波器，用于对所述模拟射频信号进行滤波；

信号放大器，用于对滤波后的信号进行放大；

增益控制器，用于对放大后的信号的增益进行调整；

所述滤波器、信号放大器和增益控制器依次连接。

上述方案中，所述射频处理模块包括：

模数转换器，用于对所述处理后的模拟射频信号进行A/D采样得到A/D采样信号，将所述A/D采样信号在现场可编程门阵列和数控晶振内混频，得到对应所述处理后的模拟射频信号的数字信号；

数字基带转换器，用于将模数转换器输出的数字信号进行低通数字滤波和低通数字抽取，得到数字基带同向正交信号，并对所述数字基带同向正交信号进行数字域处理，实现将所述数字信号转换到数字基带上。

本发明实施例还提供了一种信息处理方法，所述方法包括：

按照信号预设条件，将接收到的模拟射频信号分给至少一条信号通道；

将每条所述信号通道上的模拟射频信号转换到数字基带上；

去除所述数字基带上的数字信号中的干扰信号。

上述方案中，所述按照信号预设条件，将接收到的模拟射频信号分给至少一条信号通道包括：

对接收到的模拟射频信号进行校准；

根据预设的频率要求选择所述模拟射频信号的频段；

根据所述频段将所述模拟射频信号分发给至少一条信号通道。

上述方案中，所述将每条所述信号通道上的模拟射频信号转换到数字基带上包括：

对所述模拟射频信号进行分段滤波、放大和信号增益控制得到处理后的模拟射频信号；

对所述处理后的模拟射频信号进行采样、解调和测向，将采样、解调和测向后的模拟射频信号转换到数字基带上。

上述方案中，所述对所述模拟射频信号进行分段滤波包括：计算滤波的矩形系数，所述矩阵系数的计算过程包括：

其中，γ是主采样区滤波器的矩形系数，γ_m是盲区采样滤波器的矩形系数，m为盲区数量。

上述方案中，所述对所述处理后的模拟射频信号进行采样包括：求取盲区的中心频率和盲区的采样频率，所述盲区的中心频率的计算过程为：

f_bi＝f_s1·(k+i)/2

其中，f_bi为第i个盲区的中心频率，0＜i＜m，m为盲区个数，f_s1为A/D最大采样频率，k为参数；

所述盲区的采样频率的计算过程为：

其中，f_si+1为第i个盲区的采样频率，f₁为接收机起始频率，n为接收机的数量。

本发明实施例所提供的信息处理装置及方法，通过信号共用单元为多个信号转换单元提供信号，减轻了信息处理装置的重量，减小了信息处理装置的体积；信号转换单元将模拟射频信号转换到数字基带上，降低了系统复杂性；并通过信号抗干扰单元去除了干扰信号。

附图说明

图1为本申请信息处理装置的结构示意图；

图2为本申请信息处理方法的流程图；

图3为天线共用器工作原理；

图4为射频前端组成框图；

图5为射频数字化实现电路；

图6为并行处理原理框图；

图7为基于射频数字化的宽带射频干扰抵消架构。

为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的尺寸、结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定尺寸、结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

实施例1

本实施例提供了一种信息处理装置，所述装置包括：

信号共用单元101、用于将接收到的模拟射频信号发送给至少一个信号转换单元；信号共用单元101将采集到的信号分发给多个信号转换单元，实现了模拟射频信号的共用，能够减少信号源的数量，减小信息处理装置的体积。

信号转换单元102，用于将从信号共用单元接收的模拟射频信号转换到数字基带上；信号转换单元102直接将模拟射频信号转换到数字基带上，不需要接收机和发射机模拟变频部分的电路，降低了复杂性，并且能使的数字信号更接近真实的信号。

信号抗干扰单元103，用于去除所述数字基带上的数字信号中的干扰信号。

其中，所述信号共用单元101包括：

校准模块，用于对接收到的模拟射频信号进行校准；实际中，接收到的模拟射频信号很复杂，需要对模拟射频信号设定频率、幅值等条件，或将模拟射频信号按其他设定条件进行校准，以便后续对模拟射频信号的处理。

选择开关，用于根据预设的频率要求选择所述模拟射频信号的频段；由于本申请的信号共用单元101为多个设备提供信号，而不同设备对模拟射频信号的要求不同(如，频段要求不同)。因此，需要通过选择开关将模拟射频信号的特定频段发给对应的设备。

