中频正交采样原理和其实现

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CH2雷达信号中频正交采样技术45

Modern Radar Signal Processing
Key Lab.for Radar Signal Processing
§2.4 数字正交相干检波方法
镜频实例：模拟正交相干检波处理后I/Q的正交性
F0通道
Fi通道
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Modern Radar Signal Processing
Key Lab.for Radar Signal Processing
x(tn) = a(tn)cos[2π f0 tn +φ(tn)] , 采样点 tn=n/fs, n=0,1,2,…, f0=(3/4) fs = a(tn)cos[3π/2 n +φ(tn)] = xI(tn) cos(π/2 n ) - xQ(tn) sin(π/2 n ) (-1)n/2 xI(n) , n为偶数； = (-1)(n+1)/2 xQ(n) , n为奇数；
数字处理
xI(n) xQ(n)
中频采样后频谱不混叠条件下， fs 与B、 f0的关系： fs ≥ 2B fs = 4 f0/ (2M＋1), M为正整数
注意：采样信号与中频载频信号相参! ——fs， f0来自同一频率源
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Modern Radar Signal Processing
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x(n) A/D 相移e-j ω /4 fs=2B x(2n-1) -(-1)n xQ(n)
采用两个不同的延时滤波器对I、Q两路都进行滤波，得到正交的信号。分数延时滤波器的设计可以利用滤波器的多相网络结构。
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Modern Radar Signal Processing
Key Lab.for Radar Signal Processing

高性能中频采样系统的设计与实现

2．2 A／D转换器前端运放电路该系统设计采用AD8352型超低失真差分中频放大器作为A／D转换器的驱动器件。其电路设计。
通过设置电阻RG的大小，可调节AD8352的放大倍数，其范围为：3～25 dB。CD和RD用于消除失真。通过前端的变压器，可以将单端信号转换为差分信号，为AD8352提供差分信号，使其具有更高的性能。2．3 采样时钟电路 AD9445的采样时钟必须是一个高质量，超低相位噪声的时钟源。根据上述理论分析可知，时钟抖动会对A／D转换器的性能造成很大影响：假设一个中频输入信号的频率为70 MHz。采样时钟的抖动为1 ps，则RSN=-201g(2πx70x106x10-12)=67．13 dB。结果说明，时钟的抖动已经将A／D转换器的信噪比限制在67．13 dB以下。在输入70 MHz时。如果使用一个高抖动的时钟源，则RSN性能很容易被降低3～4 dB。这里采用高性能时钟分配芯片AD9518-4作为采样时钟，电路设计。
Hale Waihona Puke 1．1 驱动电路信号A／D转换前往往需要进行以下处理：1)放大或衰减，使输入信号的电平与A／D转换器的所需电平相吻合；2)直流补偿或电平转换，通过补偿提高或降低直流电平使之符合A／D转换器的工作电平；3)滤波。滤除信号杂波使频带宽度符合A／D转换器的要求。采用运算放大器设计的驱动电路可以很好的完成上述处理。使用运算放大器作A／D转换器的接口还可作为缓存。大部分的A／D转换器并不能获得与输入电压范围相符合的输入信号，只有极少的情况下是相符的，这时需要在输入信号与A／D转换器之间加入一个缓存运放，这样可以解决以下问题：1)阻抗匹配，信号源往往并不是该系统设计所需的低阻抗，A／D转换器的输入将影响信号源。通常运算放大器缓存具有高输入阻抗，因此它不会对信号源产生影响。另外其低输出阻抗有益于A／D转换器的驱动；2)减小容性负载的影响。大多数的A／D转换器除在输入端具有电阻特性外，还具有电容效应。因此需要额外的补偿电路．通常用电阻或电容。运算放大器的低输出阻抗特性使其解决上述问题；3)将单端信号转换为差分信号，许多A／D转换器使用差分输入，而大多数信号是单端的。运算放大器可以完成这一转换。1．2 A／D转换电路 A／D转换器的性能指标主要分为静态参数和动态参数2种。静态参数是指A／D转换电路在低频或直流下的性能参数，而动态参数则是指中频或射频信号输入时的性能参数。对于中频采样系统来说，由于输入信号频率较高，其动态特性对反映电路的性能具有更大意义。重要的动态特性指标包括：信噪比RSN、无杂散动态范围SFDR、有效比特位ENOB、积分非线性INL、微分非线性DNL等。一个高性能的中频采样系统对噪声性能的要求很高，A／D转换器的噪声来源通常有：A／D转换器失真和量化噪声，A／D转换器等价输入噪声，内部抽样保持电路的孔径抖动，不良的接地和退耦设计，外部驱动放大器的噪声，不良的布局和信号走线设计，采样时钟噪声，外部电源噪声。针对以上噪声来源，该系统设计采用以下方法，力求减小噪声的引入：所有芯片的电源部分都采用钽电解电容与大面积，低阻抗的地层相退耦，用于去除低频噪声；使用铁氧体磁珠去除电源的高频噪声；模拟地与数字地分离。A／D转换电路。

