[发明专利]零中频接收机结构的单频连续波雷达的直流偏移抵消电路

说明书

本发明公开了一种零中频接收机结构的单频连续波雷达的直流偏移抵消电路，包括混频器中频端口、可调节直流偏移电路、差分放大器、抗混叠滤波器和模数转换器；所述混频器中频端口，用于接入第一路电压源分压电路信号并且输出到差分放大器；所述可调节直流偏移电路，用于接入第二路电压源分压电路信号并且进行电源电压纹波和系统噪声的抑制，输出到差分放大器；所述输出到差分放大器，用于对两路电压源分压电路信号进行直流偏移抵消，并且输出到抗混叠滤波器；所述抗混叠滤波器，用于滤除关注频带外的信号，并且保留部分有用直流偏移，并且输出到模数转换器；所述模数转换器，用于将模拟信号转换数字电气信号并且输出。

技术领域

本发明属于单频连续波多普勒雷达技术领域，尤其涉及一种零中频接收机结构的单频连续波雷达的直流偏移抵消电路。

背景技术

零中频接收机具有结构简单的优点，并且由于距离相关性而大大降低了本振相位噪声。但是，零中频接收机的自混频将会产生直流偏移干扰。本振泄露自混频是组件的硬件缺陷导致的，泄露的本振信号通过低噪声放大器或者射频带通滤波器或者接收天线端和本振信号的自混频，会在中频端口处的基带信号中引入较大的直流偏移量。而且，与雷达接收机没有相对运动的雷达目标被认为是杂波噪声，也会导致系统中的本振泄漏。此外，干扰自混频是造成直流偏移干扰的另一个原因。因为混频器的各个端口的隔离性能不好，进入低噪声放大器的强干扰信号泄露到本振口，其会和通过射频口的强干扰信号相自混频，从而产生较大的直流偏移量。综上，直流偏移产生的两种来源：硬件和环境。硬件直流偏移量与环境无关，并且在系统组装后不会改变。环境直流偏移是由雷达杂波引起的，任何运动都会改变雷达环境，环境直流偏移随之改变。这些直流信号会叠加在基带信号上，干扰基带信号，这就是所谓的直流偏移。直流偏移通常大于射频前端的噪声，并且信噪比变差。同时，过大的直流偏移可使混频器后面的放大器饱和，且不能放大有用的信号，甚至烧毁芯片。零中频接收机的单频多普勒雷达信号的直流分量会随着雷达探测空间、目标的改变而不断变化，目标处于不同的位置或距离时，系统会产生不同的直流偏移，这部分有用直流偏移，是进行精确的相位解调所必需的。单频连续波雷达的直流偏移抵消电路是去除无用的直流偏移，保留有用的直流偏移。

因此，在零中频接收机雷达中如何进行直流偏移抵消至关重要。夏威夷大学马诺阿分校的Alexander M.Vergara提出一种数字控制的电压反馈电路设计，利用一个数模转换器(DAC)，当用于与输入基带的差分放大时，为直流分量提供补偿信号。估计并消除雷达IQ两路的总直流偏移量，避免放大器饱和情况。该系统需要放大时变小信号的数字采集系统(DAQ)，一个16位的DAC和 DSP数字采集系统，付出了较高的硬件代价。夏威夷大学马诺阿分校的 Byung-Kwon Park提出了一种二级直流偏移的电路设计方案，第一级包括16位模数转换器(ADC1)和16位数模转换器(DAC)，该级获取直流偏移的估计值并为第二级提供参考电平。第二级通过差分放大去除直流偏移，并将剩余的时变信号发送到第二个16位ADC(ADC2)进行量化。该系统避免了直流偏移导致基带放大器和模数转换器饱和的问题，但是雷达IQ每一路都需要两个基带放大器，两个16位ADC和一个16位DAC，一个比较器，一个直流控制器，系统复杂，付出了很高的硬件代价。浙江大学(专利号，CN 110133642 A)提出了一种用于雷达传感器的直流偏移补偿方法，该方法只针对直流偏移的信号处理领域方法，该方法无法避免过量的直流偏移导致基带放大器和模数转换器饱和的硬件问题。

雷达的零中频接收机是将回波信号和同频的载波信号进行混频，将信号直接转换到基带上，其转换过程不经过中频，系统结构简单，不存在镜像频率干扰，但是由于系统硬件问题，会存在“本振泄漏”和“干扰自混频”，不可避免的产生直流偏移问题，过大的直流偏移导致基带放大器或者模数转换器饱和的问题，且不能放大有用的信号，甚至会烧毁芯片。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种零中频接收机结构的单频连续波雷达的直流偏移抵消电路。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：