一種無線信號多路并行比幅測量方法
【專利摘要】一種無線信號多路并行比幅測量方法，該測量方法的步驟是先關(guān)閉天線信號，設(shè)置系統(tǒng)的頻率為邊界頻率，增益控制衰減最大，使得系統(tǒng)的輸出信號為最小噪聲后進行校零操作，然后打開天線信號，ADC采集外界信號，將采集到的外界信號存儲在外擴的SRAM中，接著通過FSMC接口去讀取SRAM中的IQ信號，并對讀取的各路連續(xù)IQ信號分別做窄帶濾波處理，計算濾波后的每路IQ幅度均值A(chǔ)，并找到最大幅度均值MaxA，判斷MaxA是否在目標范圍之內(nèi)，若MaxA不滿足目標范圍，調(diào)整MGC，重新采集做計算，直到MaxA滿足目標范圍，若MaxA滿足目標范圍，計算各路信號強度值rssi，最后根據(jù)信號強度值rssi測量出無線信號的方位。本發(fā)明的優(yōu)點是能夠準確、快速地測量出無線信號的方位。
【專利說明】
一種無線信號多路并行比幅測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于無線電通信技術(shù)領(lǐng)域，具體講是涉及一種準確、快速的多路并行比幅 測量方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著電子與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電磁信號比如電視信號、通信信號、雷達信 號等圍繞在我們的生活里。在如此復(fù)雜的電磁環(huán)境中，需要確定電磁波的方向，這些需求促 進了無線電測向技術(shù)的產(chǎn)生。比如，在民用方面，無線電管理部門需要通過無線電測向探測 干擾源的方位;在軍用方面，各種反輻射導彈、電子偵察機等均需要準確確定輻射源的方 向。
[0003] 目前，測向方法主要分為三種：幅度比較測向法、相位比較測向法、幅度相位比較 測向法，其中比幅測向系統(tǒng)是通過對兩個信道或者兩個以上信道所接收到的同一外界信號 的幅度進行比幅來完成測向的功能。比幅測向由于其結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定等特點被廣泛的 應(yīng)用于無線電測向領(lǐng)域，但其缺點是測量信號方位的準確性及速度方面均不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種準確、快速的無線信號多路并行比幅測量 方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種無線信號多路并行比幅測量方法，該測量包 括以下步驟：
[0006] (a)關(guān)閉天線信號，設(shè)置系統(tǒng)的頻率為邊界頻率，增益控制衰減最大，使得系統(tǒng)的 輸出信號為最小噪聲后，進行校零操作；
[0007] (b)打開天線信號，ADC采集外界信號，將采集到的外界信號存儲在外擴的SRAM中；
[0008] (C)通過FSMC接口去讀取SRAM中的IQ信號；
[0009] (d)對讀取的各路連續(xù)IQ信號分別做窄帶濾波處理；
[0010] (e)計算濾波后的每路IQ幅度均值A(chǔ)，并找到最大幅度均值MaxA;
[0011] (f)判斷MaxA是否在目標范圍之內(nèi)，若MaxA不滿足目標范圍，調(diào)整MGC，重復(fù)以上 (b)-(e)步驟，直到MaxA滿足目標范圍，若MaxA滿足目標范圍，計算各路的信號強度值rssi， 根據(jù)信號強度值rssi進行排序測量出無線信號的方位。
[0012] 其中，步驟(a)和(b)中所述天線的數(shù)量為多個，多個天線同時采集空中信號，且多 個天線將360度方位平均分成N個方向。
[0013] 本發(fā)明所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其中，步驟(a)中的校零操作 具體包括以下步驟：
[0014] (a. 1)、ADC進行一次多路IQ采樣外界信號；
[0015] (b.l)、將采集到的各路I、Q數(shù)據(jù)分別進行相加求平均，保存下來作為零偏數(shù)據(jù)，以 后每次進行標準信號數(shù)據(jù)采集流程得到的數(shù)據(jù)減掉這個零偏數(shù)據(jù)即得到校零后的IQ數(shù)據(jù)。