直接数字中频正交采样

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National Lab of Radar Signal Processing
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Xidian University
§2.1 信号采样理论带通信号采样定理说明：
带通采样的结果:[nB,(n+1)B]＝>[0,B]
n为奇数，频谱反折； n为偶数，频谱平移；
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低通信号采样定理（Nyquist采样定理）：
一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号 x(t)，如果以 fs ( fs ≥2 fH ) 的采样频率对其进行等间隔采样，则x(t)将由得到的采样值完全确定。低通信号采样定理说明：
采样前加抗混叠模拟低通滤波器； 2 fH －Nyquist采样频率
过采样－ fs >2 fH 欠采样－ fs <2 fH
Xid号的原因：
•复信号可以用极坐标表示： z (t ) = a (t ) ⋅ e
jϕ ( t )
则解析信号可很容易获得信号的三个特征参数
a(t ) = Re 2 [ z (t )] + Im 2 [ z (t )] = x 2 (t ) + H 2 [ x(t )] 瞬时包络：
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正交采样的实现方法
直接中频采样＋数字正交相干检波
x(n) BPF
(f0, B)
x(t)
A/D fs
数字处理
xI(n) xQ(n)
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中频正交解调仿真及实现

ｂｌｏｃｄｅｉｅｅｌｇｉｖｃ
０引言
某型精密进场雷达的中频信号处理，先采用原模拟中频相干检波的方法获取目标的相位信息，其
平衡式相位检波与单路检波相比，然不会出现连虽
２１００年４月
舰船电子对抗
ＳＨＩＰＢ０ＡＲＤＥＩＥＣＴＲ０ＮＩＣ０ＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＣ
Ａｐ．２１ｒ００
Ｖｏ．３Ｎｏ２１３．
第３３卷第２期
中频正交解调仿真及实现
林澄清，修斌，赵王翔
关键词：雷达；正交解调；数字中频；复杂可编程逻辑器件
中图分类号：Ｎ５．１Ｔ９７５
文献标识码：Ａ
文章编号：Ｎ２１１（０００—０９４Ｃ３—４３２１）２０７— ０
ＩｅｍｅｉｔｅｕｎｃｒｎｄｃｌｒＤｅｏｌｔｏｉｕａｉｎＡｎｄＲｅｌｚｔｏｎｔｒｄａｅＦｒｑｅｙＰｅｐｅｉｕａｍｄｕａｉｎＳｍｌｔｏａｉａｉｎ
位，定目标（）一２Ｒ。ｃ伽，动目标固ｔ一／＋运
续盲相，是点盲相依然存在；但同时由于模拟器件自
ｌｒｄｍｏｌｔｏｆｎａｌｒｎｇｏｒａｄｔｅｉｅｉｓｇｎｍｅｈｏｂｎｎｇｔｉｓｅａｅｄｕａｉｎ，ｉｌｙｂｉｓｆｗｒｈｅｎｇｎｅｒｎｇｄｅｉｔｏｄｃｍｉｉｈｅｈｇｈｐｅｄＡＤ９２６ａｔｔｃｎｉｕｅ２ｎｄｈｅｅｈｑｏｆｏｐｅｐｒｇａｍａｅｏｉｄｖｃ，ｗｈｉｈｃｍｌｘｏｒｍｂｌｌｇｃｅｉｅｃｈａｄｆｎｔｒｆｒｎｅｓｅｉｉｅｅｅｅｃｍｅｎｎｇｔｈｅｅｇｉｅｒｎｇｐｒｃｉｅａｉＯｔｎｎｅｉａｔｃ．

