一种幅相校准装置及幅相校准系统的制作方法

1.本技术涉及雷达技术领域，涉及但不限于一种幅相校准装置及幅相校准系统。


背景技术：

2.x波段接收机的相时曲线功能是将接收天线接收到的x波段信号通过射频接收前端组件后，对形成的中频信号进行数字采样及信号处理，获得相时曲线，实现测试信号与相位差提取，并输出控制码。在后续升级产品x波段信号采集处理组件项目中，采样的脉内时长要求更长、并且灵活可调，对采样的速度、数据恢复、数据传输提出了更高的要求。现有的雷达幅相系统主要存在以下问题：现有的雷达中频采样基本都是100mhz的采样率，用于采样雷达回波数据，对于如此短的采样时长，低的采样率是不能够很好地恢复脉内波形的，因此必须提高采样率才能很好地回波波形。现有雷达的网口数据传输基本都是传输的检测到的目标信息，传输的目标个数受到网络单个传输数据包大小的限制，对于大数据量的网口传输不能适用。现有雷达技术基本都是在信号处理进行相位校准，信号处理多采用查表方式进行校准，校准精度和灵活性都受限制。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本技术提供一种幅相校准装置及幅相校准系统。
4.本技术提供了一种幅相校准装置，包括：
5.第一信号处理通道，用于对参考中频数据进行采样得到采样参考数据，并将所述采样参考数据进行下变频得到第一信号数据；
6.第二信号处理通道，用于对待校准中频数据进行采样得到待校准采样数据，并将所述待校准采样数据转换为第二信号数据；
7.网口分包模块，用于接收第一信号数据和第二信号数据，并根据所述第一信号数据和所述第二信号数据的数据大小将所述第一信号数据和/或所述第二信号数据进行分包得到目标分包数据；
8.上位机，用于基于所述目标分包数据确定所述第一信号数据和所述第二信号数据，基于所述第一信号数据和所述第二信号数据确定所述参考中频数据与所述待校准中频数据之间的相位差和幅度差，以基于所述相位差和幅度差进行幅相校准。
9.在一些实施例中，所述第一信号处理通道，包括：
10.第一ad采样单元，用于对所述参考中频数据进行采样得到采样参考数据；
11.第一下变频单元，用于对所述采样参考数据进行下变频得到所述第一信号数据。
12.在一些实施例中，所述第二信号处理通道，包括：
13.第二ad采样单元，用于对所述待校准中频数据进行采样得到所述待校准采样数据；
14.第二下变频单元，用于对所述待校准采样数据进行下变频得到所述第二信号数据。
15.在一些实施例中，所述第一ad采样单元的采样率为400mhz，所述第二ad采样单元的采样率为400mhz。
16.在一些实施例中，所述第一ad采样单元和第二ad采样单元集成在一起。
17.在一些实施例中，所述网口分包模块包括：现场可编程门阵列。
18.在一些实施例中，所述第一下变频器、所述第二下变频器与所述现场可编程门阵列连接，所述现场可编程门阵列用于控制所述第一下变频单元和/或第二下变频单元工作。
19.在一些实施例中，所述网口分包模块具有网口所述网口分包模块通过所述网口与所述上位机通信连接，所述网口速率为100m。
20.在一些实施例中，所述第二下变频单元和所述第一下变频单元为数字下变频器。
21.本技术实施例提供一种幅相校准系统，包括上述任一项所述的幅相校准装置。
22.本技术提供的一种幅相校准装置及幅相校准系统，通过网口分包模块根据第一信号数据和第二信号数据的数据大小将第一信号数据和/或第二信号数据进行分包传输能够解决单个报文大小的限制，通过上位机基于第一信号数据和第二信号数据确定参考中频数据与待校准中频数据之间的相位差和幅度差，以基于相位差和幅度差进行幅相校准，能够提升校准精度和灵活性。
附图说明
23.在下文中将基于实施例并参考附图来对本技术进行更详细的描述。
24.图1为本技术实施例提供的一种幅相校准装置的结构示意图；
25.图2为本技术实施例提供的另一种幅相校准装置的结构示意图；
26.图3为本技术实施例提供的数字下变频的工作原理示意图；
27.图4为本技术实施例提供的一种幅相校准的实现流程示意图。
具体实施方式
28.以下将结合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本技术实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本技术的保护范围之内。
