接收机多通道相位一致性测试方法与试验

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多通道干涉仪测向的相位一致性校正方法

由式３可知，）干涉仪测向和下列因素有关：ａ天线单元之间的基线长度ｆ）和信号波长ｂ信号的频率测量精度）
ｃ辐射源的入射角０）
ｄ）
在干涉仪测向系统中，小噪声影响的一个减途径就是提高信噪比。另一个途径就是采用多次
ｄＯ－
＋
．
（）３
式中，声为信号的相位差，为信号波长，为天线ｚ
间距。
２４鉴相误差．
干涉仪接收机信号的鉴相测量误差与诸
多因素有关。主要有：收通道在频带内的相位接失配；接收通道内部噪声引起的相位误差；天线阵
方向图和通道相位的不一致将直接导致测向性能严重下降。文献［］出了多通道相位进行自动５提
方法。文献［］述了通道不一致对干涉仪测向８论
的影响，出了解决方法。提
文献［５—８都不同程度地提出了一些干涉仪］测向通道校正方法，的只解决了传统的静态相有位校正，的需增加较多硬件设备，正过程较复有校杂。本文在系统设计时只增加了一个自检源，通过改进自检源快速静态和动态的通道相位一致性校正方法并结合相位误差定时或实时检测技术等
ｌｚｄｉｄｔｌａｄａｎｖｌｍｔｏｆｉｐｖｄｒｐｄＤｏｒｃｏｓｐｏｏｅ．Ｍａｗｉ，ＢＴｙｅｅｉｎｏｅｅｄｏｒｅａｉＦｃｒｔｎｉｒｐｓｄｅｈｌＩｎａｈｍｏｅｉｎｅ

多波束天线通道幅相一致性校正及实现(精)

多波束天线通道幅相一致性校正及实现朱丽龚文斌杨根庆（中科院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050）摘要：本文针对多波束天线接收机的通道幅相一致性校正，提出了一种基于自适应算法的校正方法并在FPGA 中实现了该方法。

在满足系统要求的前提下，该方法不但实现起来相对容易，而且算法的精度和动态范围也有一定的保证。

仿真和试验结果表明，该方法是可行的。

关键词：多波束天线，通道失衡，幅相误差，最小均方误差，校正1．引言随着人们对卫星通信要求的不断提高，卫星通信技术得到了很大的发展。

其中，卫星多波束天线目前己成为提高卫星通信性能、降低系统成本的一项关键性技术。

多通道接收机是DBF 天线系统中信号的必经之路，正是这种多接收通道的结构，使DBF 天线系统增加了幅度和相位误差的潜在来源。

与多个天线阵列相连接的多个接收机通道必须要有很高的一致性，否则通道间的失配将严重影响数字波束系统的性能。

对多通道间误差的校正正是星载数字多波束天线的关键技术之一。

由于目前国内对星载DBF 天线的研究还处于初级阶段，所以需要更多的借鉴智能天线、自适应天线和雷达等领域已有的研究成果。

本文主要针对基于卫星应用的两维阵列DBF 天线系统，采用目前最常用的LMS 算法设计并在FPGA 中实现了对其前端射频多通道接收机的幅相校正系统，最后给出了测试结果。

测试结果表明，这种采用定点数制的LMS 算法对系统的幅相误差具有较好的校正性能。

2．数字多波束天线的幅相校正原理数字多波束天线的组成如图1所示。

前端天线阵是由多个天线单元组成两维阵列，阵元接收的信号经射频前端电路、A/ D 转换电路、数字下变频器后送入数字波束形成器处理。

[2][1]设计一个六边形排列的7单元天线阵，A/D后端的数字下变频器和波束形成器均采用FPGA 实现。

天线阵接收到的信号首先通过射频通道混频后得到中频信号，再将此模拟中频信号经过ADC 后得到数字中频信号，然后送入DDC 进行下变频；下变频后，每路信号分为正交的I、Q 两路，这些正交的信号再送入波束成形器中进行波束成形，最后的输出即为合成的波束。

