专利名称：模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置的制作方法
技术领域：
本发明属于雷达干扰抑制的技术，具体涉及到基于连续波体制的民用生命探测雷 达系统中的杂波自适应对消领域，特别是一种模拟数字联合处理的强杂波自适应对消 装置。
背景技术：
民用生命探测雷达主要探测墙体、废墟或障碍物后处于静止或微动状态的人员。 这是一种新型的探测设备，其主要应用于以下场合当有人质和绑匪共处于一个房间 里时，需要知道嫌疑犯和人质在房间里的位置，并将他们区分开来，便于实施人质援 救；当有狙击手隐蔽在建筑物内，警察要强攻建筑物时，需要确定狙击手的位置，以 免人员伤亡；当发生地震灾害时，人员被掩埋在废墟下面，这时需要尽快寻找到被埋 在废墟下面仍然活着的人员；当用于军事侦察时，希望知道前方掩体下敌方人员的布 置情况。因此，生命探测雷达可在反恐、地质灾害人员救护等领域发挥重要作用。在 基于连续波体制的民用生命探测雷达系统中，雷达常常受到强近地物如墙体、障碍物、 废墟等杂波的影响，而探测的目标如处于静止状态的人员，主要通过探测其由于呼吸 和心跳引起的身体微动信号。人的呼吸信号频率一般在0.1-0.5Hz，心跳信号频率在 0.5-3Hz，所引起的微动信号频率与零频很近，而且人员往往距离障碍物很近，因此目 标回波信号与强地物回波在时域和频域上均非常接近，难以区分。从信号幅度上看， 目标回波比近地物回波要弱得多。在这种情况下要检测目标回波是非常困难的，因此 必须采取有效措施将杂波除去，这样才能检测到微弱的信号，即杂波对消技术是生命 探测雷达的一项关键技术。
专利申请号为02830076 .9 、发明名称为《自适应地面杂波消除》的中国专利，是
一种机载雷达地面杂波抑制设备，包括至少两个天线以及用来抑制地面杂波的杂波抑 制装置。但该专利是针对脉冲雷达的，对于连续波雷达并不适用。
专利申请号为200410094852.8 、发明名称为《一种集成通用的雷达杂波采集模拟 仿真器及模拟仿真方法》的中国专利，包括工业控制计算机、采集卡、模拟仿真卡， 采集卡采集雷达的杂波信号至工业控制计算机，该发明将独立的杂波采集装置、杂波模拟装置和杂波仿真装置构成一个统一的整体，具有用采集的真实杂波数据进行仿真 模拟的特点，但该发明不能完成实时杂波对消处理功能。
在各种对消技术中，微波对消是最直接、最有效的，但微波对消复杂，不稳定， 易受温度影响。从查阅的专利、文献资料看，杂波对消技术主要针对探测目标与背景 之间在运动速度上或距离上有较大差异，即时域或频域可分开的情况，而对于信号与 杂波在时域和频域上均难以区分的情况并不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实时自适应地抑制强杂波干扰的模拟数字联合处 理的强杂波自适应对消装置
实现本发明目的的技术解决方案为 一种模拟数字联合处理的强杂波自适应对消 装置，包括3dB功分器、第一高速模/数采样器、高速数/模转换器、第一增益可控滤波 放大器、固定增益放大器、模拟加法器、第二增益可控滤波放大器、第二高速模/数采
样器和杂波对消分析及控制器，连续波雷达输出的视频回波信号通过3dB功分器分成
两个通道， 一路为信号通道，经过固定增益放大器到模拟加法器的正输入端；另一路 为杂波通道，经过第一高速模/数采样器变为数字信号，该数字信号经过高速数/模转换 器再恢复成模拟信号输入到第一增益可控滤波放大器，进行滤波、放大获取杂波信号 送到模拟加法器的负输入端；在模拟加法器中两路信号相减，抵消回波中的杂波信号； 模拟加法器的输出接到第二增益可控滤波放大器的输入端，抵消杂波的回波信号经过 该第二增益可控滤波放大器的滤波、放大后送入第二高速模/数采样器进行高速采样、 量化后，作为数字视频回波输出，同时将量化后的信号送至杂波对消分析及控制器， 杂波对消分析及控制器对量化后的信号进行统计、分析直流分量，比较杂波对消效果， 由此输出信号控制第一增益可控滤波放大器的增益，并根据工作状态调整第二可控滤 波放大器的增益。