[0016] 本發(fā)明所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其中，為了能夠保證每次采 集任務(wù)中的每個通道的數(shù)據(jù)是連續(xù)無丟失的，不影響后續(xù)濾波，在系統(tǒng)中設(shè)置一個計數(shù)器， 計數(shù)每次采樣經(jīng)歷的ADC采樣時鐘，通過采集到的數(shù)據(jù)量可以核對有沒有明顯的數(shù)據(jù)丟失 情況，若有則報警提示數(shù)據(jù)無效。
[0017] 本發(fā)明所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其中，SRAM采用FSMC接口擴 展NOR Flash。
[0018] 本發(fā)明所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其中，步驟(d)中的窄帶濾波 處理的具體步驟如下：
[0019] (d.l)、先使用公式（1)計算濾波后得到的I或Q數(shù)據(jù)點數(shù)MBDS [0020] MBDS=((LYDS-JS)/CQ)+1 (1)
[0021] (d.2)、然后使用公式(2)計算濾波后得到的I或者Q數(shù)據(jù)MBSJ[j]
[0022] MB:SJ[j]=: Igj LYSJ[j*CQ+k]*X:S[kl (2)
[0023] (d. 3)、當計算完第j個濾波后的I或者Q數(shù)據(jù)后使MBSJ[ j] =0。
[0024] 其中，LYDS為每路每次采集到的I或Q數(shù)據(jù)點數(shù)；
[0025] JS為濾波器階數(shù)；
[0026] CQ為抽取比例；
[0027] MBSJ[ j ]表示第j個濾波后的I或Q數(shù)據(jù)，j = 0，1，……，MBDS_1;
[0028] LYSJ [ j*CQ+k ]表示按照CQ比例抽取濾波前的I或Q數(shù)據(jù)；
[0029] XS[k]表示第k個濾波器系數(shù)，k = 0，1，……，JS-1。
[0030]本發(fā)明所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其中，步驟(e)中通過計算得 到濾波后的每路IQ幅度均值A(chǔ)后還需通過公式(3)進行優(yōu)化。
[0032]其中q表示第q個通道，p表示第q個通道中的第p個I或者Q數(shù)據(jù)，計算好各個通道的 幅度標量A，求得最大的MaxA。
[0033]本發(fā)明所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其中，步驟(f)中MGC調(diào)整的 具體做法如下：
[0034] (f.l)、將不在目標范圍內(nèi)的最大幅度均值MaxA分為三區(qū)間，在三個區(qū)間內(nèi)分別計 算mgc值；
[0035] (f .2)、當最大幅度均值 MaxA 在 XTMIN 和 MBFIMIN 之間時，mgc=mgc-(MaxA-P-3〇)*2; [0036] (f. 3)、當最大幅度均值MaxA大于MBFWMAX時，如果連續(xù)兩次都大于MBFWMAX，則發(fā) 出信號過大的警報，否則mgc=mgc-63;
[0037] (f.3)、當最大幅度均值MaxA小于MBFWMIN時，如果連續(xù)兩次都小于MBFWMIN，則發(fā) 出信號過小無法調(diào)整的警報，否則mgc=mgc+63;
[0038] 其中，XTMIN表示系統(tǒng)到達最小信號幅度值，MBFWMIN表示目標范圍最小值， MBFWMAX表示目標范圍最大值，P-3Q表示-30dbm輸入信號對應(yīng)的幅度值。
[0039] 采用上述方法后，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0040] 本發(fā)明一種無線信號多路并行比幅測量方法采用多個天線同時采集空中信號，而 多個天線又將360度方位分成N個方向，如此，隨著所分方向的增加，信號定位的速度和準確 度相應(yīng)提高。與此同時，ADC使用高采樣率采集大量連續(xù)的數(shù)據(jù)，并進行窄帶濾波處理避免 臨道信號干擾，以及針對最大幅度均值MaxA的MGC調(diào)整保證ADC采樣得到的數(shù)據(jù)盡可能接近 滿幅電平而不溢出，這些方法都大大提高了信號方位測量的準確性。