29.本技术提供了一种幅相校准装置，图1为本技术实施例提供的一种幅相校准装置的结构示意图，如图1所示，包括：第一信号处理通道、第二信号处理通道、网口分包模块、上位机；所述第一信号处理通道，包括：第一ad采样单元和第一下变频单元，所述第二信号处理通道，包括：第二ad采样单元和第二下变频单元，第一信号处理通道用于对参考中频数据进行采样得到采样参考数据，并将所述采样参考数据进行下变频得到第一信号数据；第二信号处理通道用于对待校准中频数据进行采样得到待校准采样数据，并将所述待校准采样数据转换为第二信号数据；网口分包模块用于接收第一信号数据和第二信号数据，并根据所述第一信号数据和所述第二信号数据的数据大小将所述第一信号数据和/或所述第二信号数据进行分包得到目标分包数据；上位机用于基于所述目标分包数据确定所述第一信号数据和所述第二信号数据，基于所述第一信号数据和所述第二信号数据确定所述参考中频数据与所述待校准中频数据之间的相位差和幅度差，以基于所述相位差和所述幅度差进行
幅相校准。
30.本技术提供的一种幅相校准装置，通过网口分包模块根据第一信号数据和第二信号数据的数据大小将第一信号数据和/或第二信号数据进行分包传输能够解决单个报文大小的限制，通过上位机基于第一信号数据和第二信号数据确定参考中频数据与待校准中频数据之间的相位差和幅度差，以基于相位差和幅度差进行幅相校准，能够提升校准精度和灵活性。
31.在一些实施例中，所述第一信号处理通道，包括：第一ad采样单元和第一下变频单元；第一ad采样单元用于对所述参考中频数据进行采样得到采样参考数据；第一下变频单元用于对所述采样参考数据进行下变频得到所述第一信号数据。
32.在一些实施例中，所述第二信号处理通道，包括：第二ad采样单元和第二下变频单元；第二ad采样单元用于对所述待校准中频数据进行采样得到所述待校准采样数据；第二下变频单元用于对所述待校准采样数据进行下变频得到所述第二信号数据。
33.在一些实施例中，所述第一ad采样单元的采样率为400mhz，所述第二ad采样单元的采样率为400mhz。本技术实施例中，提升了ad采样率，高速稳定的采样率设计可用于后续各种型号的雷达系统。
34.在一些实施例中，所述第一ad采样单元和第二ad采样单元集成在一起。
35.在一些实施例中，所述网口分包模块包括：现场可编程门阵列。
36.在一些实施例中，所述第一下变频器、所述第二下变频器与所述现场可编程门阵列连接，所述现场可编程门阵列用于控制所述第一下变频单元和/或第二下变频单元工作。
37.在一些实施例中，所述网口分包模块具有网口所述网口分包模块通过所述网口与所述上位机通信连接，所述网口速率为100m。
38.在一些实施例中，所述第二下变频单元和所述第一下变频单元为数字下变频器。
39.本技术实施例提供一种幅相校准系统，包括任一项所述的幅相校准装置。
40.基于前述的实施例，本技术实施例再提供一种幅相校准装置，图2为本技术实施例提供的另一种幅相校准装置的结构示意图，如图2所示，幅相校准装置包括：信号处理模块和上位机，其中，信号处理模块主要负责两路ad数据高速采样、下变频后的i数据(同上述实施例中的第一信号数据)、q数据(同上述实施例中的第二信号数据)和ad采样后数据通过网口在ip层进行分包传输到上位机，由上位机计算两通道的幅度、相位和相位差信息，并将相位差、幅度差通过光转串模块反馈到信号处理做幅相校准。具体实现如下：
41.ad采样：采用400m的高速双通道ad进行数字采样，数字采样包括：第一路中频(同上述实施例中的参考中频数据的采样)和第二路中频(同上述实施例中的待校准中频数据)的采样，目前样机采样最大时长为1us，目前信号处理模块在雷达探测模式和相时曲线模块均采用400mhz采样率，能够很好地进行数据恢复，由于信号处理模块有多片ad，多片ad间存在如何同步问题。为解决ad采样的同步问题，首先要确定ad采样的时钟与之后数据处理的时钟为同源时钟。在此基础上，进一步地优化同步问题。在进行ad采样的过程中，以tr信号的上升沿来同为ad数据写入fifo中的写使能信号；同时，对fifo的复位信号进行同步复位；此外，对读取fifo中的ad数据的读使能信号也进行同步；这样就能使ad采样数据有效同步起来。
42.数字下变频：
43.由于参考中频数据发射的是单频点信号，数字下变频的本振频率与接收机输出点频频率一致，产生零频信号。用400mhz采75mhz的中频信号(点频信号)，根据数字下变频(ddc)的工作原理，图3为本技术实施例提供的数字下变频的工作原理示意图，如图3所示，其中，fi为s(t)的中心频率75mhz，fs为采样频率400mhz，