分路器，用于根据所述频段将所述模拟射频信号分发给指定数量的信号转换单元。

其中，所述信号转换单元102包括：

射频前端模块，用于对所述模拟射频信号进行分段滤波、放大和信号增益控制得到处理后的模拟射频信号，并将所述处理后的模拟射频信号发送给射频处理模块；

射频处理模块，用于对所述处理后的模拟射频信号进行采样、解调和测向，将采样、解调和测向后的模拟射频信号转换到数字基带上。

其中，所述射频前端模块包括：

滤波器，用于对所述模拟射频信号进行滤波；

信号放大器，用于对滤波后的信号进行放大；

增益控制器，用于对放大后的信号的增益进行调整；

所述滤波器、信号放大器和增益控制器依次连接。

其中，所述射频处理模块包括：

模数转换器，用于对所述处理后的模拟射频信号进行A/D采样(模拟信号采集，数字信号输出)得到A/D采样信号，将所述A/D采样信号在现场可编程门阵列和数控晶振内混频，得到对应所述处理后的模拟射频信号的数字信号；

数字基带转换器，用于将模数转换器输出的数字信号进行低通数字滤波和低通数字抽取，得到数字基带同向正交信号，并对所述数字基带同向正交信号进行数字域处理，实现将所述数字信号转换到数字基带上。

实施例2

本实施例与实施例1属于同一发明构思，本实施例提供了一种信息处理方法，所述方法包括：

步骤201：按照信号预设条件，将接收到的模拟射频信号分给至少一条信号通道。

和上述实施例1类似，本实施例的信息处理方法也按照信号预设条件，将模拟射频信号分给对应的信号通道，实现模拟射频信号的共用。

步骤202：将每条所述信号通道上的模拟射频信号转换到数字基带上。

本实施例方法将模拟射频信号转换到数字基带上，避免了模拟信号的变频过程，能够使得变换到数字基带上的信号更加接近真实的信号。

步骤203：去除所述数字基带上的数字信号中的干扰信号。

步骤201还包括：

第一步，对接收到的模拟射频信号进行校准。

实际中，接收到的模拟射频信号很复杂，需要对模拟射频信号设定频率、幅值等条件，或将模拟射频信号按其他设定条件进行校准，以便后续对模拟射频信号的处理。

第二步，根据预设的频率要求选择所述模拟射频信号的频段。

由于本申请为多个设备提供信号，而不同设备对模拟射频信号的要求不同(如，频段要求不同)。因此，需要通过选择开关将模拟射频信号的特定频段发给对应的设备。

第三步，根据所述频段将所述模拟射频信号分发给至少一条信号通道。

步骤202还包括：

第一步，对所述模拟射频信号进行分段滤波、放大和信号增益控制得到处理后的模拟射频信号；

第二步，对所述处理后的模拟射频信号进行采样、解调和测向，将采样、解调和测向后的模拟射频信号转换到数字基带上。

其中，所述对所述模拟射频信号进行分段滤波包括：计算滤波的矩形系数，所述矩阵系数的计算过程包括：

其中，γ是主采样区滤波器的矩形系数，γ_m是盲区采样滤波器的矩形系数，m为盲区数量。

其中，所述对所述处理后的模拟射频信号进行采样包括：求取盲区的中心频率和盲区的采样频率，所述盲区的中心频率的计算过程为：

f_bi＝f_s1·(k+i)/2

其中，f_bi为第i个盲区的中心频率，0＜i＜m，m为盲区个数，f_s1为A/D最大采样频率，k为参数；

所述盲区的采样频率的计算过程为：

其中，f_si+1为第i个盲区的采样频率，f₁为接收机起始频率，n为接收机的数量。

实施例3，以下通过一个实际的场景对本申请进行说明。

以下通过无人机进行雷达/通信侦察一体化设计对本申请技术方案进行说明。

无人机进行雷达/通信侦察一体化设计的系统工作原理为：通信侦察天线阵(全向)、雷达侦察/通信侦察一体化天线阵(定向)接收到的信号经限幅、滤波后进入天线共用器，然后对射频信号进行选择、放大、分路后分别输出给通信处理设备、通信侦察综合处理机、雷达侦察处理设备。射频前端对输入的射频信号进行分段滤波和功率放大，然后直接送至高速A/D进行射频采样，采样后的数字信号通过大容量FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)和DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)进行处理，完成对预定的频段或特定目标的搜索、截获、分析、识别，或对指定频段进行自动测向或对重要目标进行跟踪测向和定位。在执行任务过程中产生的大量侦察信息和大容量存储信息，由载机平台进行数据分发，对下传的侦察信息通过高速数据链路传到舰上控制台，控制终端和情报处理终端对侦察结果进行显示、分析，形成初级情报并上报。