多通道adc一致性的高精度测量方法来源：北京理工大学信息与电子

多通道ADC一致性的高精度测量方法来源：北京理工大学信息与电子学院作者：刘楷，吴琼之，孙林，苏福顺在散射计数字处理系统中，需要多通道ADC电路来对数据进行采样。

在该系统中，需要对ADC采集后的数据进行数字下变频、脉冲压缩和波束合成等处理。

然而，由于采样电路的路数很多，各个ADC通道由于布线差异、时钟误差等环境因素的影响，导致了ADC 通道之间出现一致性问题，特别是当存在多片ADC芯片并行工作时，会出现两种不同的通道差异：一种是同一片ADC的两路采集电路之间的差异，另一种是不同片ADC采集电路之间的差异。

这种差异会增大后期信号处理的误差，降低整个系统的精度。

因此采样通道一致性是一个非常重要的问题。

本文提出一种高精度多通道ADC通路之间的一致性测量方法，测量各个采样电路的一致性，以便后期进行修正。

1 通道一致性测量原理本文的背景是散射计，在评估前端采样电路整体性能的时候，我们的目标是将整体误差限定在一定的范围内。

由于工程中的多路通道采用的是同一型号的ADC芯片，所以在测试之前，假设各个ADC芯片的转换效率、接口、供电电源、功耗以及输入范围没有差异，满足系统要求。

那么各个通路之间的采样差异与几项关键的规格有关。

其中比较重要且对后级数据处理有较大影响的指标是：各通路幅度增益一致性、直流偏置一致性和延迟一致性。

因此把这三项一致性指标的考察作为本文的核心。

1.1 直流偏置测试从ADC的直流特性入手，因为ADC的交流参数测试存在多种非标准方法，基于直流特性更容易对两片ADC集成芯片进行比较。

直流特性通常比交流特性更能反映器件问题。

所以本文对一致性考察的第一项就是直流偏置的一致性。

本文对直流偏置一致性的考察是对采样得到的双通道数据进行归一化处理后分别对两个通道的信号求均值，设y1是采样通道1后经过归一化处理的结果，y2是采样后通道2经过归一化处理的结果。

即可得到直流偏置一致性：△DC=mean(y2)-mean(y1) (1)1.2 幅度增益幅度增益是ADC芯片的重要指标，增益误差会导致降低动态范围。

多通道数字式干涉仪测向接收机相位校准系统设计

ｂｉｇｓｆｗａｄｔｔｏｄｔａｉａｔｈｅｍｕｌｉｃｎｌｐｈｓｆｔｉｔｌｉｅｆｒｍｅｅｉｅ — ｒｎｏｒｒｈｅｍｅｈｏｃｌｂｒｅｔｔ— ｈａｎｅａｅｏｈｅｄｇｉａｎｔｒｅｏｔｒｄｒｃｔｏｎｆｎｄｎｒｃｉｅａｓｇｎｓａｒａｉｅｈｅｕｔｍａｉａｅａｉａｉｎｙｔｍ，ｉｈｅｉ —ｉｉｇｅｅｖｒ，ｎｄｄｅｉｎｄｅｌｓｔａｏｔｃｐｈｓｃｌｂｒｔｏｓｓｅｚｗｈｃｒ —
涉仪测向系统中影响测向精度的关键因素提解决办法。文献［］究了干涉仪测向系统中的相４研
位误差，也给出了解决方法。但是文献Ｉ］［］－、４的方３法均增加了硬件，加了设备的复杂性，增在应用上存在一定的局限性。本文立足于数字式干涉仪测向系统，析了影响相位测量误差的因素，计了～套实分设
ｓｌｅｈｅｃｎｓｓｅｃｍｏｇｅｃｈｎｎｅ，ｎｓｅｈｅｄｒｃｉｎｆｎｄｎｇａｃａｙ．ｏｖｓｔｏｉｔｎｙａｎａｈｃａｌｅｕｒｓｔｉｅｔｏ — ｉｉｃｕｒｃ
Ｋｅｒ：ｙｗｏｄｓｍｕｌｉｃａｅｇｔｌｉｔｒｅｏｅｅ；ｉｅｔｏ — ｉｄｎｇｒｃｉｒ；ｈａｅｃｌｂｒｔｏｔ— ｈｎｎｌｄｉｉａｎｅｆｒｍｔｒｄｒｃｉｎｆｎｉｅｅｖｅｐｓａｉａｉｎ

多通道接收机幅相校准测试系统的设计

多通道接收机幅相校准测试系统的设计【摘要】通过介绍了某接收系统的校正原理实现接收机幅相一致性参数自动测量，解决了测试参数多、测试量大的问题，并通过幅相调节网络补偿各通道的幅度和相位，提高接收系统的幅相一致性水平。

