本發(fā)明屬于超寬帶接收機(jī)，具體涉及一種基于奈奎斯特折疊接收（nyfr）和射頻片上系統(tǒng)（rfsoc）的數(shù)字信道化快速信號(hào)處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)所使用的頻段已經(jīng)擴(kuò)展至ku或更高頻段，這對(duì)超寬頻段的實(shí)時(shí)監(jiān)視和處理帶來(lái)了更高的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)常規(guī)接收機(jī)采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣和處理，然而，由于adc器件的采樣頻率限制，難以使用單片低速adc實(shí)現(xiàn)對(duì)超寬頻段的瞬時(shí)接收和實(shí)時(shí)處理，限制了在頻譜感知等場(chǎng)景中的有效應(yīng)用。

2、為了克服上述問(wèn)題，nyfr技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。nyfr技術(shù)是一種新型的欠奈奎斯特采樣技術(shù)，它將輸入的信號(hào)與本振調(diào)制信號(hào)混頻，使高頻段信號(hào)折疊到較低頻段內(nèi)，從而在較低采樣率的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻段的信號(hào)進(jìn)行采樣。nyfr技術(shù)不僅減少了對(duì)高頻adc的依賴(lài)，而且降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

3、nyfr技術(shù)雖然可以將高頻段的信號(hào)折疊到較低頻段，但多分量信號(hào)折疊后輸出的頻率區(qū)間會(huì)存在多個(gè)nyfr輸出信號(hào)，增加了nyfr輸出信號(hào)處理難度，而且nyfr折疊過(guò)程也會(huì)造成信號(hào)信噪比的惡化。因此引入數(shù)字信道化技術(shù)，數(shù)字信道化能夠?qū)⒁粋€(gè)頻段分割成多個(gè)窄帶信道，各個(gè)信道可獨(dú)立并行處理，這不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的多信號(hào)接收處理能力，也降低了數(shù)據(jù)速率，同時(shí)彌補(bǔ)了nyfr造成的信噪比的惡化，有效提升信號(hào)接收系統(tǒng)的處理性能和實(shí)時(shí)性。通過(guò)將數(shù)字信道化和nyfr相結(jié)合，使得系統(tǒng)可以在低速adc條件下完成超寬頻段內(nèi)信號(hào)的實(shí)時(shí)接收與處理，解決了多分量nyfr輸出信號(hào)的信號(hào)分離和快速處理難題。

4、rfsoc的出現(xiàn)，為數(shù)字信道化接收機(jī)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的突破。rfsoc集成了adc（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和dac（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），并結(jié)合了可編程邏輯資源（fpga），提供了一種高集成度、高性能的解決方案。一種基于nyfr和rfsoc的數(shù)字信道化快速信號(hào)接收與處理技術(shù)，通過(guò)nyfr系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)字信道化的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)僅使用一片低速adc完成對(duì)瞬時(shí)超大帶寬頻段信號(hào)的接收和處理。

5、這種基于nyfr和rfsoc的數(shù)字信道化快速信號(hào)接收與處理技術(shù)相較于傳統(tǒng)方法具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。首先，它大幅降低了對(duì)高速adc的需求，減少了系統(tǒng)成本。數(shù)字信道化的引入對(duì)多分量nyfr輸出信號(hào)進(jìn)行分離，使多個(gè)nyfr輸出信號(hào)能并行進(jìn)行快速處理，同時(shí)提高了snr，確保了nyfr輸出信號(hào)快速處理性能。此外，rfsoc內(nèi)置的fpga使得系統(tǒng)在處理nyfr輸出復(fù)雜信號(hào)時(shí)，具有更高的靈活性和可擴(kuò)展性。這些優(yōu)勢(shì)讓基于nyfr和rfsoc的數(shù)字信道化實(shí)時(shí)信號(hào)接收與處理技術(shù)在電子戰(zhàn)、頻譜感知等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種基于奈奎斯特折疊的數(shù)字信道化快速信號(hào)處理方法及系統(tǒng)，其目的在于克服常規(guī)接收機(jī)瞬時(shí)接收帶寬受限于adc采樣率，同時(shí)，通過(guò)對(duì)多分量nyfr輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信道化處理，將nyfr折疊至奈奎斯特頻率以下的頻段分成多個(gè)窄帶信道，可以將多分量nyfr輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分離，本發(fā)明具有利用少量資源實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)超寬頻段信號(hào)的接收，實(shí)時(shí)處理多個(gè)nyfr輸出信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。最終，將該技術(shù)應(yīng)用于rfsoc平臺(tái)，僅用一片rfsoc集成的adc和內(nèi)置fpga便可實(shí)現(xiàn)對(duì)超大帶寬頻段內(nèi)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明相比傳統(tǒng)的數(shù)字信道化接收機(jī)，受限于adc采樣頻率上限，難以獲得較大的瞬時(shí)監(jiān)視帶寬，基于nyfr和rfsoc的數(shù)字信道化快速信號(hào)接收與處理技術(shù)，通過(guò)數(shù)字信道化將nyfr折疊后奈奎斯特頻率以下的頻段劃分為多個(gè)窄帶信道，各個(gè)信道可以并行處理，可以有效提取和分離多分量nyfr輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)超寬頻段上多分量信號(hào)實(shí)時(shí)接收和快速處理，同時(shí)數(shù)字信道化降低了數(shù)據(jù)速率，提升信噪比（snr），有效提升nyfr輸出信號(hào)處理性能，該技術(shù)僅用單片低速adc即可完成瞬時(shí)超寬頻段多分量信號(hào)的實(shí)時(shí)接收和處理。