44.由数字下变频的实现公式：
[0045][0046][0047]
的值均在0、
±
1之间变化，因此ddc在fpga中只占少量逻辑资源。
[0048]
数据分包传输
[0049]
fpga在利用网口进行数据的传输时，需要考虑传输数据的大小，即传输数据的字节数。利用udp协议进行数据传输时，链路层mtu的值为1500bytes。当传输的数据量小于1500bytes时，传输数据时不需要在ip层对数据进行分片；当传输的数据量大于1500bytes时，则需要将传输的数据分为若干分片进行传输，否则数据将无法发送成功。
[0050]
在一些实施例中，由于传输的数据量较大，因此需要对数据进行分片传输。数据的分片发生在ip层，具体的ip层数据分片为：在ip首部有4个字节是用于分片的，前16位是ip数据报的标识，同一个数据包的各个分片的标识是一样的，目的端会根据这个标识来判断ip分片是否属于同一个ip数据包。中间3位是标志位，其中有1位用来表示是否有更多的分片，如果是最后一个分片，该标志位为0，否则为1。后面13位表示分片在原始数据的偏移，这里的原始数据是ip层收到的传输的udp数据，不包含ip首部，第一个数据包分片的偏移量置为0，而后续的分片偏移量则是根据网络的mtu大小设置，且必须为8的整数倍。
[0051]
在数据分片传输完成之后，接收方在收到经过ip层分片的数据报文后，首先根据分片标志中的更多分段位判断是否是最后一个分片报文，如果是，则根据分片偏移量计算各个分片报文在原始数据报中的位置，进行重组。如果不是最后一个分片，则需等待所有分片到达后再完成重组。
[0052]
幅相校准
[0053]
幅相校准在上位机完成，幅相校准可以包括以下步骤，图4为本技术实施例提供的一种幅相校准的实现流程示意图，如图4所示，包括：
[0054]
步骤s401，接收信号处理模块发送的ad数据和下变频i、q数据。
[0055]
步骤s402，计算相位值和幅值。
[0056]
上位机根据信号处理上报的两通道i、q信号计算相位值，设复信号为a bi，那么相位就是arctan(b/a)。
[0057]
步骤s403，以参考通道为基准计算相位差和幅度差。
[0058]
计算两通道间的相位差(度)和幅度差(db)，当前下发的相位和幅度校准值取当前
采样点通道间相位差和幅度差的均值。根据计算所得的相位差和幅度差均值在线实时校准，也可以根据计算的相位差和幅度差值进行手动输入校准，
[0059]
步骤s404，归一化处理。
[0060]
当相位差小于0时，相位差 360
°
。
[0061]
步骤s405，计算相位差均值。
[0062]
在计算相位时就要用到反正切函数，计算机中反正切函数规定，在一、二象限中的角度为0～pi，三四象限的角度为0～-pi。若一个角度从0变到2pi，但实际得到的结果是0～pi，再由-pi～0，在w＝pi处发生跳变，跳变幅度为2pi，这就叫相位的卷绕。计算两通道相位差均值时，为了防止相位在0处发生跳变，从而影响相位差计算均值计算的准确性，在计算完相位差时，通过相位解卷绕，消除相位翻转、跳变的影响。
[0063]
本技术实施例提供的幅相校准装置，能够提升了ad采样率，高速稳定的采样率设计可用于后续各种型号的雷达系统；在信号处理fpga网口进行数据分包，可以提升传输的数据量，对应后续雷达产品提供了技术支持；实现了上位机高精度、灵活可变的在线实时校准，可为后续项目提供技术支持。
[0064]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，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。
[0065]
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。
[0066]
另外，在本技术各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个第二处理单元中，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。
[0067]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。