【关键词】多通道接收机；幅相校准；设计1.引言现代雷达系统为了获得良好的性能，在强杂波环境中检测目标，通常采用将接收到的射频回波信号下变频到中频，再经正交解调器分解为I、Q信号。

但是由于电路的不对称、各支路所选器件的不完善以及雷达工作频率和周围温度等环境的变化导致各通道I/Q支路的幅相特性不平衡及通道间的幅度相位不一致，从而造成系统的虚警或者增大系统测量误差。

因此，各通道I分量与Q分量两路信号的幅相一致性指标以及通道间的幅相一致性指标是影响接收系统性能的主要因素之一。

2.幅相校准测试系统的校准原理雷达接收单元采用5通道工作体制，工作频率范围覆盖0.05GHz～20GHz，为了解决宽带接收条件下的幅度相位一致性问题，接收单元采用在通道中插入相位均衡网络和幅度调节网络的方法来进行幅相补偿，实现该各通道间的幅相一致性能。

图1是接收单元内部射频信号到中频信号的简单处理流程。

5路线性通道的每个支路由接收前端，滤波器和开关电路、通道中频处理电路、AGC控制电路、正交相检电路、相位均衡网络和幅度调节网络等组成。

接收通道设计时，提高中频接收机增益的预留量，采用程控衰减器进行预衰，实际操作中作为调节网络实现幅度调节功能。

3.幅相校准测试系统的组成3.1 幅相校准测试系统的硬件组成幅相校准测试系统以测控计算机为核心，包括了射频信号源，数字示波器，程控多路开关以及用于智能仪表连接的GPIB接口卡，系统框图如图2所示。

测控计算机采用研华IPC610工控机，射频信号源为HP83732B，可提供10MHz～20GHz频率范围的射频信号输出。

数字示波器采用Agilent 54845，具有4通道，1GS采样，500M带宽，同时支持相位比较功能。

一种多通道数字接收机的设计与测试方法

收稿日期：２０２２－０４－２１基金项目：国家自然科学基金（Ｕ２２４１２７７）引用格式：史磊，晏怀斌，于骏申．一种多通道数字接收机的设计与测试方法［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（７）：８０－８６．ＳＨＩＬ，ＹＡＮＨＢ，ＹＵＪＳ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｏｆａＭｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌＤｉｇｉｔａｌＲｅｃｅｉｖｅｒ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（７）：８０－８６．一种多通道数字接收机的设计与测试方法史　磊，晏怀斌，于骏申（上海船舶电子设备研究所，上海　２０１１０８）摘要：设计了一种可用于测控系统的多通道数字接收机，结合性能指标测试，表明该接收机具有有效性和通用性。

重点阐述了该多通道数字接收机设计组成和下属各模块的设计原理，通过对幅度相位一致性、短路噪声、固定增益和采集预处理效果等接收机关键性能指标开展仿真测试和数据分析，给出某型测控设备中的实际测试结果，验证了设计的多通道数字接收机满足某型测控系统实际使用需求。

针对特定功能的测控系统，可通过尝试调整接收机相关模块的设计参数，为特定功能接收机设计提供参考。

关键词：多通道；数字接收机；信号调理；采集预处理中图分类号：ＴＰ２９文献标志码：Ａ文章编号：１０００－８８２９（２０２３）０７－００８０－０７ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２２．１０．３０９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｏｆａＭｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌＤｉｇｉｔａｌＲｅｃｅｉｖｅｒＳＨＩＬｅｉ牞ＹＡＮＨｕａｉｂｉｎ牞ＹＵＪｕｎｓｈｅｎ牗ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｎｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ牞Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ａｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒｆｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｔｅｓｔ牞ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒａｒｅｓｈｏｗｎ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｔｓｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔａｎｄｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｋｅｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｅｓｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒ牞ｓｕｃｈａｓａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ牞ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｎｏｉｓｅ牞ｆｉｘｅｄｇａｉｎａｎｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔ牞ｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｒｅｇｉｖｅｎ牞ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒｍｅｅｔｓｔｈｅａｃｔｕａｌｕｓｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｏｔｈｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒｗｉｔｈｓｐｅｃｉｆｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｓｂｙｔｒｙｉｎｇｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｅｃｅｉｖｅｒｒｅｌａｔｅｄｍｏｄｕｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ牷ｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒ牷ｓｉｇｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ牷ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ伴随着单片微波集成电路、微组装技术、Ａ／Ｄ采样电路、大规模可编程逻辑电路、多通道数字接收技术的快速发展，数字接收机几乎已经可以完全取代模拟接收机，成为当前接收机技术发展的主要方向。