2、一種基于奈奎斯特折疊的數(shù)字信道化快速信號(hào)處理方法，采取的技術(shù)方案為：

3、通過(guò)nyfr結(jié)構(gòu)將本振（lo）產(chǎn)生的模擬周期非均勻采樣脈沖串，對(duì)天線接收到的超寬頻段的高頻信號(hào)進(jìn)行欠采樣，將信號(hào)頻譜的頻段從高頻段折疊至奈奎斯特頻率以下。

4、將nyfr結(jié)構(gòu)輸出折疊至奈奎斯特頻率以下的復(fù)雜調(diào)制信號(hào)，使用rfsoc集成的采樣率為的adc進(jìn)行離散數(shù)字化，離散數(shù)字化后的數(shù)據(jù)為實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)。

5、將adc離散數(shù)字化后的數(shù)據(jù)，通過(guò)基于離散傅里葉逆變換idft多相濾波結(jié)構(gòu)的數(shù)字信道化處理，降低數(shù)據(jù)速率，提升信噪比，數(shù)字信道化將nyfr折疊后奈奎斯特頻率以下的頻段分成多個(gè)窄帶子信道，將多分量nyfr輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的分離，接收機(jī)并行解調(diào)多個(gè)同時(shí)到達(dá)的子信道，重構(gòu)出原始信號(hào)，完成nyfr結(jié)構(gòu)快速接收和處理超寬頻段的信號(hào)。

6、優(yōu)選的，nyfr結(jié)構(gòu)的輸入含噪信號(hào)為，利用過(guò)零上升沿來(lái)控制射頻前端的采樣時(shí)鐘產(chǎn)生本振（lo）非均勻采樣脈沖串。

7、???????????????????(1)

8、其中，沖激函數(shù)，為正整數(shù)，lo采用正弦調(diào)頻調(diào)制，，為lo載頻，為調(diào)制頻率，為lo初相。

9、輸入含噪信號(hào)：

10、為信號(hào)幅度，為輸入信號(hào)載頻，為噪聲，將與進(jìn)行混頻得到，再將通過(guò)一個(gè)通帶截止頻率為的低通濾波器得到nyfr輸出信號(hào)。

11、?????????(2)

12、是nyfr輸出信號(hào)幅度，，是四舍五入取整，為符號(hào)函數(shù)，是輸出噪聲，信號(hào)經(jīng)nyfr結(jié)構(gòu)輸出的復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的載頻為。

13、優(yōu)選的，將采用rfsoc芯片內(nèi)置的采樣率為的adc對(duì)nyfr輸出信號(hào)進(jìn)行離散數(shù)字化，離散數(shù)字化信號(hào)的頻率范圍為0~，離散數(shù)字化間隔，adc離散數(shù)字化后數(shù)據(jù)為實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)adc離散數(shù)字化后的表達(dá)式可寫(xiě)為：

14、???(3)

15、本振載頻為，則天線接收到的信號(hào)頻段每隔被劃分成一個(gè)頻段，各個(gè)頻段的信號(hào)通過(guò)欠采樣折疊到0~的頻段，并有不同奈奎斯特區(qū)域nz標(biāo)號(hào)信息，nz標(biāo)號(hào)為，便于后續(xù)信號(hào)重構(gòu)。