中频采样正交双通道处理的VHDL实现

摘
要：对模拟视频正交双通道处理中容易产生镜像频率等不平衡问题，绍了中频采样正交双通道处理的数字正交针介
技术，于ＶＬ语言编程实现了某雷达接收机中的正交双通道处理系统并进行了系统功能仿真，真结果表明，统最高基ＨＤ仿系
维普资讯
Ｖ０．２Ｎｏ１３，．８Ａｕｕｔ２０７ｇｓ，０
火力与指挥控制
ＦｉｅＣｏｒｌａｄＣｏｒｎｔｏｎｍｍａｄＣｏｔｏｎｎｒｌ
第３２卷第８期２００７年８月
Ａｂｔａｔｎｔｓｐｐｅｓｒｃ：Ｉｈｉａｒ，ｔｅＩｄｇｔｌｑｄａｕｒａｈＦｉｉａｕａｒｔｅｓｍｐｌｎｇｔｃｉｕｅｉｎｔｏｕｃｄｔｖｒｏｈｅｉｅｈｎｑｓｉｒｄｅｏｏｅｃｍｅｔｍｉｒｒｍａｆｅｕｅｃｐｏｅｒｏｉｇｅｒｑｎｙｒｂｌｍｏｔｂｒｎｈｅｏｆｈａｌｇｕｑｕｄｒｔｅｆＷＯａｃｓｔｅｎａｏｅａａｕｒｄｅｅｔｔｃｏｒ，ａｔｅａａｎｄｈｒｄｒｒｃｉｅａａｕｅｃｎｌｐｏｅｓｎｙｔｍｓｒａｉｅｎｄｓｍｕａｅｓｅｅｖｒｑｕｄｒｔｒｈａｎｅｒｃｓｉｇｓｓｅｗａｅｌｚｄａｉｌｔｄｂａｅｏｎＶＨＤＬ．ｔｉｕｌｔｏｈｅｓｍａｉｎ

直接数字中频正交采样

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§2.2 采样率转换技术采用率转换技术又称多速率信号处理技术，指利用抽取（减采样）与内插（增采样）等处理方式来提高数字信号处理系统的效率。软件无线电的理论基础之一。
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用复解析信号z(t)表示一个实信号的原因：
•复信号可以用极坐标表示： z (t ) = a (t ) ⋅ e
jϕ ( t )
则解析信号可很容易获得信号的三个特征参数
a(t ) = Re 2 [ z (t )] + Im 2 [ z (t )] = x 2 (t ) + H 2 [ x(t )] 瞬时包络：
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§1.2 宽带与窄带
2( f H − f L ) ( f H − f L ) B = = Fractional Bandwidth (FBW)= f0 f0 ( fH + fL )
Im[ z (t )] H [ x(t )] 瞬时相位： (t ) = arctan ϕ = arctan Re[ z (t )] x(t )
瞬时角频率：
dϕ (t ) d ⎧ Im[ z (t )] ⎫ H '[ x(t )]x(t ) − x '(t ) H [ x(t )] = ⎨arctan ω (t ) = ⎬= dt dt ⎩ Re[ z (t )] ⎭ [a (t )]2
fH − fL Re lative Bandwidth( RBW ) = fH + fL
where fH and fL are the upper and lower band edges of the signal, respectively.

直接数字中频正交采样实现

ity
4阶插值改进：
Q5
Q1 I2 Q3 I4 Q5 I6 Q7 I8
+ ×8 +
+ -
ˆ I5
1 16
ˆ 1 8I I I I I I I5 4 6 4 6 2 8 16
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§3.2 正交采样的实现方法

数字方法: 直接中频采样＋数字正交相干检波
x(t) x(n) BPF
(f0, B)
A/D fs
数字处理
xI(n) xQ(n)

实现方法:
低通滤波法 Bessel插值法多相滤波法
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3. 多相滤波法

原理说明
对一路序列做3/4分数延时，
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对另一路序列做1/4分数延时 ——时间对齐 National Lab of Radar Signal Processing
以
采样，可得
x(n) a(nts )cos(2 f0nts (nts ))
2 f 0 n(2M 1) cos( (nt )) a(nt )sin 2 f 0 n(2M 1) sin( (nt )) a(nts ) cos s s s 4 f0 4 f0
a (nts ) cos( (nts )) cos n (2 M 1) a( nts ) sin( ( nt s )) sin n (2 M 1) 2 2 n n I (n) cos( Mn ) Q (n) sin( Mn ) 2 2 (1) n / 2 I (n)，niseven n＋1 M+1 (-1) (1) 2 Q(n)，nisodd

直接中频正交采样的Bessel内插实现

（一（为整）等÷ 正数由采间Ａ（一）式１的：ｔ式１为于样隔￡芋，（中￡Ａ（变：１令）ｎ，）则
＝（２）源自Ｓｎｔ＝【（Ａ）｛（
一
ｒ（一１，ｎｔ）（Ａ）
１丁Ｑ（Ａ）・）ｎｔ（一１）
信号处理的办法产生正交复基带信号。通过选取工程较易实现的中点Ｂｓｅｅｓｌ内插函数，到正交得的两路基带ＩＱ信号，、从理论与大量测试中表明相位误差比传统相干检波器小一个数量级，无幅且
度误差，大大提高了检波器的性能。
Ｉ￡ｃｓ￣ｏ（）ｏ２ｆ —Ｑ（）ｉ２ｒｔ￡ｓ￣ｏｎｆ
（）１
式中Ａｔ、（）Ｉｔ、ｔ各代表振幅、（）ｔ、（）Ｑ（）相位、同相分量和正交分量，为信号中心频率。令为采样频率，足Ｎｑｉ准则，有约束关系：满ｙｕｓｔ且
方法．既完成了正交化处理，实现了信号的检波。又
收稿日期：０２— １— １２００３作者简介：朱荣新（９４一）男，１６，浙江余姚人，副教授，硕士，主要从事信号与信息处理、测控技术研究
维普资讯
号处理成败的关键．统的方法是采用双通道处理技术，过两路正交的相位检波器得到ＩＱ视频信号，传通、经视放和低通滤波器后，由两路ＡＤ变换器变换成ＩＱ数字信号。在模拟相位检波器之后，、／、ＩＱ两支路的低通滤波器和视放（带运放）宽很难做到增益匹配和无零点漂移，路输出信号的相位误差一般只能做到２两。～３，。幅度误差约为０５ｄ这就限制了信号处理器性能的进一步提高。．Ｂ，