一种具有高隔离度和高相位一致性的多通道接收模块设计

[4] 武红玉,历志强,乔明昌,等.毫米波多通道接收组件隔离度对
移相的影响[J].舰船电子对抗,2016,39(3):79-82.
[5] 王晓光.变频多通道通带相位一致性控制研究[J].通信技术,
2018,51(10):2297-2304.
[6] 沈玮,张理正,秦琨,等.一种多通道高隔离度毫米波发射组件
ZC XC
图 2 单个接收通道的结构图
Fig.2 Structure diagram of one single receiving channel
每路接收通道在电路结构上完全一致。其中下变频模块、STC 模块和混频模块使用 13 所 17 专的多功能封装器件，减小了电路规模尺寸。接收链路最前端的低噪声放大器中集成了限幅器，满足抗烧毁的要求。通过链路中的开关器件来实现接收通道的关断功能。STC 模块包含一级压控衰减器和一级数控衰减器，压控衰减器实现 STC 功能，数控衰减器用来调整通道增益。 2 工程设计
2.1 物理布局多通道接收模块整体采用大盒体套小盒体的形式，各个功能单元单独一个金属屏蔽小盒体，使用金属壁压接加上盖板的形式进行屏蔽，提高抗干扰性能。接收通道电源由专门的电源板提供，两者通过上下对插的低频接插件互连，对应接收通道的接插件四周密封，使得整个盒体与外界基本完全隔离。接收通道的本振输入口由两个背向垂直安装的 SSMP 电连接器完成，与本振模块之间通过射频电缆连接。单个接收通道的结构图如图 2 所示，整机结构拓扑图如图 3 所示。
分后接入接收通道，以第一个接收通道的相位为基准点，
测试其余接收通道对比基准通道的相位差值。相位一致
性测试数据如表 2 所示。
图 6 接收机模块实物图 Fig.6 Physical diagram of receiver

声呐多通道接收机测试系统的设计与实现

2020年第 4 期声学与电子工程总第 140 期声呐多通道接收机测试系统的设计与实现李淑萍董卫珍李玉娥（上海船舶电子设备研究所，上海，201108）摘要传统的声呐接收机通道测试需要使用多台仪器联合测试，所需的成本较高、操作复杂，且无法对通道特性进行全面准确的分析。

针对这些缺陷，文章设计了一种声呐多通道测试系统，并开发了基于LabView的通道特性测试软件，用于实现对接收机通道各项性能指标的测试。

实验结果表明该系统具有操作便捷、测试准确、稳定性高等优点，满足对接收机性能的测试需求。

关键词声呐；多通道；接收机；Labview；测试系统多通道接收机是多波束声呐的重要组成部分，主要完成接收小信号的放大、滤波、可编程增益控制等[1-3]。

接收机工作状态是否正常、技术指标是否满足要求，直接影响着声呐的整体性能。

多通道声呐接收机要求各个通道在一定带宽内具有平坦的幅频特性，且带外噪声抑制效果好，通道间需要保证一定的幅度、相位一致性，接收机整体要求噪声低、灵敏度高、增益可控范围大[4-5]。

为了准确评估接收机各通道之间幅度一致性、相位一致性、带宽、噪声、增益可控范围等各项技术指标，常用测试系统由扫频仪、频谱分析仪、示波器等专业设备搭建，价格昂贵且无法满足多通道快速测试的需求，为此有必要研发声呐系统多通道接收机测量系统。

本文设计并开发的声呐多通道接收机测试系统，基于LabView软件设计配合硬件电路开发，能快速有效的完成接收机各项指标的测试。

1测试系统组成声呐多通道接收机测试系统主要由信号源模块、数据采集模块、主控计算机等几个部分组成。

信号源模块向接收系统发送多通道模拟小信号；主控计算机运行测试软件，控制信号源产生测试所需的信号，调用不同功能模块对接收机各项技术指标进行测试；数据传输模块完成接收系统各个通道的数据采集并通过千兆网口上传至主控计算机。

