一种大动态抗干扰的可重构接收机的制作方法

1.本发明涉及通信、雷达、电子对抗及综合射频技术领域，特别是指一种大动态抗干扰的可重构接收机。


背景技术：

2.通信、雷达、电子对抗以及综合射频领域的接收系统都有对接收机动态范围的需求。接收机的动态可细分为瞬时动态、双音动态、单音动态、无杂散动态等，影响这些动态的因素也可细分为干扰、三阶交调、二阶交调、混频杂散、相位噪声、时钟抖动等。传统接收机设计，无论是超外差、零中频、还是其它架构的接收机，其动态性能都受限于链路中的核心器件，进一步提升性能则需要引入动态提升技术。
3.目前的动态提升技术包括非线性均衡、强制加扰、多相混频、干扰抵消等，各类技术所适用的应用场景、接收机方案以及实现效果有所不同。非线性均衡技术的优点在于能够抵消非线性逆模型包含的所有非线性项，但其需要的数字资源较多，计算量大，会影响接收机实时性能，同时其对干扰及混频杂散处理能力有限；强制加扰的优点在于容易实现，且能处理混频杂散，但其缺点是无法用于单通道接收机，同时也无法处理主要影响双音动态的三阶交调差项；多相混频随着混频通道的增加，能够抵消高阶次的组合杂散，但其抵消在模拟域实现，性能依然受限于器件一致性；干扰抵消能够抑制外界干扰，但不能用于接收机内部产生干扰的抑制。