本发明与现有技术相比，其显著优点(1)应用广泛，不仅可用于民用生命探测 雷达系统中的强杂波对消，还可以用于对消与探测信号在时域、频域均接近的其它强 杂波系统。(2)可以实时、自适应地降低强杂波的干扰，提高系统的灵敏度，增强雷 达探测能力。(3)发明电路简单、可靠性高、易于实现。(4)用于基于连续波体制的 生命探测雷达，可以大大减轻墙体、障碍物或废墟等强杂波的影响，提高系统的灵敏 度，增强雷达的探测能力。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置的组成框图。 图2是本发明的杂波对消分析与控制器的工作流程图。
图中，A:杂波对消分析及控制器增益发往第一增益可控滤波放大器的控制信号。
A,:杂波对消分析及控制器增益发往第一增益可控滤波放大器的i级增益控制信 号，i取值为l到N， N为第一增益可控滤波放大器的增益级数。
B:杂波对消分析及控制器增益发往第二增益可控滤波放大器的控制信号，分为 Bo和B!两级，B0为低增益，Bj为高增益。
C:第二高速模/数采样器采集的对消了杂波的数字视频回波信号。
C,:在第一增益可控滤波放大器的i级增益下的数字视频回波信号，i取值为l到
N， N为第一增益可控滤波放大器的增益级数。
Zi:在第一增益可控滤波放大器的i级增益下的数字视频回波信号C,的直流分量。
i取值为l到N， N为第一增益可控滤波放大器的增益级数。
具体实施例方式
结合图l，本发明模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，包括3dB功分器、 第一高速模/数采样器、高速数/模转换器、第一增益可控滤波放大器、固定增益放大器、 模拟加法器、第二增益可控滤波放大器、第二高速模/数采样器和杂波对消分析及控制 器，连续波雷达输出的视频回波信号通过3dB功分器分成两个通道， 一路为信号通道， 经过固定增益放大器到模拟加法器的正输入端；另一路为杂波通道，经过第一高速模/ 数采样器变为数字信号，该数字信号经过高速数/模转换器再恢复成模拟信号输入到第 一增益可控滤波放大器，进行滤波、放大获取杂波信号送到模拟加法器的负输入端； 在模拟加法器中两路信号相减，抵消回波中的杂波信号；模拟加法器的输出接到第二 增益可控滤波放大器的输入端，抵消杂波的回波信号经过该第二增益可控滤波放大器 的滤波、放大后送入第二高速模/数采样器进行高速采样、量化后，作为数字视频回波 输出，同时将量化后的信号送至杂波对消分析及控制器，杂波对消分析及控制器对量 化后的信号进行统计、分析直流分量，比较杂波对消效果，由此输出信号控制第一增 益可控滤波放大器的增益，并根据工作状态调整第二可控滤波放大器的增益。上述3dB功分器将雷达视频回波信号等功率地分成两路， 一路是信号通道，另一
路是杂波样本提取通道，应选择插入损耗小、输出两路幅度、相位一致性好的功分器的，
在连接时，应注意各部件之间的阻抗匹配，为方便起见，均采用50Q的负载。
第一高速模/数采样器将从3dB功分器输出的信号进行高速率、低量化精度的采样， 采样速度通常为系统视频带宽的4倍或以上。在实现时经过3dB功分器输出的雷达视 频回波信号幅度最好低于但接近第一高速模/数采样器的满量程，这样可以尽可能地获 取回波中的大信号，即杂波信号。第一高速模/数采样器的量化精度较低，6-8位即可。
高速数/模转换器将第一高速模/数采样器输出的量化数字信号再恢复成模拟信号， 在实施中数/模转换器的速度与模/数采样器的速度一致，转换位数也一致。通过第一高 速模/数采样器和高速数/模转换器的谐调工作，初步获得回波中的杂波样本信号。
第一增益可控滤波放大器对第一高速数/模转换器的输出信号进行滤波和放大。其 中滤波器为宽带低通滤波，其带宽能够滤除高速模/数和数/模转换引起的附加干扰，且 速度较快。放大器为增益可控放大器，其增益受杂波对消分析及控制器发出的A信号 控制，具有N级增益控制，具体增益范围应根据两个通道信号在模拟加法器处的幅度 差异范围来定，增益范围应大于两信号幅度差异范围，且具有一定余量即可。确定增 益范围后再确定增益级数N。 N越大，增益调节越细，杂波对消效果越好，但调节时 间长且复杂度增加。 一般取N1即可。