测试系统组成框图如图1所示。

信号源模块为测试系统提供测试信号，由信号源、信号分配两部分组成。

多通道数字阵列模块接收通道测试方法研究和实现

多通道数字阵列模块接收通道测试方法研究和实现作者：丁志钊吴家亮刘忠林蒋玉峰来源：《电子技术与软件工程》2016年第02期摘要多通道数字阵列模块接收通道的输出信号为通过光缆传输的高速I/Q数据，所有接收通道的性能指标测试都依赖于对1/Q数据的分析和计算。

为解决因数字化、集成化带来的接收通道测试难题，根据当今大规模集成电路、微波技术和光电技术的研究成果，提出了一种基于高速I/Q数据接收/分析、复杂工作状态控制、被测模块与测试仪器同步、多通道射频激励信号输入的测试实现方法。

实际测试证明方法可行有效，也具有一定的推广应用价值。

【关键词】数字阵列模块接收通道 I/Q数据同步1 引言与模拟T/R组件相比，多通道数字阵列模块的组成和功能非常复杂，不再只是实现发射、回波信号的幅度和相位调理。

在接收状态下，输出信号不再是通过同轴电缆传输的模拟信号，而是通过光缆传输的高速大容量I/Q数据，矢量网络分析仪等传统测试设备已经无法与数字阵列模块进行连接，也就无法对其性能标进行测试，所有接收通道性能指标都依赖于对I/Q数据的分析和计算，这是数字阵列模块与模拟T/R组件在测试方面最大的不同，也是最大的测试难点所在。

因此，必须寻求一种新的测试解决思路和手段。

2 接收通道测试需求虽然在技术体制和实现方式上与模拟T/R组件有较大的不同，但是数字阵列模块接收通道的测试参数类型基本是一致的，主要有接收增益、隔离度、接收延时、噪声系数和通道间幅相一致性等。

3 接收通道测试方法测试实现的总体思路为：在主控计算机的控制下，首先通过光缆和状态控制单元完成被测模块的工作状态控制，然后在同步信号的作用下，信号发生器输出的射频激励信号通过开关功分单元输入至被测模块中，而被测模块输出的I/Q数据进入接收分析单元进行数字信号处理，最后对计算结果进行补偿，如考虑射频传输通道的插损等，最终得到接收通道的性能指标（见图1）。

噪声系数的测试与上述过程基本一致，只是它不需要开关功分单元的参与。

基于载波相位的多通道相位一致性测量方法

摘要对于卫星导航系统，由导航天线进行波束合成的多路并行导航信号需要具有严格的相位一致性，
本文给出基于专用地检设备的多通道相位一致性测量方法。该地检设备采用载波相位辅助伪码测距技术，通过载波相位和伪码相位的联合解算，实现了伪码相位对载波相位解整周期模糊，最终测距精度达到ｌｐｓ。采用该测试方法对系统进行配相，实现了各通道无周期模糊的相位一致性。
文章编号：１０００ — ７２０２（２０１５）０５ — ００３２ — ０４

中图分类号：Ｐ２２８
文献标识码：Ａ
基于载波相位的多通道相位一致性测量方法
袁国靖邵军赵雯雯
（中国空间技术研究院西安分院，陕西西安７１０１００）
ｐｓｅｕｄｏｃｏｄｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｌｙｄｉｓｔａｎｃｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆ１ｐｓｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｓｔｒｉｃｔｐｈａｓｅｃｏｎ — ｓｉｓｔｅｎｃｙｗｉｔｈｏｕｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｃｙｃｌｅｓｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．
ＡｂｓｔｒａｃｔＦｏｒｓａｔｅｌｌｉｔｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌｐａｒａｌｌｅｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｗｉｌｌｂｅｓｙｎ－ｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｔｅｎｎａｂｅａｍ￣ｒｍｉｎｇｓｙｓｔｅｍｎｅｅｄｓｔｏｈａｖｅｓｔｒｉｃｔｐｈａｓｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ．Ｔｈｉｓｐａ — ｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｍｕｌｔｉ — ｃｈａｎｎｅｌｐｓｅｕｄｏｒａｎｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｌａｙｏｆｍｕｌｔｉ —