本申请的主要组成部分包括天线共用器、射频前端模块、射频处理模块、综合处理模块及宽带自适应干扰抵消模块，具体包括如下内容：

1)天线共用器(信号共用单元101)

两个或多个任务分系统共用一组或多组天线，即同一组天线同时为两个或多个任务分系统提供接收信号，并且满足其对信号侦收的指标要求，从而降低任务设备重量，为综合一体化奠定基础。

天线共用器主要由校准模块、选择开关、分路器、放大电路及控制电路组成。输入端共16路信号，其中15路为天线信号，1路为校正信号。输出20路信号，其中8路给雷达侦察处理设备，8路给通信侦察处理设备的射频前端。在给通信侦察射频前端的8路中，前7路用于侦察与测向分时工作，第8路用于在测向的同时单独作侦察用。在信号通过开关选择、功分之后，增加直通、衰减和放大三档选择。其中7路通侦天线接收的信号与8路雷侦/通侦共用天线接收的信号的垂直分量。具备闭锁和上电控制功能。

2)射频数字化处理(信号转换单元102)

射频数字化就是将模拟射频信号直接变换到数字基带，或者将数字基带信号直接变换到模拟射频信号的过程。射频数字化去除了接收机与发射机模拟变频部分电路，使数字信号更接近天线。

本方案中射频数字化技术主要包括射频前端模块，射频处理模块及综合处理模块。

射频前端模块在1个射频前端模块内集成2路通道，8路输入共需要4个模块。主要作用是对天线接收信号进行分段滤波、放大、信号增益控制后直接到射频信号处理模块进行数字采样。

射频处理模块完成多路信号的采样和处理，主要由8路高速大动态A/D、大容量FPGA、高速DSP以及高速数据传输接口组成。该处理模块的工作原理为，射频处理模块首先通过高速A/D对射频信号进行A/D采样，A/D采样信号在FPGA内部与NCO(Numerical Controlled Oscillator，数控晶振)本振频率混频，进行数字下变频、再经低通数字滤波、抽取后得到数字基带I/Q(In-phase/Quadrature，同相正交)信号，再对I/Q信号进行数字域处理，实现信号的解调、测向等处理。处理数据汇总到DSP，主要完成对预处理结果数据的综合处理，这些处理包括：对超短波定频/跳频信号、数据链、AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)等信号解调、分析、测向、定位等处理；对IFF信号的综合处理，包括对敌我识别信号进行分选、识别、参数提取、信号解码和信息解译；对ADS-B(广播式自动相关监视)进行侦察，给出目标地址码、位置(经纬度)、高度、航班号、国别地区、类型、航向、航速、相距测量点、目标方位角与俯仰角等参数；对塔康信号的综合处理，包括工作模式判别、信号类型(信标信号、机载询问信号或信标台应答信号)识别、频率配对关系判别等处理。

综合处理模块主要完成对整个系统的控制、流程管理、数据处理等功能。其主要采用一片MC8640D处理器，一片SRIO(Serial Rapid I/O，高速串行输入输出口)交换机，并能动态管理模块的SRIO节点，并更新路由表。

3)宽带自适应干扰抵消(信号抗干扰单元103)

在射频数字化技术的基础上，完成基于收发一体射频数字化的设计架构，利用数字波束形成技术实现干扰信号的提取，采用性能优良的自适应滤波算法，提高滤波器性能，实现对定/跳频、多源目标干扰的干扰信号抵消。

本申请的有益效果：

根据本申请的技术路线实现方法，使用天线共用孔径技术减少天线使用数量，减轻设备重量，实现了任务设备的轻量化、小型化及一体化；采用射频数字化技术，减轻设备重量、体积及功耗，同时降低系统复杂性，提高其可靠性，使得信号的处理更接近天线端，为射频一体化奠定基础；采用新型宽带自适应干扰抵消技术完成一体化射频数字化设计，利用数字波束形成技术实现干扰信号的提取，采用性能优良的自适应滤波算法，提高滤波器性能，实现对定/跳频、多源目标干扰的干扰抵消。

本申请主要分为共用天线孔径设计、射频数字化设计、宽带自适应干扰抵消技术研究三个部分。下面结合附图对本发明方法做进一步详细的说明。

附图3所示为本方案中天线共用器工作原理图。雷达天线采用双极化天线，通信侦察使用天线阵，实现对数据链、IFF、TACAN的快速侦察、测向、定位功能。每一路天线信号的垂直分量进来后，先将信号进行滤波放大，再功分，一路送给通信侦察分系统，另一路跟水平分量一起送给雷达侦察分系统。若雷达侦察分系统仅需要水平分量信号，则垂直分量不做功分(功率分配)，直接经天线共用器给通信侦察分系统，那么可以避免不必要的功分损耗。