【附圖說明】：
[0041] 圖1是本發(fā)明一種無線信號多路并行比幅測量方法的流程圖；
[0042] 圖2是本發(fā)明中MGC調(diào)整算法的流程圖；
【具體實施方式】：
[0043] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明一種無線信號多路并行比幅測量方法做 進一步詳細說明：
[0044]在本發(fā)明中，ADC為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，SRAM為靜態(tài)隨機存取存儲器，F(xiàn)SMC為可變靜態(tài)存 儲控制器，IQ為正交信號，MaxA為最大幅度均值，MGC為手動增益控制，rssi為接收的信號強 度指示，GSM為全球移動通信系統(tǒng)。
[0045] 如圖1所示，本發(fā)明一種無線信號多路并行比幅測量方法按照以下步驟實施：
[0046] 步驟(a)、關(guān)閉天線信號，設(shè)置系統(tǒng)的頻率為邊界頻率，增益控制衰減最大，使得系 統(tǒng)的輸出信號即正交信號為最小噪聲后，進行校零操作。其中，校零操作是指:ADC進行一次 八路IQ采樣外界信號，將采集到的各路I、Q數(shù)據(jù)分別進行相加求平均，即指各路I數(shù)據(jù)相加 求平均，各路Q數(shù)據(jù)相加求平均。保存下來作為零偏數(shù)據(jù)，以后每次進行標準信號數(shù)據(jù)采集 流程得到的數(shù)據(jù)減掉這個零偏數(shù)據(jù)即得到校零后的IQ數(shù)據(jù)。
[0047] 步驟(b)、打開天線信號，ADC采集外界信號，將采集到的外界信號存儲在外擴的 SRAM中。為了能夠保證每次采集任務(wù)中的每個通道的數(shù)據(jù)是連續(xù)無丟失的，不影響后續(xù)濾 波，無名需要在系統(tǒng)中設(shè)置一個計數(shù)器，計數(shù)每次采樣經(jīng)歷的ADC采樣時鐘，通過采集到的 數(shù)據(jù)量可以核對有沒有明顯的數(shù)據(jù)丟失情況，若有則報警提示數(shù)據(jù)無效。
[0048] 步驟(c)、通過FSMC接口去讀取SRAM中的IQ信號。因為本發(fā)明中ADC的采樣率較大， 且系統(tǒng)有濾波需求，所以采集的數(shù)據(jù)量較大，本發(fā)明中的SRAM采用FSMC接口擴展N0R Flash，F(xiàn)SMC接口擴展NOR Flash具有高度的靈活性，對于存儲容量要求較高的嵌入式系統(tǒng) 設(shè)計，能夠在不增加外部分立器件的情況下，擴展多種不同類型和容量的存儲芯片。
[0049]步驟(d)、對讀取的各路連續(xù)IQ信號分別做窄帶濾波處理。采集外界寬帶信號時， 由于GSM信道帶寬約為200KHz，為了避免臨道干擾，需要對采集到的每路連續(xù)IQ信號分別做 窄帶濾波，排除外界不相干信號對測向的干擾。由于在SRAM中的IQ數(shù)據(jù)的實際存儲順序是 I1Q1I2Q2……IsQshQi……，所以在讀取IQ數(shù)據(jù)后需要對其重新排列。
[0050]窄帶濾波處理的具體步驟如下：
[0051] (d.l)、先使用公式(1)計算濾波后得到的I或Q數(shù)據(jù)點數(shù)MBDS
[0052] MBDS=((LYDS-JS)/CQ)+1 (1)
[0053] (d.2)、然后使用公式(2)計算濾波后得到的I或者Q數(shù)據(jù)MBSJ[j]
[0054] MBSJ[j]- IK LYSJ[j*CQ+k]*XS[k] (2)
[0055] (d. 3)、當計算完第j個濾波后的I或者Q數(shù)據(jù)后使MBSJ[ j] =0。
[0056] 在公式（1)和公式(2)中，其中，LYDS為每路每次采集到的I或Q數(shù)據(jù)點數(shù);JS為濾波 器階數(shù);CQ為抽取比例;MBSJ[ j ]表示第j個濾波后的I或Q數(shù)據(jù)，j = 0，1，……，MBDS-1; LYSJ [j*CQ+k]表示按照CQ比例抽取濾波前的I或Q數(shù)據(jù)；XS[k]表示第k個濾波器系數(shù)，k = 0， 1，……JS-l〇