16、優(yōu)選的，基于fir低通濾波器，將adc離散數(shù)字化的實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行基于多相濾波和idft高效結(jié)構(gòu)的數(shù)字信道化處理，將adc離散數(shù)字化數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)信道的數(shù)字信道化處理，為2的整數(shù)倍，進(jìn)行偶型排列的信道劃分，信道間有50%交疊，0~的頻率范圍被均分為個(gè)信道，另外一半的信道為負(fù)頻率的鏡像，對(duì)于后續(xù)處理無(wú)用，進(jìn)行舍棄。每一路子信道的帶寬為，處理帶寬為。

17、優(yōu)選的，fir低通濾波器的參數(shù)按照通帶截止頻率=，阻帶起始頻率=，階數(shù)為設(shè)計(jì)。根據(jù)所述的原型fir低通濾波器對(duì)其進(jìn)行倍抽取后再進(jìn)行2倍內(nèi)插確定各個(gè)信道的多相分量濾波器，。

18、優(yōu)選的，對(duì)adc離散數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行倍的數(shù)據(jù)抽取，作為每個(gè)信道的數(shù)據(jù)輸入。第道數(shù)據(jù)，通過(guò)多相分量濾波器，之后的結(jié)果為（*為卷積），；然后將個(gè)信道多相濾波的結(jié)果，進(jìn)行點(diǎn)的idft變換將頻譜搬移至基帶。

19、優(yōu)選的，基于多相濾波和idft高效數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)的輸出：

20、，?????(4)

21、對(duì)個(gè)信道的多相濾波結(jié)果做點(diǎn)的idft變換，再乘系數(shù)，得到數(shù)字信道化輸出，。

22、優(yōu)選的，adc的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)字信道化處理后數(shù)據(jù)率降低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理，使用rfsoc集成的采樣率的adc進(jìn)行采樣，進(jìn)行信道間有50%交疊的個(gè)信道的數(shù)字信道化，數(shù)據(jù)抽取倍數(shù)為倍，將0~的頻率范圍分為個(gè)信道，每一路信道帶寬為，處理帶寬為。adc采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成使用的時(shí)鐘，每個(gè)時(shí)鐘輸入個(gè)adc采樣數(shù)據(jù)到數(shù)字信道化模塊，數(shù)字信道化并行對(duì)adc采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)字信道化后每個(gè)子信道輸出的數(shù)據(jù)從輸入的一路數(shù)據(jù)率為的實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成了數(shù)據(jù)率為的兩路iq數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率降低了倍。同時(shí)，相比于采樣率的adc數(shù)據(jù)，理想情況下經(jīng)信道化后的數(shù)據(jù)可提升db的snr。

23、最終，實(shí)現(xiàn)用一片低速adc對(duì)超寬頻段內(nèi)信號(hào)的接收監(jiān)測(cè)。

24、本發(fā)明另一方面，提供一種基于奈奎斯特折疊的數(shù)字信道化快速信號(hào)處理系統(tǒng)，包括nyfr接收模塊、adc離散化模塊和數(shù)字信道化模塊。

25、所述nyfr接收模塊，用于將本振lo產(chǎn)生的模擬周期非均勻采樣脈沖串，對(duì)天線接收到的信號(hào)進(jìn)行欠采樣，將信號(hào)頻譜的頻段折疊至奈奎斯特頻率以下。

26、所述adc離散化模塊，將折疊至奈奎斯特頻率以下的調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行adc離散數(shù)字化。

27、所述數(shù)字信道化模塊，通過(guò)基于idft多相濾波結(jié)構(gòu)的數(shù)字信道化處理，將adc離散數(shù)字化后的數(shù)據(jù)分成多個(gè)子信道，接收機(jī)并行解調(diào)多個(gè)同時(shí)到達(dá)的子信道，重構(gòu)出天線接收到的信號(hào)。

28、本發(fā)明提供了一種基于奈奎斯特折疊的數(shù)字信道化快速信號(hào)處理方法及系統(tǒng)，通過(guò)將數(shù)字信道化應(yīng)用于nyfr接收中，將nyfr折疊后奈奎斯特頻率以下的頻段分割成多個(gè)窄帶信道，實(shí)現(xiàn)多分量nyfr輸出信號(hào)進(jìn)行有效的提取和分離，能同時(shí)并行的接收和快速處理多個(gè)nyfr輸出信號(hào)，顯著提升了系統(tǒng)的瞬時(shí)超寬頻段實(shí)時(shí)監(jiān)視和處理能力，僅用一片adc即可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)超大帶寬頻段信號(hào)的接收和處理，降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度，rfsoc內(nèi)置的fpga實(shí)現(xiàn)數(shù)字信道化處理，集成度高，提升信噪比，為超寬頻段內(nèi)信號(hào)的實(shí)時(shí)接收和處理提供了高效、可靠的解決方案。