宽带信号的中频正交采样

【关键词】正交相干检波；采样；中频宽带信号；低通滤波法；多相滤波法；ｅｓ插值法Ｂｓｌｅ
中图分类号：Ｎ５．１Ｔ９７５文献标识码：Ａ
ＱｕｄａｕｅＳｍｐｉｇｏｉｅａｄＩｉｎｌａｒｔｒａｌｆｄｂｎＦＳｇａｎＷ
ｓｉｌｒｔｅｑａｒｔｒａｌｇｏｉｅａｄＩｉａ．ｕｔｅｆｕｄａｕｅｓｍｐｉｆｗｄｂｎＦｓ１ｂａｏｈｎｎｇ
【ｅｏｄ】ｕｄｔｅｏｅｎｄｔｔ；ａｐｎｇａ；ｉｂｎｇａ；Ｐｅｏ；ｏｐａｌｒｅｏ；ＫｙｗｒｓｑａｒｕｈｒｔｅｃｒｓｌｇｆＦｓｌｗｅａｄｓｌＬＦｍｔｄｐｌｈｓｆｔｔａｒｃｅｅｏｍｉｏＩｉｎｄｉｎｈｙｅｅｍｈｉｄ
ｓａａｄｉｐｅｅｔｉｒｅｔｈｓｒａｏｓｕｔｄｏｏｐｔｒｎｅｒｓｌｈｗｔａｔｅＬＦｍｔｏｓｏｅｉｌｎｓｉｌｎａｏｉｐ￣ｃ．ＴｅｅａｅｌｉｌｅｎｃｍｕｅｄｔｕｔｓｏｔｈＰｅｄｉｍｒｎｇｔｍｍｔｎｎｓｍａａｈｅｓｈｈ
（西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室，西安７０７）１０１
【摘要】在回顾并对比低通滤波法、插值法和多相滤波法三种中频正交采样方法的基础上，究它们在宽带信号情研
况下的适用性，讨论宽带信号的中频正交采样方法及其工程实现，并进行计算机仿真。结果表明，低通滤波法更适合于宽带信号的中频正交化处理。

介绍了中频直接正交采样及Bessel插值理论以及FPGA实现

介绍了中频直接正交采样及Bessel插值理论以及
FPGA实现
现代雷达普遍采用相参信号来进行处理，而如何获得高精度基带数字正交(I，Q)信号是整个系统信号处理成败的关键。