[0057]經(jīng)過以上窄帶濾波處理，IQ數(shù)據(jù)變成了低采樣率的IQ數(shù)據(jù)，保留了帶寬范圍內(nèi)中 心頻率的有用信號，抑制無用信號。
[0058]步驟(e)、計算濾波后的每路IQ幅度均值A(chǔ)，并找到最大幅度均值MaxA。在步驟(d) 中得到低采樣率IQ數(shù)據(jù)后，對每路IQ分別求幅度平均，可得到每路的幅度標量A。在實際測 向過程中鑒于GSM信號的特點，實時性要求較高，這里就需要按照公式(3)對計算過程進行 優(yōu)化。
[0060] 在公式(3)中，其中q表示第q個通道，p表示第q個通道中的第p個I或者Q數(shù)據(jù)，計算 好各個通道的幅度標量A，求得最大的MaxA。
[0061] 步驟(f)、判斷MaxA是否在目標范圍之內(nèi)，這里的目標范圍是指標準信號的幅度 值，目標范圍的確定是按照1.7V峰峰值正弦信號的計算得出的幅度均值的上下浮動。若 MaxA不滿足目標范圍，調(diào)整MGC，重復(fù)以上(b)-(e)步驟，直到MaxA滿足目標范圍，若MaxA滿 足目標范圍，計算各路的信號強度值rssi，根據(jù)信號強度值rssi進行排序測量出無線信號 的方位。MGC是指手動增益控制，調(diào)整的目的是為了是ADC采樣得到的數(shù)據(jù)盡可能接近滿幅 電平而不溢出。
[0062]在步驟(f)中，如圖2所示，MGC調(diào)整的具體做法如下：
[0063] (f.l)、將不在目標范圍內(nèi)的最大幅度均值MaxA分為三區(qū)間，在三個區(qū)間內(nèi)分別計 算mgc值；
[0064] (f .2)、當最大幅度均值 MaxA 在 XTMIN 和 MBFIMIN 之間時，mgc=mgc-(MaxA-P-3〇)*2;
[0065] (f. 3)、當最大幅度均值MaxA大于MBFWMAX時，如果連續(xù)兩次都大于MBFWMAX，則發(fā) 出信號過大的警報，否則mgc=mgc-63;
[0066] (f. 3)、當最大幅度均值MaxA小于MBFWMIN時，如果連續(xù)兩次都小于MBFWMIN，則發(fā) 出信號過小無法調(diào)整的警報，否則mgc=mgc+63;
[0067] 其中，XTMIN表示系統(tǒng)到達最小信號幅度值，MBFWMIN表示目標范圍最小值， MBFWMAX表示目標范圍最大值，P-3Q表示-30dbm輸入信號對應(yīng)的幅度值。
[0068] 本發(fā)明中，步驟(a)和(b)中用到的天線的數(shù)量為N個，N個天線將360度方位分成N 個方向，N個天線同時米集空中信號。
[0069] 在本發(fā)明中，所提及的系統(tǒng)在硬件平臺方面由ARM核心板、FPGA底板及信號采集控 制板這三塊板子組合。
[0070] 多通道并行IQ信號數(shù)據(jù)采樣的ARM核心板主要分成以下模塊來實現(xiàn)，且每個模塊 的功能如下具體所示：
[0071] FSMC模塊:讀取AD采樣的數(shù)據(jù)，并寫入外擴SRAM;
[0072] 濾波算法:對采集到的IQ數(shù)據(jù)進行窄帶濾波。
[0073] MGC算法:增益控制算法；
[0074] SPI模塊:控制信號采集控制板的增益和頻率。
[0075]以上所述的實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的 范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù) 方案做出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種無線信號多路并行比幅測量方法，其特征在于:該測量方法包括W下步驟： (a) 關(guān)閉天線信號，設(shè)置系統(tǒng)的頻率為邊界頻率，增益控制衰減最大，使得系統(tǒng)的輸出 信號為最小噪聲后，進行校零操作； (b) 打開天線信號，ADC采集外界信號，將采集到的外界信號存儲在外擴的SRAM中； (C)通過FSMC接口去讀取SRAM中的IQ信號； (d) 對讀取的各路連續(xù)IQ信號分別做窄帶濾波處理； (e) 計算濾波后的每路IQ幅度均值A(chǔ)，并找到最大幅度均值MaxA; (f) 判斷MaxA是否在目標范圍之內(nèi)，若MaxA不滿足目標范圍，調(diào)整MGC，重復(fù)W上（b)- (e)步驟，直到MaxA滿足目標范圍，若MaxA滿足目標范圍，計算各路的信號強度值rssi，根據(jù) 信號強度值rssi進行排序測量出無線信號的方位。 