一种雷达接收机幅度和相位一致性改进设计和检测的方法

一种雷达接收机幅度和相位一致性改进设计和检测的方法张华;袁有宏【摘要】在雷达设计初期,考虑接收机的幅度和相位一致性已成为设计师的首选.目前,在设计幅度和相位一致性的接收机系统的检测和测量方面还存在一定的技术缺陷,不仅需要三分贝桥等微波器件或设备和特殊的仪器仪表,设备数量多,而且工作量大,操作复杂,给检测工作带来诸多不便.本研究克服了接收机系统在检测方面的技术缺陷,在接收机系统技术领域涉及幅度和相位一致性的设计及检测的方法上进行了改进,以减少设备数量、减少工作量为目标,进而提高检测的可操作性.【期刊名称】《甘肃科技纵横》【年(卷),期】2016(045)005【总页数】4页(P28-31)【关键词】雷达;接收机;幅度;相位【作者】张华;袁有宏【作者单位】海军装备部,北京100036;海军装备部,北京100036【正文语种】中文【中图分类】TN957DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.05.009在某些雷达系统的方案论证阶段，一般对组成雷达的元器件数量、性能无法完全确定，不可能进行精确的估算，但是对整个雷达的性能参数，诸如作用距离、发射机功率、脉冲宽度、天线增益、接收机噪声系数、分辨力等指标基本已确定。

这其中，接收机输出信号的幅度和相位一致性是我们不得不考虑的问题，而且考虑的越早越好，以避免日后一些不必要的麻烦。

通过采用微波移相器或数字移相器来补偿相位误差，是一种折中方案，虽然并不能完全解决问题，但在设计之初就充分考虑，这样后期补偿也能做到有的放矢，能很方便地补偿过来。

某些需要关注幅度和相位一致性的设计和检测的接收机系统在测量上需要三分贝桥等微波器件或设备和特殊的仪器仪表，设备数量多、工作量大、操作复杂。

因此，为了克服接收机系统在检测方面的技术缺陷，笔者尝试在接收机系统技术领域涉及幅度和相位一致性的设计及检测的方法上进行改进，以减少设备数量、减少工作量，进而提高检测的可操作性。

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科技论文：接收机多通道相位一致性测试方迭与轄接收机多通道相位一致性测试方法与试验欧阳鑫信贺青张晓勇姚山峰摘要：接收机通道一致性是很多基础应用的前提，是衡量接收机性能的重要指标。

单个接收机中多通道的一致性问题已有部分研究，而在时频差定位系统中涉及到多个接收机之间的时频差，需要考虑的是多个接收机之间的多通道一致性问题。

对此，本文针对接收机多通道的相位一致性进行分析，提出了一种基于多载波信号互相关函数的多通道相位一致性分析与测试方法。

提出的方法分两个维度进行综合分析与测试，一是多载波信号相关函数相位差分分析，二是多载波信号相关函数相参积累的时差测量和输出信噪比性能提升分析。

最后搭建了试验系统对本文提出的方法进行了试验测试，在两个维度分别利用不同长度的试验数据进行了分析与测试验证，测试结果表明被测系统的多通道相位一致性误差在0.001弧度以内，多通道的时差估计可以实现相参积累，验证了所提方法的可行性。

关键词：通道一致性；相位；测试1引言随着应用与需求的变化和发展，现代通信与电子技术使用的信号从原来的单通道信号逐渐发展到多通道信号，这对通道一致性提出了很高的要求⑴。

通道一致性是很多技术得以实际应用的前提，如有源相控阵雷达、卫星导航、深空探测等技术都严重依赖通道一致性，这些领域都对通道一致性的测试与补偿技术进行了相关的研究［2-8］。

这些研究针对的都是单个接收机中多通道的一致性问题，而在时频差定位中，时频差是多个接收机之间的时频差，因此需要考虑的是多个接收机之间的多通道一致性问题,这方面的研究与分析还少见于文献，因此有必要对此问题进行深入研究，为实际应用提供借鉴和参考。

接收机的通道一致性包括相位一致性与幅度一致性。

在多通道或者多载波信号的责任编辑：田筱相参相关检测与时频差估计技术中，对通道一致性的依赖主要是相位一致性。

本文以此为出发点，研究多接收机之间的多通道相位一致性测试问题。

文章的结构安排如下：第二部分从相关函数相位分析出发，给出了两种多通道相位一致性的分析与测试方法，即多通道相关函数相位差分分析与依赖于多通道相位一致性的多通道相参时差估计性能与输出信噪比提升测试分析;第三部分根据第二部分给出的分析测试方法，设计了试验系统，给出了试验过程与方法；第四部分对试验结果进行了分析，并与理论结果进行了对比验证。