传统的做法是采用模拟相位检波器来得到I、Q信号，其正交性能一般为：幅度平衡在2％左右，相位正交误差在2度左右，即幅相误差引入的镜像功率在-34 dB左右。

这样的技术性能限制了信号处理器性能的提高。

为此，近年来提出了对低中频直接采样恢复I、Q信号的数字相位检波器。

随着高位、高速A／D的普遍应用，数字相位检波方法的实现已成为可能。

本文介绍了一种正交相干检波方法，并给出了其FPGA的实现方案。

1 基本原理
1．1 中频信号分解的基本原理
一个带通信号通常可表示为：
其中，xI(t)、xQ(t)分别是s(t)的同相分量和正交分量。

ω0为载频，a (t)、φ(t)分别为包络和相位。

它们之间具有如下关系：。

中频数字正交解调接收机的研究及实现

性由滤波器通带波纹大小决定; 过渡带宽度和阻带衰减决定了
带外噪声的抑制度。可见由此方法设计的数字滤波器得到的 I、
Q 两路基带信号的幅度一致性和相位正交性很好, 可以达到很
高的精度。在文献中详细分析了窗函数法和频率采样法,其主要
缺陷是在满足一定的阻带衰减要求时,滤波器的阶数需要很大,
从而加大了滤波器的实现成本, 从而可见切比雪夫等波纹逼近
滤波器设计的最优性。
(a)
(b)
图 4 切比雪夫等波纹逼近 FIR 滤波器波形和幅度特性
由图 4(a)可知,此方法可以精确控制通带边界频率与阻
带边界频率 ,而且随着滤波器阶数的增加阻带衰减增加,过渡
带的宽度和通带波纹的大小是减小的, 从而可以有效抑制带外
噪声和保证幅度一致。正交解调后的 I、Q 基带信号的幅度一致
宽。一般,模拟信号进行数字采样实质就是其频率沿着频率轴以
fs 为周期进行延拓。假设 fc=B,取 M=1,其频谱示意如图 2 所示,
从图中看出,只要满足
,信号频谱就不会发生混叠。
图 2 数字信号频谱周期采样化
3 低通滤波数字正交解调
低通滤波数字正交解调的原理框图如图 3 所示, 经过数字混频和数字滤波处理后得到的同相和正交两路基带信号, 形成
在数字接收系统中, 数字滤波器的设计是数字正交解调的核心。本文中使用 FIR 数字滤波器以保证正交解调中 I、Q 信号的相位正交,FIR 滤波器设计的方法有很多,包括窗函数法、频率采样法、切比雪夫等波纹逼近的设计法和均方误差最小化准则设计法等。这里主要比较了应用均方误差最小化准则设计法和切比雪夫等波纹逼近设计法, 分析两种设计法对 I、Q 基带信号幅相误差的影响,从而得出一种最优设计法。

中频正交采样原理及其实现

缺点：数据采集时需要较高的采样率。
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2、多相滤波法
基本原理：
2018/11/17
2、多相滤波法
2018/11/17
多相滤波法实现过程
2018/11/17
由前面知容易得到
也就是说两者的数字谱相差一个延迟因子 e 2 ，在时域上相当于相差半个采样点。这半个延迟差显然是由于采用了奇偶抽取所引起的，如图所示
低通滤波法： 19 阶FIR等纹波滤波器 Bessel 插值法：19 阶插值滤波器, 多相滤波法：8 阶延时滤波器（系数偶对称）。
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三种实现方法的性能比较
低通滤波法：在整个带宽内都具有比较平均的衰
减，适用于边带频谱较强的场合；插值法：频偏较小时，具有很高的镜频抑制效果，但其有效带宽较小，镜频抑制比很快就衰减到较低的水平；多相滤波法：有效带宽较大，所需的滤波器的阶数仅为低通滤波法的1/4，实现简单；
6阶Bessel插值公式：
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插值处理：Bessel插值法
插值公式工程使用：
8点Bessel插值公式为：
ˆ 1 I I 1 1 I I 1 I I I 5 4 6 4 6 2 8 2 8 2 16
ˆ 为 I 2 、I 4 、I 6 、I 8 的中值点。式中， I 2 、I 4 、I 6 、I 8 为已知点，I 5
j

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对于时间上“对不齐”的现象，可以采用两路分别用一个延时滤波器来进行校正（相当于分数倍的插值），这两个滤 H q (e j ) j 波器的频率响应满足 e 2 j H I (e ) H (e j ) H (e j ) 1 I q 例如可选

二次雷达数字接收机的中频带通采样和数字正交解调及其实现

二次雷达数字接收机的中频带通采样和数字正交解调及其实现罗丽;黄勇
【期刊名称】《光盘技术》
【年(卷),期】2008(000)007
【摘要】袋通采样技术是实现数字接收机的关键技术,数字接收机的中心频率和信号的带宽直接影响其采样和处理的形式.而在雷达系统中,一般都需要将中频输出信号变为正交的基带信号,即I、Q分量,以获取回波中的幅度和相位信息.本文提出了一种二次雷达接收机的中频数字化设计方案,并详细论述了如何用带通采样定理,正交相干检波理论实现回波信号的中频直接数字化,,从而获得I、Q分量,最后给出了仿真结果.
【总页数】2页(P30-31)
【作者】罗丽;黄勇
【作者单位】西华大学电气信息学院,四川,成都,610039;西华大学电气信息学院,四川,成都,610039
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.雷达中频正交解调仿真及实现 [J], 林澄清;赵修斌;张光景
2.中频带通采样技术在数字接收机中的应用研究 [J], 毕大平;潘继飞
3.二次雷达数字接收机中频数字化的实现 [J], 王赏妮;赵勇;郭宏博
4.雷达数字接收机中的中频带通采样和数字I／Q解调及其实现 [J], 郑生华;韩华;等
5.雷达数字接收机中的中频带通采样和数字I/Q解调及其实现 [J], 郑生华;韩华;王冰
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中频正交采样原理及其实现