其中，步驟(a)和(b)中所述天線的數(shù)量為多個，多個天線同時采集空中信號，且多個天 線將360度方位平均分成N個方向。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其特征在于:步驟(b) 中的校零操作具體包括W下步驟： (a. 1)、ADC進行一次多路IQ采樣外界信號； (b. 1 )、將采集到的各路I、Q數(shù)據(jù)分別進行相加求平均，保存下來作為零偏數(shù)據(jù)，W后每 次進行標準信號數(shù)據(jù)采集流程得到的數(shù)據(jù)減掉運個零偏數(shù)據(jù)即得到校零后的IQ數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其特征在于:為了能夠 保證每次采集任務(wù)中的每個通道的數(shù)據(jù)是連續(xù)無丟失的，不影響后續(xù)濾波，在系統(tǒng)中設(shè)置 一個計數(shù)器，計數(shù)每次采樣經(jīng)歷的ADC采樣時鐘，通過采集到的數(shù)據(jù)量可W核對有沒有明顯 的數(shù)據(jù)丟失情況，若有則報警提示數(shù)據(jù)無效。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其特征在于:SRAM采用 FSMC接口擴展NOR Flash。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其特征在于:步驟(d) 中的窄帶濾波處理的具體步驟如下： (d. 1 )、先使用公式(1)計算濾波后得到的I或Q數(shù)據(jù)點數(shù)MBDS MBDS=((LYDS-JS)/CQ)+1 (1) (d. 2)、然后伸巧公式（2)計貸濾泌后得到的T或者Q數(shù)據(jù)MBSJ [ j ](2) (d. 3)、當計算完第j個濾波后的I或者Q數(shù)據(jù)后使MBSJ[ j ] =0。 其中，LYDS為每路每次采集到的I或Q數(shù)據(jù)點數(shù)； JS為濾波器階數(shù)； CQ為抽取比例； MBSJ[ j ]表示第j個濾波后的I或Q數(shù)據(jù)，j = 0，1，……，1抓5-1; LYSJ [ j*CQ+k ]表示按照CQ比例抽取濾波前的I或Q數(shù)據(jù)； XS比]表示第k個濾波器系數(shù)，k = 0，1，……，JS-I。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線信號多路并行比幅測量方法，其特征在于:步驟(e) 中通過計算得到濾波后的每路IQ幅度均值A(chǔ)后還需通過公式(3)進行優(yōu)化。其中q表示第q個通道，P表示第q個通道中的第P個I或者Q數(shù)據(jù)，計算好各個通道的幅度 標量A，求得最大的MaxA。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道同時比幅測向方法，其特征在于:步驟(f)中MGC調(diào) 整的具體做法如下： (f.l)、將不在目標范圍內(nèi)的最大幅度均值MaxA分為S區(qū)間，在S個區(qū)間內(nèi)分別計算 mgc 值； (f. 2)、當最大幅度均值 MaxA 在 XTMIN 和 MBFWMIN 之間時，mgc=mgc-(MaxA-P-3〇)*2; (f. 3)、當最大幅度均值MaxA大于MBFWMAX時，如果連續(xù)兩次都大于MBFWMAX，則發(fā)出信 號過大的警報，否則mgc=mgc-63; (f. 3)、當最大幅度均值MaxA小于MBFWMIN時，如果連續(xù)兩次都小于MBFWMIN，則發(fā)出信 號過小無法調(diào)整的警報，否則mgc=mgc+63; 其中，XTMIN表示系統(tǒng)到達最小信號幅度值，MBFWMIN表示目標范圍最小值，MBFWMAX表 示目標范圍最大值，P-30表示-30dbm輸入信號對應(yīng)的幅度值。
【文檔編號】G01S3/30GK105911516SQ201610218775
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】梁娟娟, 蒲軍
【申請人】江蘇正赫通信息科技有限公司