一种采样数字前端信号处理方法及系统与流程

本发明涉及一种采样数字前端信号处理方法及系统。

背景技术：

1、现阶段，提高航电设备的国产化率、实现通信导航监视(cns)关键技术的自主可控是我国发展国产大飞机事业的一项重要战略目标。然而，目前民航客机cns设备的市场几乎全部被美国的霍尼韦尔、柯林斯和法国的泰雷兹等国外公司垄断，核心技术也被它们掌控。国内各大高校、院所虽然已经展开了一些民航无线电导航技术的研究，但是与国外仍存在较大的技术差距，目前还没有一个成形的满足民航需求的mmr货架产品。

2、机载设备的工作环境恶劣，对环境适应能力有着更高的需求，且同时更加追求小型化、轻重量和低功耗。mmr所适用的进近和着陆阶段则是整个飞行行程中对安全性和可靠性要求最高的飞行阶段。为满足上述严苛需求，采用先进的数字信号处理手段代替传统的模拟电路结构，是机载mmr设备的技术发展趋势。

3、大型民航客机通常采用arinc 755《数字多模接收机》标准建议的多模接收机(mmr)提供进近和着陆阶段的飞行指引，其主要由仪表着陆系统(ils)模块、卫星着陆系统(gls)模块和微波着陆系统(mls)模块等组成。ils的航向道(loc)信号的和gls的vhf数据广播(vdb)信号均位于108～112mhz的vhf频段，每个频道的间隔为50khz。

4、除了vhf波段loc和vdb通路外，mmr内部还包含处理uhf波段(329.15～335.00mhz)ils下滑道信标(gs)信号以及l波段全球卫星导航系统(gnss)信号的通路，电磁环境复杂。为了避免它们之间的信号干扰，目前非常行之有效的手段既是尽量减少模拟器件的使用，特别是模拟本振和混频器件，而用射频直接采样及数字下变频结构取而代之。

5、现有的机载vhf导航设备大多采用超外差中频采样结构，使用模拟本振和模拟混频。受模拟元器件的非线性特性影响，特别是当设备老化时，容易造成产生较为严重的本振泄漏、频偏，以及较多的谐波和杂散。

技术实现思路

1、为解决现有的机载vhf受模拟元器件的非线性特性影响设备老化时容易造成严重的本振泄漏、频偏、较多的谐波和杂散的技术问题，本发明实施例提供一种采样数字前端信号处理方法及系统。

2、本发明实施例通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明实施例提供一种采样数字前端信号处理方法，包括：

4、实时直接采样一定频率范围内、包括至少一个频道的射频信号以采样率进行数字化处理，得到每个频道的预期接收的数字射频信号；

5、根据预期接收的数字射频信号的频道的频率生成数字本振信号；

6、采用数字本振信号对预期接收的数字射频信号进行正交混频以将预期接收的数字射频信号的频道下变频到零频，得到第一同相/正交两路基带信号；

7、对第一同相/正交两路基带信号进行滤波和降采样处理后，得到第二同相/正交两路基带信号；

8、对第二同相/正交两路基带信号进行处理并判断处理后的第二同相/正交两路基带信号是否为ils-loc信号或gls-vdb信号；若第二同相/正交两路基带信号为ils-loc信号，则进行幅度调制解调后分析频谱成分以计算和输出调制深度差；若第二同相/正交两路基带信号为gls-vdb信号，则经匹配滤波后进行解调以解码和输出vdb广播电文。

9、进一步的，所述至少一个频道的射频信号指的是多模接收机接收到的108～112mhz频段内的所有频道上的信号。

10、进一步的，根据预期接收的数字射频信号的频道的频率生成数字本振信号；包括：

11、根据预期接收的数字射频信号的频道的频率调整数控振荡器以生成数字本振信号。

12、进一步的，采样率fs设置为倍于中心频率的附近的频率。

13、第二方面，本发明实施例提供一种采样数字前端信号处理系统，包括：

14、采样单元，用于实时直接采样至少一个频道的射频信号；

15、第一处理单元，用于将每个频道的射频信号以采样率进行数字化处理，得到每个频道的预期接收的数字射频信号；

16、生成单元，用于根据预期接收的数字射频信号的频道的频率生成数字本振信号；

17、第二处理单元，用于采用数字本振信号对预期接收的数字射频信号进行正交混频以将预期接收的数字射频信号的频道下变频到零频，得到第一同相/正交两路基带信号；

18、基带信号生成单元，用于对第一同相/正交两路基带信号进行滤波和降采样处理后，得到第二同相/正交两路基带信号；以及

19、处理判断单元，用于对第二同相/正交两路基带信号进行处理并判断处理后的第二同相/正交两路基带信号是否为ils-loc信号或gls-vdb信号；若第二同相/正交两路基带信号为ils-loc信号，则进行幅度调制解调后分析频谱成分以计算和输出调制深度差；若第二同相/正交两路基带信号为gls-vdb信号，则经匹配滤波后进行解调以解码和输出vdb广播电文。