技术实现要素：

4.为了在不影响接收灵敏度的前提下，提高接收机的动态范围，且摆脱链路中器件性能的限制。本发明将干扰抵消、阵列合成、功率回退、强制加扰以及非线性均衡等技术进行改进并集成到同一方案中，并相应进行了简化，在发挥各技术主要优势的前提下，降低了整体方案的复杂度，更适于工程应用。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种大动态抗干扰的可重构接收机，包括1个耦合放大分路网络模块a、包含n个通道的阵列射频放大滤波模块b、包含n个通道的阵列加扰混频模块c、包含n个通道的阵列中频放大滤波模块d、包含n个通道的阵列加扰模块e、1个阵列去加扰合成模块f、1个非线性均衡模块g和1个校准与干扰产生模块h；其中n为设定值，且n为正整数；
7.耦合分路网络a的ai-1端口从系统前级接收信号，ai-r端口接收校准与干扰产生模块h产生的校准或干扰抵消信号，在内部耦合到主通路后分路为n通道，通过ao-1到ao-n共n个端口输出至阵列射频放大滤波b；
8.阵列射频放大滤波b的bi-1到bi-n端口分别接收耦合分路网络a输出的n路信号，后在内部进行幅度控制、放大、滤波后由bo-1到bo-n端口输出到阵列加扰混频c；
9.阵列加扰混频c的ci-1到ci-n端口分别接收阵列射频放大滤波b输出的n路信号，同时通过ci-c输入的参考时钟以及ci-s输入的同步脉冲，来实现内部本振的同步，通过端
口ci-d接收到δdf加扰向量以完成对n路信号在内部完成加扰和混频后，由co-1到co-n端口输出到阵列中频放大滤波d；
10.阵列中频放大滤波d的di-1到di-n端口分别接收阵列加扰混频c输出的n路信号，在内部进行放大、幅度控制、放大、滤波后由do-1到do-n端口输出到阵列加扰采样e；
11.阵列加扰采样e的ei-1到ei-n端口分别接收阵列中频放大滤波d输出的n路信号，同时通过ei-c输入的参考时钟以及ei-s输入的同步脉冲，来实现内部采样时钟的同步，通过端口ei-d接收到δdf加扰向量以完成对n路信号在内部完成加扰和采样后，由eo-1到eo-n端口输出到阵列去加扰合成f；
12.阵列去加扰合成f的fi-1到fi-n端口分别接收阵列加扰采样e输出的n路信号，在内部实现通道间幅相均衡、通过端口fi-d接收到δdr逆加扰向量去加扰以及波束合成后合成为1路通过fo-1端口输出到非线性均衡模块g；
13.非线性均衡模块g的gi-1端口接收阵列去加扰合成模块的输出信号，通过奇异值分解、非线性补偿核系数求解、非线性补偿滤波的处理后分别由go-1输出到后级信号处理，由go-c输出到校准与干扰产生h；
14.校准与干扰产生h产生非线性均衡以及通道均衡所需的校准信号，或者处理和提取hi-r端口输入提取干扰信号，通过内部的dac、混频与信号调理由端口ho-r输出到耦合分路网络a。
15.进一步的，耦合放大分路网络a内部分路后连接共n通道独立可控的接收通道，通过阵列射频放大滤波模块b、阵列加扰混频模块c、阵列中频放大滤波模块d、阵列加扰采样e并在阵列去加扰合成模块f内部完成n通道的接收信号合成，通过降低n个独立通道接收信号的功率能量来降低外界干扰和内部非线性产物的影响。
16.进一步的，阵列加扰混频模块c和阵列加扰采样模块e采用了n个独立的本振源和n个独立的采样时钟，利用参考时钟分路和同步信号同步后，得到的数字信号通过阵列去加扰合成模块f合成；
17.进一步的，对于阵列加扰混频模块c的n个独立的本振源或阵列加扰采样模块e的n个独立的采样时钟引入随机的加扰δdf其值为附加随机相移[exp(j
·
δθ1),
···
,exp(j
·
δθn)]或附加随机频移[exp(j
·
δω1·
t),
···
,exp(j
·
δωn·
t)]，并在阵列去加扰合成模块f中的逆加扰δdr其值对应附加相移为[exp(-j
·
δθ1),
···
,exp(-j
·
δθn)]或附加频移为[exp(-j
·
δω1·
t),
···
,exp(-j
·
δωn·
t)]恢复主信号后合成。
[0018]
进一步的，非线性均衡模块g位于阵列去加扰合成模块f之后，非线性均衡模块g内部的非线性补偿滤波仅对三阶交调差项进行补偿，采用记忆深度为m的补偿模型，滤波器阶数为2m。
[0019]
进一步的，校准与干扰产生模块h内部的数字处理部分产生用于非线性均衡的校准信号或产生用于干扰抵消的逆干扰信号，通过dac变换为模拟信号，经过上变频和信号调理后，输入耦合放大分路网络模块a的ai-r端口耦合进入主信号通路。
[0020]
相比与其它接收机设计，本发明相主要有以下优点：
[0021]
1通过多种动态提升技术的结合，摆脱了特定器件对接收机动态性能的限制，根据n的取值在不影响灵敏度的前提下获得了多个数量级的动态提升；
[0022]
2通过n通道独立的本振和采样钟，不仅实现了相位噪声和时钟抖动的合成增益，