➢正交性与虚假抑制之间的关系
设两个本振信号的正交误差为，即两个本振信号分别为
和
，设输入信号为
➢正交性与虚假抑制之间的关系
设两个本振信号的正交误差为，即两个本振信号分别为
和
，设输入信号为
•当
时，
•为使虚假抑制达到60dB，则正交误差
0.1°。
必须小于
➢为达到较高的虚假抑制，对正交本振的正交性要求相当高，一般模拟方法难以实现。可采用数字正交混频的方法。
只取正频部分得到一个新信号z(t)．[由于z(t)只含正频分量，故z(t)不是实信号，而是复信号]，z(t)的频谱Z(f) 可表示为：
➢定义
为x(t)的Hilbert变换，
则实信号x(t)的解析表示
同相分量
正交分量
➢Z(t)的实部和虚部正交，因为
➢上式表明z(t)的实部x(t)和虚部H[x(t)]是正交的，故 Hilbert变换就是一个正交变换，由它可以产生实信号的正交分量，其实现过程如下:
➢缺点：数据采集时需要较高的采样率。
2、多相滤波法
➢ 基本原理：
2、多相滤波法
➢多相滤波法实现过程
由前面知容易得到
也就是说两者的数字谱相差一个延迟因子，在时域上相当于相差半个采样点。这半个延迟差显然是由于采用了奇偶抽取所引起的，如图所示
➢对于时间上“对不齐”的现象，可以采用两路分别用一个延时滤波器来进行校正（相当于分数倍的插值），t)
Hilbert变换
xQ(t)=H[x(t)]
➢用复解析信号z(t)表示一个实信号的原因：复信号可以用极坐标表示：
窄带信号的正交分解
➢ 窄带信号
➢以上分析可以看出，一个实的窄带信号既可以用解析信号z(t)来表示，也可以用其基带信号(零中频信号)zB(t) 来表示。

正交采样原理

正交采样原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠正交采样原理。

你说这正交采样原理啊，就像是一位神奇的魔法师，能把复杂的信号世界变得清晰又有趣！咱就打个比方吧，信号就像是一群调皮的小孩子，在一个大广场上跑来跑去。

我们要想清楚地知道这些小孩子都在干啥，那可不容易。

但有了正交采样原理，那就不一样啦！它就像是给这些小孩子排好了队，一个一个地让我们看清楚。

你想想，要是没有这个神奇的原理，我们面对那些乱七八糟的信号，不就跟无头苍蝇似的，完全不知道该咋办。

可现在呢，有了它，我们就能有条有理地把信号给弄明白咯！正交采样原理就好像是给我们开了一扇窗，让我们能看到信号背后的秘密。

它能把连续的信号切成一段一段的，就像切蛋糕一样，每一块都能让我们仔细研究。

这多厉害呀！你说这原理是不是特别牛？它让那些原本复杂得让人头疼的信号变得乖乖听话。

我们可以通过它，轻松地获取我们想要的信息，就像在大海里捞到了宝贝一样。

而且啊，正交采样原理在好多地方都大显身手呢！比如说在通信领域，没有它，我们怎么能顺畅地打电话、上网呀。

还有在图像处理、音频处理等等方面，它都发挥着至关重要的作用。

咱再换个说法，正交采样原理就像是一个超级侦探，能从那些看似毫无头绪的线索中找出关键信息。

它能把那些隐藏起来的信号给揪出来，让我们看得明明白白。

你看啊，我们的生活中到处都有信号，电视信号、手机信号、无线网络信号等等。

要是没有正交采样原理来帮忙，这些信号不就乱成一团麻啦？那我们的生活还不得乱套呀！所以说呀，正交采样原理真的是太重要啦！它就像我们的好伙伴，默默地帮我们解决着各种难题。

总之呢，正交采样原理就是这么神奇，这么厉害！它让我们能更好地理解和处理那些复杂的信号，让我们的科技生活变得更加丰富多彩。

我们可得好好珍惜这个神奇的原理，让它为我们创造更多的美好呀！难道不是吗？。

一种中频直接采样方案及其硬件实现

一种中频直接采样方案及其硬件实现
况卫东
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】1996(000)011
【摘要】本文介绍了一种中频直接采样的硬件实现方案，即只用一片Ａ／Ｄ变换器直接对中频带限信号采样，经数字处理获得同相和正交两种数字信号。

该方法避免了传统正交采样中的Ｉ／Ｑ通道幅相不平衡造成镜像频率虚假信号的缺陷，最后给出了计算机定点仿真结果和硬件框图及其测试结果。

【总页数】1页(P49)
【作者】况卫东
【作者单位】航天工业总公司二十三所
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.51
【相关文献】
1.基于多相结构的直接中频采样接收机设计及实现 [J], 赵军;胡志东
2.接收机直接中频采样的方法与实现 [J], 陈丹;黄根全
3.宽带雷达中频直接采样与高速存储系统设计与实现 [J], 林钱强;唐鹏飞;陈曾平
4.用二分项采样法实现直接中频采样的方法 [J], 马炳钧
5.基于Hilbert变换的中频采样技术及其硬件实现 [J], 郑雪峰;曾涛;朱仕银
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中频正交采样原理及其实现