射频数字化技术是基于射频直接带通采样原理。附图4所示为射频前端组成框图、附图5所示为射频数字化实现电路、附图6所示为射频数字化并行处理原理框图。滤波器的矩形系数满足如下关系：

其中，γ是主采样区滤波器的矩形系数；γ_m是盲区采样滤波器的矩形系数，m为盲区的数量。其中γ＝γ_m，则有：

通过增大m值，可以增加矩形系数，降低对电调滤波器的要求，但是也会减少接收机的瞬时带宽。

当接收机输入超过A/D的Nyquist频率时，就会出现采样盲区。

a)采样盲区数的确定

采样盲区的定义为：其中，Z代表盲区，f_s1是A/D最大采样频率，n是接收机的数量，w是接收机最大带宽。盲区数量确定步骤如下：

1)求取参数k和l：

f₁是接收机起始频率，f₂是接收机终止频率，表示向下取整。

2)分以下两种情况确定盲区数量：

当时，m＝1-k+1 (4)

当时，m＝1-k (5)b)确定采样频率值

按最大采样频率准则，变速采样的数量不大于盲区数量加1。变速采样频率的求取步骤如下：

1)求取每个盲区的中心频率值：

f_b1＝f_s1·(k+1)/2；

f_b2＝f_s1·(k+2)/2；

…

f_bi＝f_s1·(k+i)/2；

…

f_bm＝f_s1·(k+m)/2

f_b1,f_b2,…,f_bm表示m个盲区中心频率。

2)求取每个盲区的采样频率值：

表示向上取整

…

…

f_s2,…,f_sm+1表示m个盲区采样频率。

c)分段滤波划分

分波段滤波器划分根据采样盲区数确定，它们之间的关系是：分波段滤波器的波段数为2m+1，要求每个波段的频率有一个重叠区，这个重叠值等于接收机的带宽。每个波段的频率范围按下式求取：

波段1：f_{bd1_1}～f_{bd1_2}＝f₁～f_b1-w/2；

波段2：f_{bd2_1}～f_{bd2_2}＝f_b1-3w/2～f_b1+3w/2

波段3：f_{bd3_1}～f_{bd3_2}＝f_b1+w/2～f_b2-w/2

波段4：f_{bd4_1}～f_{bd4_2}＝f_b2-3w/2～f_b2+3w/2

…

波段2m：f_{bd2m_1}～f_{bd2m_2}＝f_bm-3w/2～f_bm+3w/2

波段2m+1：f_{bd2m+1_1}～f_{bd2m+1_2}＝f_bm+w/2～f₂

其中，bd代表波段；_1代表波段的上限频率；_2代表波段的上限频率。

偶数频段的带宽均为3w，奇数波段对应f_s1采样频率，偶数频段分别对应f_s2,f_s3,…,f_sm+1采样频率。

根据每个波段的频率范围、采样频率检查各频段滤波器的矩形系数，如果不能满足工程制造要求，则对该波段进行进一步拆分。

在实现过程中采用了宽带大动态数字前端技术、高效信道化技术及超大规模FPGA技术。宽带大动态数字前端技术突破以往对射频进行下变频的传统模拟超外差式接收机技术，而是通过软件无线电接收机的方式，对信号直接射频采样，将宽带下变频到数字基带，实现信号的直接数字下变频，输出正交I、Q基带信号数据流。高效信道化技术是基于超大容量FPGA硬件实现高速并行处理能力，同时利用超大容量FPGA技术实现实时信号处理，以连续获取特定跳频信号信息。

附图7所示为基于射频数字化的宽带射频干扰抵消架构。

为了实现载机电台通信与通信侦察同时工作，需要对平台自身通信信号进行干扰抵消。本方案中采用的是基于收发一体射频数字化技术的射频干扰抵消技术体制。传统模拟体制干扰抵消只能对窄带信号进行抵消，当要对跳频信号进行抵消时，需要预先知道起跳频率，以便引导干扰抵消将该频率信号进行抵消。当有两个或两个以上信号同时到达时，该技术体制不能对付。为此，本方案中采用宽带自适应滤波技术解决多源干扰和高速跳频信号的干扰抵消问题。

与传统模拟体制射频干扰抵消不同，这种新型射频干扰抵消架构的中心思想是干扰信号的抵消仍在模拟域进行，但误差信号的取样，自适应滤波的算法实现，抵消射频信号的形成都是在数字域内进行。这样做的优点是：可以采用性能良好的自适应滤波算法，大大提高滤波性能，同时使设备体积及重量大大下降。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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。