一种接收阵列宽带正交失衡补偿装置的制作方法

本发明涉及通信、雷达、电子对抗技术领域，特别是指一种接收阵列宽带正交失衡补偿装置。

背景技术：

采用零中频接收机架构实现接收阵列能够简化接收链路的复杂度、降低功耗且容易集成，但其零中频接收机架构所固有的一些技术问题限制了其在实际工程中的应用，本发明主要关注和解决其中宽带i/q支路幅相失配问题。i/q支路的幅相不一致性，将产生镜像频率，从而恶化接收阵列系统的动态范围。目前的校准方式主要针对单路接收机，如果直接扩展到接收阵列中应用，所需的计算资源和硬件复杂度都会大幅增加，这将极大增加成本。同时现有的i/q失配补偿技术大多都针对窄带应用，因此处理稀疏分布在宽带瞬时带宽内多个非合作信号时性能恶化严重。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种接收阵列宽带正交失衡补偿装置，其能够适用于任意规模的宽带接收阵列，同时能够适应多种制式的信号、合作与非合作信号、不同信噪比条件以及温度变化带来的影响的i/q失配补偿等情况，具有宽带工作、硬件复杂度低、所需计算资源少等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种接收阵列宽带正交失衡补偿装置，包括随机正交相移模块a、窄带补偿模块b、去正交阵列合成模块c、自适应失衡估计模块d；外界信号与随机正交相移模块a的第一端口a-1相连，随机正交相移模块a的第二端口a-2与窄带补偿模块b的第一端口b-1相连，窄带补偿模块b的第二端口b-2与去正交阵列合成模块c的第一端口c-1相连，去正交阵列合成模块c的第二端口c-2输出自适应处理后的信号给自适应失衡估计模块d的第一端口d-1，自适应失衡估计模块d的第二端口d-2与窄带补偿模块b的第三端口b-3相连；

外界输入的n个射频信号进入随机正交相移模块a的第一端口a-1，n大于1，随机正交相移模块a对每个射频通道的信号随机实现0°/90°的正交相移，并通过第二端口a-2输出n路数字化后的基带i/q信号给窄带补偿模块b的第一端口b-1，窄带补偿模块b通过从自适应失衡估计模块d获得的校准矩阵对输入信号进行校准后，由第二端口b-2输出到去正交阵列合成模块c的第一端口c-1；信号在去正交阵列合成模块c中经过去正交处理并合成后，由去正交阵列合成模块c的第二端口c-2对外输出；同时，去正交阵列合成模块c的第二端口c-2输出的信号反馈一路至自适应失衡估计模块d-1的第一端口d-1，自适应失衡估计模块d对反馈的信号进行i/q失配估计，构造出校准矩阵，并由自适应失衡估计模块d-1的第二端口d-2输出到窄带补偿模块b的第三端口b-3。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

a)宽频带工作，之前的i/q校准方法大多针对几mhz～几十mhz带宽的i/q失配校准，本发明能够实现几百mhz～上千mhz带宽的i/q失配校准。

b)性能受信噪比影响较小，之前的i/q失配提取精度受到信噪比影响较大，本发明在阵列合成之后才对i/q失配进行提取并构建校准矩阵，因为阵列合成能够提供信噪比增益，因此提取得到的i/q失配信息具有更高精度。

c)本发明的硬件和计算复杂度低。

总之，本发明结合导频校准和自适应盲校准，通过组合基于导频测试的混合不平衡提取与分解、频率无关与频率相关分级幅相校准、基于n维空间距离最小的自适应优化等技术，能够适用于多种制式的信号、合作与非合作信号、不同信噪比条件以及温度变化带来的影响，是对现有技术和方案的一种重要改进。

附图说明

图1是本发明实施例的原理框图。

图2是本发明实施例的镜频抑制比仿真对比图。

图3是本发明实施例的多信号校准仿真对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参照图1，一种接收阵列宽带正交失衡补偿装置，其包括随机正交相移模块a、窄带补偿模块b、去正交阵列合成模块c、自适应失衡估计模块d。其中，外界输入的信号进入随机正交相移模块a的a-1端口，随机正交相移模块a的a-2端口与窄带补偿模块b的b-1端口相连，窄带补偿模块b的b-2端口与去正交阵列合成模块c的c-1端口相连，去正交阵列合成模块c的c-2端口输出自适应处理后的信号，同时与自适应失衡估计模块d的d-1端口相连，自适应失衡估计模块d的d-2端口与窄带补偿模块b的b-3端口相连。

实施例通过仿真按图1在matlab中进行仿真实施，仿真结果如图2和3所示。

由图2可见，在40db信噪比条件下，对16通道阵列进行i/q失配校准，采样时钟频率256mhz，校准前镜频抑制比irr在20db左右，校准后实现了70db的镜频抑制比。