固定增益放大器对从3dB功分器过来的视频回波信号进行固增益定放大， 一般增 益比较低，其主要功能是增加信号通道的时延，以便在模拟加法器进行减法运算时两 通道信号相位基本一致。在实施时可以先测量对消通道的时延，然后调整固定增益放 大器的级数。
模拟加法器主要对信号通道的输出与杂波通道输出的进行相减运算，从而抵消了 杂波，获得抑制杂波的信号输出。加法器可具有一定的放大增益，如10倍。
第二增益可控滤波放大器对模拟加法器的输出信号进一步滤波、放大，其增益可 在杂波对消分析及控制器输出的B信号控制下进行调整，分为低增益和高增益两级， 对应控制信号为Bq和B,。当本对消装置对第一增益可控滤波放大器进行增益调整时选 择固定低增益，如l，对应控制信号为Bo;当增益调整结束时，模拟加法器的输出为 去除了大杂波的信号，这时选择高增益，如IOO，对应控制信号为Bi，具体增益根据 第二高速模/数采样器的要求确定。第二高速模/数采样器对第二增益可控滤波放大器的输出进行高速模/数变换,将抑 制了杂波的信号变为数字信号，便于接收机后续部分数字化处理回波信号。第二高速 模/数采样器的采样速度可低于第一高速模/数采样器的采样速度，2.5倍视频带宽即可， 但其量化精度要高，14位-16位，这样可更好地获取信号特征。在实施时同样希望第 二高速模/数采样器的输入信号低于但接近采样器的满量程，因此应根据实际选用的采 样器情况确定第二增益可控滤波放大器的高增益数值。
杂波对消分析及控制器对第二高速模/数采样器量化后的信号进行统计平均，获取 直流分量，根据直流分量大小控制第一增益可控滤波放大器的放大倍数，同时根据工 作状态调整第二可控滤波放大器的高增益和低增益状态。杂波对消分析及控制器的工 作流程图参见图2，其工作过程如下
① 对消装置开始上电后，向第二增益可控滤波放大器发出控制信号Bo，要求第二 增益可控滤波放大器调至低增益，取1=1;
② 向第一增益可控滤波放大器发出控制信号Ai，要求第一增益可控滤波放大器将 增益调至i级；
③ 从第二高速模/数采样器获取对消后的数字视频回波信号C,，对C,作周期平均， 获得直流量Z,并存储；
④ i递增l，重复第②③步骤，依次调整第一增益可控滤波放大器的增益，获取对 消后数字回波C,信号的直流量Z,，直至N级增益全部调整结束；
⑤ 从Z!-ZN中寻找最小的Z,，对应i记为n;
⑥ 向第一增益可控滤波放大器发出A。信号，要求第一增益可控滤波放大器的将增 益调至n级；
⑦ 向第二增益可控滤波放大器发出Bd言号，要求第二增益可控滤波放大器调至高 增益；
⑧ 查询连续波雷达系统有无杂波对消调整指令，若有，则转到步骤①； (D若无系统杂波对消调整指令，则继续查询预先设置的杂波对消调整时间是否到，
若时间到，则转到步骤①；
⑩若时间未到，则转至步骤⑧。
在具体实施时，可采用现场可编程逻辑阵列FPGA或高速数字信号处理器DSP来 实现。
权利要求
1、一种模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征在于包括3dB功分器、第一高速模/数采样器、高速数/模转换器、第一增益可控滤波放大器、固定增益放大器、模拟加法器、第二增益可控滤波放大器、第二高速模/数采样器和杂波对消分析及控制器，连续波雷达输出的视频回波信号通过3dB功分器分成两个通道，一路为信号通道，经过固定增益放大器到模拟加法器的正输入端；另一路为杂波通道，经过第一高速模/数采样器变为数字信号，该数字信号经过高速数/模转换器再恢复成模拟信号输入到第一增益可控滤波放大器，进行滤波、放大获取杂波信号送到模拟加法器的负输入端；在模拟加法器中两路信号相减，抵消回波中的杂波信号；模拟加法器的输出接到第二增益可控滤波放大器的输入端，抵消杂波的回波信号经过该第二增益可控滤波放大器的滤波、放大后送入第二高速模/数采样器进行高速采样、量化后，作为数字视频回波输出，同时将量化后的信号送至杂波对消分析及控制器，杂波对消分析及控制器对量化后的信号进行统计、分析直流分量，比较杂波对消效果，由此输出信号控制第一增益可控滤波放大器的增益，并根据工作状态调整第二可控滤波放大器的增益。