多相滤波法仿真
30.1M正弦信号， 40M采样
-64dB
3、插值法
设A/D变换输入的窄带中频信号为：
式中：A(t) 为幅度，假设采样频率
为中频，
为初相，为回波脉冲宽度。
以此采样率对窄带中频信号采样，则第N个采样点离散形式为：
式中，
为采样间隔。将
代入上式得到：
式中：K＝0、1、2……M。
结论：中频信号经过采样后，可交替得到复包络的同相和正交分量，时间相差一个周期
➢数字方法
直接中频采样＋数字正交相干检波
x(t) BPF
A/D
后续数字处理
fs
➢实现方法
低通滤波法多相滤波法 Bessel插值法
xI(n) xQ(n)
带通采样定理
设一个频率带限信号x(t)，其频带限制在果其采样速率满足：
内，如
n取能满足
的最大正整数（0,1,2,……)，则用
进行等间隔采样所得到的信号采样值能准确地确定原始信
➢准确的解析表示主要用于数学分析，实际中要得到它是非常困难的．这是因为实现理想Hilbert变换的阶跃滤波器是难以真正实现的，而相比之下，得到基带信号(零中频信号)就要容易得多，其实现方法如图下所示，图中的LPF为低通滤波器。
➢模拟方法实现正交变换的缺点：
需要产生正交的两个本振信号cos(w0t)和 sin(w0t)。当这两个本振信号不正交时，就会产生虚假信号。为使虚假信号尽可能地小(虚假抑制足够大)，就必须对上述两个正交本振的正交性提出很高的要求
只取正频部分得到一个新信号z(t)．[由于z(t)只含正频分量，故z(t)不是实信号，而是复信号]，z(t)的频谱Z(f) 可表示为：

中频采样正交双通道处理的VHDL实现

中频采样正交双通道处理的VHDL实现
程东升;谭贤四;周峻威;姜国臣
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】2007(032)008
【摘要】针对模拟视频正交双通道处理中容易产生镜像频率等不平衡问题,介绍了中频采样正交双通道处理的数字正交技术,基于VHDL语言编程实现了某雷达接收机中的正交双通道处理系统并进行了系统功能仿真,仿真结果表明,系统最高工作频率可达86.2MHz;I、Q通道正交相位误差ψe≤0.144 1°;镜像抑制比可达60dB,完全可以满足现代雷达接收机的设计要求,文中的理论分析及实现方法为工程应用提供了良好的参考.
【总页数】4页(P122-125)
【作者】程东升;谭贤四;周峻威;姜国臣
【作者单位】空军雷达学院,湖北,武汉,430019;空军雷达学院,湖北,武汉,430019;中国人民解放军95662部队,西藏,拉萨,850033;空军雷达学院,湖北,武汉,430019【正文语种】中文
【中图分类】TN911
【相关文献】
1.基于中频采样数字正交技术的雷达接收机正交双通道处理新方法 [J], 吕学军;杨益群
2.数字中频正交采样及其FPGA实现 [J], 张碧锋;郭英
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4.数字中频正交采样及其FPGA实现 [J], 苏飞;邓师平;张成立
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2019/11/10
模拟方法实现正交变换的缺点：
需要产生正交的两个本振信号cos(w0t)和 sin(w0t)。当这两个本振信号不正交时，就会产生虚假信号。为使虚假信号尽可能地小(虚假抑制足够大)，就必须对上述两个正交本振的正交性提出很高的要求
2019/11/10
正交性与虚假抑制之间的关系
2019/11/10
只取正频部分得到一个新信号z(t)．[由于z(t)只含正频分量，故z(t)不是实信号，而是复信号]，z(t)的频谱 Z(f)可表示为：
2019/11/10
定义
H x(t)
1

x( )d
t
为x(t)的Hilbert变换，
则实信号x(t)的解析表示
起的，如图所示
2019/11/10
对于时间上“对不齐”的现象，可以采用两路分别用一个
ห้องสมุดไป่ตู้
延时滤波器来进行校正（相当于分数倍的插值），这两个滤
波器的频率响应满足

H H
q I
(e (e
j ) j )

e
j 2
例如可选

H
q
(e
j
)