由图3可见，基带频率47.5mhz带宽5mhz的信号和基带频率-78mhz带宽6mhz的信号，在校准前的镜频抑制度为20db左右，在校准后提高到了60db左右。

本发明的简要工作原理如下：

外界接收的共n个(n大于1)射频信号进入随机正交相移模块a的a-1端口，随机正交相移a对每个射频通道的信号随机实现0°/90°的正交相移，a-1端口输出n路数字化后的基带i/q信号；a-2端口输出的n路数字化基带i/q信号输入窄带补偿模块b的b-1端口，通过窄带补偿模块b中的校准矩阵校准后，由b-2端口输出到去正交阵列合成模块c的c-1端口；信号在去正交阵列合成模块c中经过去正交处理并合成后，由去正交阵列合成模块c的c-2端口输出；c-2端口输出的信号反馈回一路输入自适应失衡估计模块d-1的d-1端口，在自适应失衡估计模块d中对合成后的信号进行i/q失配估计，并构造出校准矩阵由d-2输出到窄带补偿模块b的b-3端口。

本发明针对基于零中频架构的接收阵列系统，能够补偿其宽带正交失衡，从而提高动态范围的混合正交去相关及自适应盲补偿。本发明通过对各接收支路进行随机的正交移相，将射频与基带的宽带正交失衡构造成负相关，从而使宽带不平衡能够在去正交阵列合成过程中相互抵消，再通过窄带的失衡估计与校准矩阵构建，自适应的更新窄带补偿模块校准系数，实现窄带补偿。相较于传统技术，本发明实现了针对基于零中频架构的阵列接收系统的系统级宽带正交失衡的补偿，能够补偿通道间一致性、随机性正交失衡，特别适合在通信、雷达、电子对抗技术领域中的宽带零中频接收阵列系统中使用。

总之，本发明将阵列去相关方法和i/q失配自适应盲补偿方法进行改进和结合，能够适用于任意规模的宽带接收阵列，并能够适应多种制式的信号、合作与非合作信号、不同信噪比条件以及温度变化带来的影响的i/q失配补偿等情况，具有宽带工作、硬件复杂度低、所需计算资源少等特点。

技术特征：

1.一种接收阵列宽带正交失衡补偿装置，其特征在于：包括随机正交相移模块(a)、窄带补偿模块(b)、去正交阵列合成模块(c)、自适应失衡估计模块(d)；外界信号与随机正交相移模块(a)的第一端口(a-1)相连，随机正交相移模块(a)的第二端口(a-2)与窄带补偿模块(b)的第一端口(b-1)相连，窄带补偿模块(b)的第二端口(b-2)与去正交阵列合成模块(c)的第一端口(c-1)相连，去正交阵列合成模块(c)的第二端口(c-2)输出自适应处理后的信号给自适应失衡估计模块(d)的第一端口(d-1)，自适应失衡估计模块(d)的第二端口(d-2)与窄带补偿模块(b)的第三端口(b-3)相连；

外界输入的n个射频信号进入随机正交相移模块(a)的第一端口(a-1)，n大于1，随机正交相移模块(a)对每个射频通道的信号随机实现0°/90°的正交相移，并通过第二端口(a-2)输出n路数字化后的基带i/q信号给窄带补偿模块(b)的第一端口(b-1)，窄带补偿模块(b)通过从自适应失衡估计模块(d)获得的校准矩阵对输入信号进行校准后，由第二端口(b-2)输出到去正交阵列合成模块(c)的第一端口(c-1)；信号在去正交阵列合成模块(c)中经过去正交处理并合成后，由去正交阵列合成模块(c)的第二端口(c-2)对外输出；同时，去正交阵列合成模块(c)的第二端口(c-2)输出的信号反馈一路至自适应失衡估计模块(d-1)的第一端口(d-1)，自适应失衡估计模块(d)对反馈的信号进行i/q失配估计，构造出校准矩阵，并由自适应失衡估计模块(d-1)的第二端口(d-2)输出到窄带补偿模块(b)的第三端口(b-3)。

技术总结
本发明公开了一种接收阵列宽带正交失衡补偿装置，属于通信、雷达、电子对抗技术领域。其包括随机正交相移模块、窄带补偿模块、去正交阵列合成模块以及自适应失衡估计模块，本发明通过对各接收支路进行随机的正交移相，将射频与基带的宽带正交失衡构造成负相关，从而使宽带不平衡能够在去正交阵列合成过程中相互抵消，再通过窄带的失衡估计与校准矩阵构建，自适应的更新窄带补偿模块校准系数，实现窄带补偿。本发明能够适用于任意规模的宽带接收阵列，并能够适应多种制式的信号、合作与非合作信号、不同信噪比条件以及温度变化带来的影响的I/Q失配补偿等情况，具有宽带工作、硬件复杂度低、所需计算资源少等特点。

技术研发人员：王璇;宋庆辉
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2020.03.01
技术公布日：2020.06.26