2、 根据权利要求1所述的模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征 在于第一高速模/数采样器采样速率是视频回波信号带宽的4倍或4倍以上；视频回 波信号的幅度接近第一高速模/数采样器的满量程；该第一高速模/数采样器的量化精度 6~8位。
3、 根据权利要求l所述的模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征在于高速数/模转换器的转换速度及位数与第一高速模/数采样器的采样速度及位数一 致。
4、 根据权利要求l所述的模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征在于第一增益可控滤波放大器其增益受杂波对消分析及控制器发出的信号控制，具有 多级增益控制。
5、 根据权利要求l所述的模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征在 于固定增益放大器对从3dB功分器输出的视频回波信号进行固定增益放大，增加信 号通道的时延，以便在模拟加法器进行减法运算时两通道信号时延基本一致。
6、 根据权利要求l所述的模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征在 于第二增益可控滤波放大器的增益在杂波对消分析及控制器输出的信号控制下进行调整，有两级增益，当对第一增益可控滤波放大器进行增益调整时选择固定低增益； 当调整结束时选择高增益。
7、 根据权利要求l所述的模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征在 于第二高速模/数采样器的采样速率不低于视频回波信号带宽的2.5倍，其量化精度 为14位-16位。
8、 根据权利要求l所述的模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置，其特征在 于杂波对消分析及控制器的工作过程如下① 对消装置开始上电后，向第二增益可控滤波放大器发出控制信号Bo，要求第二 增益可控滤波放大器调至低增益，取1=1;② 向第一增益可控滤波放大器发出控制信号A,，要求第一增益可控滤波放大器将 增益调至i级；③ 从第二高速模/数采样器获取对消后的数字视频回波信号Ci，对C,作周期平均， 获得直流量Z,并存储；④ i递增l，重复第②③步骤，依次调整第一增益可控滤波放大器的增益，获取对 消后数字回波C'信号的直流量Zi，直至N级增益全部调整结束；⑤ 从ZrZN中寻找最小的Z，对应i记为n;⑥ 向第一增益可控滤波放大器发出An信号，要求第一增益可控滤波放大器的将增益调至n级；⑦ 向第二增益可控滤波放大器发出B!信号，要求第二增益可控滤波放大器调至高 增益；⑧ 査询连续波雷达系统有无杂波对消调整指令，若有，则转到步骤①；(D若无系统杂波对消调整指令，则继续查询预先设置的杂波对消调整时间是否到，若时间到，则转到步骤①；⑩若时间未到，则转至步骤⑧。
全文摘要
本发明公开了一种模拟数字联合处理的强杂波自适应对消装置。本发明装置中，雷达的视频回波信号通过本装置分成两路，一路为原视频回波信号，另一路通过高速模/数和数模变换获取实时杂波样本信号，将增益可控的杂波样本信号与原视频回波作抵消处理获得抑制杂波的信号输出，根据输出信号的直流分量大小自动调整杂波样本信号的增益，实现自适应控制。本发明可以实时自适应地抑制强杂波的干扰，提高系统的灵敏度，增强探测能力。本发明电路简单、可靠性高、易于实现。
文档编号G01S7/36GK101452074SQ200710191058
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者鹏 李, 芮义斌, 谢仁宏, 郭山红 申请人:南京理工大学