20、第三方面，本发明实施例提供一种采样数字前端信号处理系统，包括：

21、带通滤波器，用于对每个频道的射频信号进行滤波处理；

22、低噪声放大器，用于对滤波处理的信号进行低噪声放大处理；

23、模数转换器，用于对低噪声放大处理后的信号进行模数转换以采样率进行数字化处理得到每个频道的预期接收的数字射频信号；

24、fpga芯片，用于接收每个频道的预期接收的数字射频信号，根据预期接收的数字射频信号的频道的频率调整数控振荡器以生成数字本振信号；

25、数控振荡器，与fpga芯片连接；用于采用数字本振信号对预期接收的数字射频信号进行正交混频以将预期接收的数字射频信号的频道下变频到零频，得到第一同相/正交两路基带信号；

26、滤波单元，与数控振荡器的输出同相基带信号的信号端连接和输出正交基带信号的信号端连接；用于对第一同相/正交两路基带信号进行滤波和降采样处理后，得到第二同相/正交两路基带信号；以及

27、dsp芯片，与滤波单元连接，用于对第二同相/正交两路基带信号进行处理并判断处理后的第二同相/正交两路基带信号是否为ils-loc信号或gls-vdb信号；若第二同相/正交两路基带信号为ils-loc信号，则进行幅度调制解调后分析频谱成分以计算和输出调制深度差；若第二同相/正交两路基带信号为gls-vdb信号，则经匹配滤波后进行解调以解码和输出vdb广播电文。

28、进一步的，滤波单元包括：

29、第一滤波单元，与数控振荡器的输出同相基带信号的信号端连接；以及

30、第二滤波单元，与数控振荡器的输出正交基带信号的信号端连接。

31、dsp芯片分别与第一滤波单元和第二滤波单元连接。

32、第一滤波单元和第二滤波单元均包括：

33、级联积分梳状滤波器，与数控振荡器的输出同相/正交基带信号的信号端连接；

34、半带滤波器，分别与级联积分梳状滤波器和选频有限冲激响应滤波器连接；

35、选频有限冲激响应滤波器，与dsp芯片连接。

36、进一步的，带通滤波器的通带起始频率不低于108mhz、截止频率不低于112mhz，带通滤波器的下阻带截止频率不低于fs/2，上阻带截止频率不高于fs，阻带抑制至少60db，fs为采样率。

37、进一步的，数控振荡器的数字角频率设置为wc；

38、

39、其中，fc为预期接收频道的中心频率，fs为采样率。

40、进一步的，输出同相基带信号的信号端的信号为si[n]，输出正交基带信号的信号端的信号为sq[n]；

41、其中，si[n]＝cos(wcn)，sq[n}＝sin(wcn)，n表示数字射频信号的频率。

42、本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

43、本发明实施例的一种采样数字前端信号处理方法及系统，通过实时直接采样至少一个频道的射频信号；将每个频道的射频信号以采样率进行数字化处理，得到每个频道的预期接收的数字射频信号；根据预期接收的数字射频信号的频道的频率生成数字本振信号；采用数字本振信号对预期接收的数字射频信号进行正交混频以将预期接收的数字射频信号的频道下变频到零频，得到第一同相/正交两路基带信号；对第一同相/正交两路基带信号进行滤波和降采样处理后，得到第二同相/正交两路基带信号；对第二同相/正交两路基带信号进行处理并判断处理后的第二同相/正交两路基带信号是否为ils-loc信号或gls-vdb信号；若第二同相/正交两路基带信号为ils-loc信号，则进行幅度调制解调后分析频谱成分以计算和输出调制深度差；若第二同相/正交两路基带信号为gls-vdb信号，则经匹配滤波后进行解调以解码和输出vdb广播电文；解决了现有的机载vhf受模拟元器件的非线性特性影响设备老化时容易造成严重的本振泄漏、频偏、较多的谐波和杂散的技术问题。