[发明专利]基于数字预失真的太赫兹雷达信号发射系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及太赫兹雷达技术领域中的一种基于数字预失真的太赫兹雷达信号发射系统及方法。本发明采用实现高速现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的数字预失真技术，对太赫兹雷达发射机系统的进行非线性失真补偿，以解决太赫兹雷达发射机中的功率放大器的线性放大范围受约束的问题，提高太赫兹雷达发射系统的性能。

背景技术

在太赫兹雷达通信系统中，由于要获得足够的作用距离，需要增加发射机的发射功率，从而引起功率放大器的工作点接近饱和区，这就使得功率放大器的输出信号产生了非线性失真，会导致雷达信号带内失真和带外谱扩展，降低雷达系统的性能。

本发明中的太赫兹雷达发射机系统中功率放大器采用耿氏二极管，耿氏二极管输出功率可达到50毫瓦，但其输出效率只可达到15%左右。而本发明中太赫兹雷达系统的发射功率为10毫瓦，现有的技术方法在经过多级倍频放大之后很难达到发射机系统的发射功率，并且容易使发射机产生的雷达线性调频信号产生非线性失真，对后续的雷达信号处理带来一定程度的影响。在此背景下，对太赫兹雷达系统中功率放大器的非线性补偿技术的研究也备受关注，已成为太赫兹雷达系统的关键技术之一。

电子科技大学申请的专利“一种预失真处理方法和装置”(专利申请号201110075953.0，公开号CN102271106A)中公开了一种基于反馈回路的数字预失真方法和装置。该专利申请的装置包括预处理单元、主预失真单元、下行调制链路、功率放大器、反馈回路，还包括主预失真单元切换开关、功率放大器切换开关、控制单元，主预失真单元切换开关和主预失真单元并联，功率放大器切换开关与功率放大器并联，反馈回路由上行解调链路和副预失真单元串联而成。该专利申请的方法通过在反馈回路中加入预失真处理，使反馈信号得到补偿，消除反馈回路造成的失真。该专利申请公开的设备和方法存在的不足是，与功率放大器相连硬件电路实现相对较复杂，不能达到太赫兹雷达发射机的发射功率要求，能处理的信号带宽不够大，并且对雷达线性调频信号的非线性补偿后的效果不明显，在太赫兹雷达发射机中所引起的非线性失真对后续的信号处理依然明显。

富士通株式会社申请的专利“失真补偿装置和功率放大器装置”(专利申请号200910002658.5，公开号CN101499781A)中公开了一种失真补偿装置和功率放大器装置。该专利申请的主要装置有：自适应失真补偿单元、自适应均衡器、存储器以及控制单元，该装置利用自适应的算法对非线性失真电路信号进行控制补偿信号的非线性失真。该专利申请公开的设备存在的不足是，对信号进行非线性补偿范围较小，其自适应均衡器是通过数字滤波器实现的，而太赫兹雷达是高频率大带宽的信号，普通数字滤波器很难达到要求，由此导致基于普通数字电路的数字预失真系统在太赫兹雷达这种高频率、大带宽信号处理的场合难以广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于高速FPGA的数字预失真的太赫兹雷达发射机系统及方法，实现太赫兹雷达发射系统中需进行非线性补偿数据的高速及高精度处理。

为实现上述目的，本发明的系统包括雷达信号生成模块、时钟控制模块、数字预失真模块、数字上变频模块、数模转换模块、混频模块、太赫兹倍频功率放大模块以及雷达天线；各模块之间通过总线连接。其中，

所述的雷达信号生成模块，用于产生基带数字线性调频信号和本振信号。

所述的时钟控制模块，用于产生固定的时钟周期，控制基带数字线性调频信号数据的输入和输出。

所述的数字预失真模块，用于将基带数字信号进行非线性补偿。

所述的数字上变频模块，用于将经过非线性补偿的基带数字信号的频率上调到高一级频段的信号，并合成一路数字信号。

所述的数模转换模块，用于将合成一路的数字信号转换成模拟信号。

所述的混频模块，用于将所得到的模拟信号中心频率调制成射频信号。

所述的太赫兹倍频功率放大模块，用于将射频信号多级倍频和功率放大，得到太赫兹雷达信号。

所述的雷达天线，用于发射太赫兹雷达信号。

为实现上述目的，本发明的方法包括如下步骤：

（1）接收信号：

1a）将雷达信号生成模块生成的基带数字线性调频信号送入数字低通滤波器，得到低通滤波后的信号；

1b）在时钟控制模块的控制下，数字预失真模块接收低通滤波后的信号，对低通滤波后的信号的基带频谱数据进行两倍抽取，分别得到实部基带正交数字信号和虚部的基带正交数字信号。