2多通道相位一致性测试与分析方法本节以两站接收为例，从相关函数相位分析出发，以多通道接收多载波信号的方式，分・1・电信技术研究RESEARCH ON TELECOMMUNICATION TECHNOLOGY总第406期2019年第2期两个维度对多通道相位一致性进行了分析，一是多通道相关函数相位差分分析，二是多通道信号相关函数相参积累的时差测量和输出信噪比性能提升分析。

以相关函数为分析的岀发点，原因在于相关具有累积效应，输出信噪比有时间带宽积的提升倍数，具有更强的抗噪声性能。

2.1相关函数相位一个载频为心，带宽为B,时宽为7,能量为E的平坦谱信号，两路含时延的接收信号可建模为：［理)=$(/-%)22其自相关函数为：心(△r)=［：,5(/)/(/+A T)dt=^/15(/)12e-^df⑵c~2=Esinc(BAr)e~J2,rF^T其中，SCO为信号S(r)的傅里叶变换，对应的互相关函数为：/?n,(Ar)=Esinc(B(Ar-J))/"旳"切⑶其在真实位置j处具有峰值该处的相位为0«在实际工程应用中，处理的信号一般为变频后的基带信号，即载频变到0,且接收机会引入一个随机初相，此时信号模型变为：斤⑴=$(/)•"“”*+加T T<—<t<_(4)七⑴=s(/-rj・e72"°g，22互相关函数变为:B22e""穹(5)e心叩S(/)F严"切2■e j2nF^df=Esinc(B(Ar-o))e‘"辰+弘如其中，X(/)为接收机接收信号的傅里叶变换。

可见，变频到基带即中心频率变到0后，互相关函数缺少了乘积项严Fa,考虑两个接收机引入的初相，增加了两个初相的相位差RSW)。

则实际信号DDC后互相关函数的理论相位为：2吨。

+02-5=+2吨o(6)多通道相位一致，即指多通道的％与％是一致的，也是一致的。

2.2相关函数相位信息的通道一致性分析方法上一节分析了单通道接收信号互相关函数的相位，为测试分析多通道的相位一致性，本节考虑利用多载波信号，以多通道接收的方式，从两个维度分析两个接收机之间的多通道相位一致性。

假设多载波信号的载波间隔为△/,各载波带宽为B,载波数量为M,下面具体分析。

(1)多通道相关函数相位差分分析假设多通道信号DDC后的中心频率都为0,互相关函数的相位为△知+2肝^乙，同一时刻采集的多个通道的相关函数，如果多通道相位具有一致性，则△处的值相同。

则多通道互相关函数中两个相邻通道的互相关函数相位差分后，差分相位的理论结果为4(/)=171■-T d，因为是同一个信号的不同子载波，时差°是一样的，即得到的M-1个差分结果的理论值是一样的，均为\<!)o(2)时差测量和输出信噪比性能提升分析文献［9］以跳频信号为例，分析了多频点信科技论文：接收机多通道相位一致性测试方法与试验号的时差估计的理论界。

据此，可以分析多载波信号的时差估计理论界，与多个单载波平均时差估计即非相参积累的理论界对比后，可得到理论性能提升情况。

在多通道相位一致接收的情况下，多通道信号可以实现相参积累，时差估计性能能贴近理论性能，相参积累的输出信噪比相比单个通道也能达到理论的M倍提升。

因此，通过分析时差估计与输出信噪比的性能提升情况与理论对比，可以从侧面验证多通道的相位一致性。

根据已有研究结果，多载波信号相参积累与非相参积累的时差估计理论界如下：0.55bTDOA Q~7((A/Af)2~^f2+B-)MB-T-SNR________0.55~MAf-jMB-T-SNR0.55,。

、^TDOA~/二(8)B^MBTSNR理论性能提升倍数为：警⑼2.3测试方法精度与测试信号参数关系分析上一节分析了多通道相位一致性的两种测试方法，可以看出测试结果与测试信号参数如多载波信号的载波间隔,各载波带宽载波数量以及信号积累时间T有关，具体分析如下。