H I (e j )
1
2019/11/10
可采用滤波器的多相网络结构
z(t) x(t) jH[x(t)]
同相分量
正交分量
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Z(t)的实部和虚部正交，因为

x(t) H[x(t)]dt 0
上式表明z(t)的实部x(t)和虚部H[x(t)]是正交的，故 Hilbert变换就是一个正交变换，由它可以产生实信号的正交分量，其实现过程如下:
中频正交采样原理及其实现
主要内容正交变换原理
中频正交采样实现方法
低通滤波法多相滤波法插值法
2019/11/10
实信号的解析表示
自然界的物理可实现信号都是实信号。而实信号频谱具有共轭对称性，即满足
X ( f ) X *( f )
实信号的正负频率幅度分量是对称的，而其相位分量正好相反。所以对于一个实信号，只需由其正频部分或其负频部分就能完全加以描述，不会丢失任何信息．也不会产生虚假信号。
LPF
抽取 I(n)
Q(n) 抽取
2019/11/10
1、低通滤波法
优点：
将A/D采样放在混频之前，采用数字混频与低通滤波，提高了精度和稳定性
低通滤波法对双路信号同时作变换,所用的滤波器系数一样;这样两路信号通过低通滤波器时由于非理想滤波所引起的失真是一致的,对Ｉ、Ｑ双路信号的幅度一致性和相位正交性没有影响,从而具有很好的负频谱对消功能,可以达到很高的精度；
多相分支滤波器(实际上为一个分数延迟器)的阶数仅为原型滤波器的1／4，例如当原型滤波器之阶数N＝32时，多相分支滤波器之阶数为8阶。
fs

2 f L f H
2n 1

4 f0 2n 1
n取能满足 fs 2 f的H 最f大L 正整数（0,1,2,……)，则用
进行等间隔采样所得到f的s 信号采样值能准确地确定原始信
号。
其中，
f0

f Ln为f H 整数，且要求满足
2
带宽）。
（Bf为s 信 2号B
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设两个本振信号的正交误差为，即两个本振信号分别为
cos(0t) 和 sin(0t ) ，设输入信号为
2019/11/10
2019/11/10
2019/11/10
正交性与虚假抑制之间的关系
设两个本振信号的正交误差为，即两个本振信号分别为
cos(0t) 和 sin(0t ) ，设输入信号为
X(t)
xI(t)=x(t)
Hilbert变换
xQ(t)=H[x(t)]
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用复解析信号z(t)表示一个实信号的原因：
复信号可以用极坐标表示： z(t) a(t) e j(t)
2019/11/10
窄带信号的正交分解
窄带信号
2019/11/10
2019/11/10
缺点：数据采集时需要较高的采样率。
2019/11/10
2、多相滤波法
基本原理：
2019/11/10
2、多相滤波法
2019/11/10
多相滤波法实现过程
2019/11/10
由前面知容易得到
也就是说两者的数字谱相差一个延迟因子

e
j 2
，在时域上相当
于相差半个采样点。这半个延迟差显然是由于采用了奇偶抽取所引
带通采样定理适用的前提条件是：
只允许在其中的一个频带上存在信号，而不允许在不同的频带上同时存在信号，否则将会引起信号混叠。
用抗混叠跟踪滤波器来先滤波，再采样，这样可
以对一个宽的通信频带进行数字化。
2019/11/10
1、低通滤波法
X(t) BPF
x(n) ADC
fs=2B
LPF cos(2πf0t0) sin(2πf0t0)
以上分析可以看出，一个实的窄带信号既可以用解析信号z(t)来表示，也可以用其基带信号(零中频信号)zB(t) 来表示。准确的解析表示主要用于数学分析，实际中要得到它是非常困难的．这是因为实现理想Hilbert变换的阶跃滤波器是难以真正实现的，而相比之下，得到基带信号(零中频信号)就要容易得多，其实现方法如图下所示，图中的LPF为低通滤波器。
2019/11/10
正交相干检波的实现方法
数字方法
直接中频采样＋数字正交相干检波
x(t) BPF
A/D
fs
实现方法
低通滤波法多相滤波法 Bessel插值法
后续数字处理
xI(n) xQ(n)
2019/11/10
带通采样定理
设一个频率带限信号x(t)，其频带限制在 ( 内fL,，fH如) 果其采样速率满足：
•当 1 时，MI 40dB
•为使虚假抑制达到60dB，则正交误差必须小于
0.1°。为达到较高的虚假抑制，对正交本振的正交性要求相当高，一般模拟方法难以实现。可采用数字正交混频的方法。
2019/11/10
数字混频正交变换
正交性可以得到保证；对A／D采样的要求比较高，需在高频（f0）进行采样数字化；目前在采样精度要求不是非常高时(＜14dB)，对100 MHz左右的信号进行直接采样还是可以做到的，这已基本能满足现阶段的实际要求。后续的数字低通滤波可能会成为瓶颈；