[发明专利]一种雷达信号数字正交下变频方法

说明书

本发明公开了一种雷达信号数字正交下变频方法、装置及其电子设备，方法包括：CPU从存储器中读取接收到的雷达实信号作为原始采样序列；在GPU中生成两路正交的本振信号序列，并将所述原始采样序列与所述两路正交的本振信号序列相乘得到新的采样序列；在CPU中根据滤波器阶数得到hamming窗系数，并根据所述hamming窗系数得到低通滤波器系数；在GPU中根据所述低通滤波器系数对所述新的采样序列进行低通滤波得到雷达信号数字正交下频复信号。本发明基于CPU‑GPU异构平台执行，比CPU平台运行速度上有明显提升，采用软件化的处理流程，不存在对硬件的依赖，具备更好的可移植性，且采用低通滤波法不会影响滤波过程中雷达信号的正交性和幅度一致性，整个系统具有很好的性能。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种雷达信号数字正交下变频方法。

背景技术

单通道雷达接收机接收到的信号是实信号，实信号的频谱包括正负频谱两部分，正负频谱共轭对称，每一部分都含有信号的全部信息。如果只对其进行单路相位检波的话，正负频谱会在零频附近发生频谱混叠；若想不发生频谱混叠，需要对实信号进行正交双路相位检波，一路为同相支路用来获得同相分量，一路为正交支路用来获得正交分量，它们可以构成复数信号，这样负频率部分在零频附近相互抵消为0，正频率部分在零频附近相互叠加变为原来的2倍，没有发生频谱混叠，且信号频谱已搬移到零频附近，成为基带信号。数字正交变换是对雷达信号处理的第一步，是系统中数字处理运算量较大的部分。

图形处理单元(Graphics Processing Unit，简称GPU)具有大量的并行运算资源，天然适用于异构并行计算。而且利用当代GPU平台不断增长的并行性和越发强大的通用计算能力。为此，王任远等人在其发表的论文“一种正交数字下变频的改进结构”中提出了一种正交数字下变频的改进结构，针对传统数字正交下变频结构无法对高速AD采样结果很好的进行处理，介绍了一种混频器后置的方法，在这种方法上，使用多相滤波结构并选取合适的滤波器阶数来对该种结构进一步优化，使得DDC模块能够很好的处理高速AD采样结果，减少片上资源消耗。此外，上海大学在其申请的专利“基于GPU的宽带信号DDC系统设计方法”(申请号：CN202010267001.8；申请公布号：CN111552559A)中提出了一种基于GPU的宽带信号DDC系统设计方法，该方法摒弃基于传统FPGA处理硬件的方案，提供一种基于GPU的宽带信号DDC系统设计方法，具体来说，该方法包括：接收采样信号，采样率为fs，按照固定时长打包为sr1；预处理得到中心频率fc，将采样信号以fc为目标进行下变频，得到信号为sd1；将信号sd1插值I倍抽取D倍，进行信号采样率转换匹配，得到采样率fs*I/D的基带信号为src1，并结合方法并行度设计CUDA实现；将信号src1通过Q路多相滤波信道化器，完成多信号并行处理，采样率变为(fs*I/D)/Q，得到信号spcz1，其中包含Q路基带窄带信号为so1～soQ，并结合方法并行度设计CUDA实现；通过CUDA编程将设计方法移植到CPU-GPU异构平台上执行，并采取内存优化、线程组织优化、流处理架构等并行优化方法，基于软件的系统设计具备高灵活性和高吞吐量。

但是，王任远等人提出的方法，依赖于硬件处理，首先滤波器与混频器相结合，使得下变频灵活性降低，变更频率时滤波器也需要变化，其次滤波器系数为原系数乘三角函数，会存在舍入误差，滤波器系数的选取对系统的性能有所影响；上海大学提出的方法，虽然能够实现对宽带信号的数字正交下变频过程的加速，但是在处理窄带雷达信号方面加速效果不明显，且滤波器阶数的选取对系统的性能有所影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种雷达信号数字正交下变频方法。

本发明的一实施例提供了一种雷达信号数字正交下变频方法，包括以下步骤：

步骤1、CPU从存储器中读取接收到的窄带雷达实信号作为原始采样序列；

步骤2、在GPU中生成两路正交的本振信号序列，并将所述原始采样序列与所述两路正交的本振信号序列相乘得到新的采样序列；