相应提升了10logn瞬时动态，同时能够在模拟域引入δdf，从而在逆加扰δdr并合成后获得除三阶交调差项外所有非线性产物的抑制；
[0023]
3在数字域采用仅包含记忆深度为m的三阶项的记忆多项式逆补偿模型，在节省计算资源的同时只抵消三阶交调差项，通过调节m的值，能够适应不同的瞬时带宽；
[0024]
4所引入的校准与逆干扰产生模块，能够实现通道均衡校准，非线性均衡并自适应提取干扰信号完成在输入端的抵消。
附图说明
[0025]
图1是本发明接收机方案原理图。
[0026]
图2是本发明实施例耦合放大分路网络模块的方案原理图。
[0027]
图3是本发明实施例阵列射频放大滤波模块的方案原理图。
[0028]
图4是本发明实施例阵列加扰混频模块的方案原理图。
[0029]
图5是本发明实施例阵列中频放大滤波模块的方案原理图。
[0030]
图6是本发明实施例阵列加扰采样模块的方案原理图。
[0031]
图7是本发明实施例阵列去加扰合成模块的方案原理图。
[0032]
图8是本发明实施例非线性均衡模块的方案原理图。
[0033]
图9是本发明实施例校准与干扰产生模块的方案原理图。
具体实施方式
[0034]
下面通过实施例结合附图，对本发明进行详细阐述。
[0035]
如图1所示，一种大动态抗干扰的可重构接收机，包括1个耦合放大分路网络模块、1个包含n个通道的阵列射频放大滤波模块、1个包含n个通道的阵列加扰混频模块、1个包含n个通道的阵列中频放大滤波模块、1个包含n个通道的阵列加扰模块、1个阵列去加扰合成模块、1个非线性均衡模块和1个校准与干扰产生模块；其中n为设定值。
[0036]
如图2所示，耦合放大分路网络模块a由a1耦合器、a2增益可调放大器、a3分路器构成，从ai-1端口和ai-c端口进入的信号在a1耦合器中合成一路后进入a2增益可调放大器，放大后在a3分路器分为n路后通过ao-1到ao-n共n个端口输出。
[0037]
如图3所示，阵列射频放大滤波模块b由n个数控衰减器b1-1到b1-n、n个放大器b2-1到b2-n以及n个可调滤波器b3-1到b3-n构成。从bi-1到bi-n端口输入的n路信号依次经过b1衰减，再通过b2低噪声放大最后通过b3带通滤波后由bo-1到bo-n输出。
[0038]
如图4所示，阵列加扰混频模块c由n个混频器c1-1到c1-n和n个独立本振c2-1到c2-n构成。n个独立的本振通过ci-c端口输入的参考时钟和ci-s输出的同步信号实现同步，通过ci-d输入的δdf实现相位或幅度加扰。由ci-1到ci-n端口输入的n路信号经过变频后由co-1到co-n输出。
[0039]
如图5所示，阵列中频放大滤波模块d由n个放大器d1-1到d1-n、n个数控衰减器d2-1到d2-n、n个可调滤波器d3-1到d3-n以及n个末级放大器d4-1到d4-n构成。从di-1到di-n端口输入的n路信号依次经过d1放大，通过d2衰减d3滤波以及d4末级放大后，由do-1到do-n输出。
[0040]
如图6所示，阵列加扰采样模块e由n个采样器e1-1到e1-n和n个独立采样时钟e2-1
到e2-n构成。n个独立的时钟通过ei-c端口输入的参考时钟和ei-s输入的同步信号实现同步，通过ei-d输入的δdf实现相位加扰。由ei-1到ei-n端口输入的n路模拟信号经过采样后变换到数字域由eo-1到eo-n输出。
[0041]
如图7所示，阵列去加扰合成模块f由n个均衡滤波器f1-1到f1-n、n个去加扰频移相移f2-1到f2-n、1个合成模块f3构成。从fi-1到fi-n端口输入的n路信号首先经过f1的通道均衡后，利用fi-d端口输入δdr对n个通道信号进行去加扰，最终由f3对n个通道的数字信号求和后输出。
[0042]
如图8所示，非线性均衡模块g由1个奇异值分解模块g1、1个非线性补偿和系数求解模块g2以及一个非线性补偿滤波模块g3构成。从gi-1进入的信号通过奇异值分解后，通过矩阵求逆获得非线性补偿核系数，再提供给可重构的非线性补偿滤波器进行滤波后由go-1输出到后级处理电路，由go-c输出进行干扰抵消提取和校准信号的产生；
[0043]
如图9所示，校准与干扰产生模块h由1个校准/干扰信号产生模块h1、模数转换dac模块h2、混频器h3、本振h4以及信号调理模块h5构成。通过hi-r提取干扰信号信息或产生校准信号，通过dac转换为模拟信号后，经过混频器和本振上变频与输入信号在同一频段内，通过信号调理电路对信号幅度相位进行控制后由ho-r端口输出至耦合放大分路网络模块a完成反馈环路；
[0044]
总之，本发明实现了一种大动态抗干扰的可重构接收机，能够使接收机不受器件动态水平限制，有效提升瞬时动态范围、双音动态范围以及抗干扰能力，特别适合在通信、雷达、电子对抗及综合射频技术领域中的接收系统中使用。