多通道互相关函数中两个相邻通道的互相关函数差分相位的理论结果为曲=,即相关函数的差分相位值正比于信道间隔△/,因此A0测量精度与信道间隔相关，最后会得到M-1个差分相位结果，需要对M-1个测量值进行比较分析，因此测量精度与载波数量即通道数量M也相关。

而相关函数相位本身的测量精度还与信号能量有关，信号能量与信号带宽B、积累时间7\功率谱密度相关，因此测量精度与信号带宽B和信号积累时间T相关。

时差测量精度如式(7)所示，与频率分布范围有关，因此与信道间隔街和通道数量M有关，时差测量精度也与信号能量有关，因此与信号带宽B和信号积累时间T相关。

3试验系统设计为验证分析的正确性，我们以某型多通道接收机为例，搭建了试验测试系统，系统组成如图1所示。

图1试验系统组成图其中，信号源为安捷伦的E4438C,用于发射多载波信号；同步系统实现两个接收机的时间与频率同步，包括御钟与GPS天线；两个多通道接收机负责接收采集多载波信号；通信系统包括交换机与网线，负责指令与数据传输；中心控制处理系统包括一台服务器，负责指令下发，试验数据存储与处理分析。

具体试验过程：(1)按系统组成图搭建试验系统；(2)信号源发送多载波信号，多载波信号格式为载波间隔100kHz,各载波带宽20kHz,调制方式BPSK,载波个数4个，信号时频图如图2所示；(3)中心控制处理系统下发信号采集指令；(4)数据回传与存储；(5)试验数据处理分析。

图2发射多载波信号时频图•3•电信技术研究RESEARCH ON TELECOMMUNICATION TECHNOLOGY2019年第2期总第406期4试验结果分析试验中，受接收机宽带采集存储限制，共采集了4次数据，每次采集Is,根据第二节的分析，分两个维度对数据进行了处理测试。

因多通道相关函数的差分相位与时差巧有关，因此先对试验数据进行时差测量与输岀信噪比的性能提升测试分析。

4.1时差测量和输出信噪比性能提升测试与分析发射的多载波信号载波数量为4,信道间隔100kHz,每个载波20kHz带宽，相干积累与非相干积累的性能提升倍数，理论值为19.3倍，输岀信噪比理论提升6.03dB。

试验数据以20ms处理一次，四段数据每段处理50次，得到处理结果如下：从试验测试结果来看，输出信噪比的提升与理论值非常贴近，时差估计性能的提升倍数与理论值比较贴近，但还有一个较小的差距，原因有两个：一是多通道的相位一致性满足基本要求，但精度不高；二是统计的数据只有50次，统计结果有一定的误差。

从相关输岀信噪比提升情况与理论非常贴近的情况看，第二种原因较大。

4.2多通道相关函数相位差分测试与分析此处对四段数据分别利用了0.5秒和Is长表1时差测量和输出信噪比性能提升测试结果数据处理方法时差估计均值(恥)时差估计标准差(ns)输出信噪比均值(dB)时差估计性能提升(倍)输出信噪比提升(dB)第一段相参积累-36.30.22840.4118.7 6.04非相参积累-36.45 4.1334.37第二段相参积累-36.30.23440.4116 6.04非相参积累-36.43 3.7534.37第三段相参积累-36.30.21340.4118.68 6.04非相参积累-36.6 3.9834.37第四段相参积累-36.30.22940.4116.3 6.04非相参积累-36.5 3.7434.37表2多载波相关函数差分相位测试结果数据使用长度差分相位1差分相位2差分相位3最大误差第一段0.5s-0.0234-0.0225-0.02280.0006Is-0.0231-0.0224-0.02310.0004第二段0.5s•0.0234•0.0224«0.02270.0006Is-0.0230-0.0224-0.02310.0004第三段0.5s-0.0234-0.0225-0.02270.0006Is-0.0231-0.0224-0.02300.0004第四段0.5s-0.0234-0.0224-0.02280.0006Is-0.0231-0.0224-0.02300.0004•4•科技论文：接收机多通道相位一致性测试方法与试验度的数据进行了相位差分测试。

如果满足多通道相位一致性，则根据前一小节的测试分析结果，相位差分的理论值为△0 = 2财j = 2兀 100AT --3.63 xlO -8 - -0.0228 ,实际数据的测试结果如上表所示。