I_Q通道幅相不平衡的影響及改善

1、1999年10月現(xiàn)代雷達(dá)第5期、IQ通道幅相不平衡的影響及改善陳軍(南京電子技術(shù)研究所南京210013)【摘要】分析了接收機(jī)I、Q誤差校正技術(shù)。D技術(shù)【關(guān)鍵詞】,TofImbalanceofAmplitudeandPhaseofI,QChannelandImprovementinReceiverchenjun(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnologyNanjing210013)【Abstract】Thispaperanalyzestheinfluenceofimagesignalthatiscausedbyimbalanceofamplit

2、udeandphaseofI,Qchannelinreceiveronfollowingsignalprocessingand possibleerrorcalibrationtechnology.ItalsointroducesDPD(DigitalProductDetector)technologythatisusedto.restrainimagesignal【Keywords】I、magesignal,IQchannel,imbalanceofamplitudeandphase1引言現(xiàn)代雷達(dá)為了獲得高性能,均采用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù),對(duì)需要在強(qiáng)雜波環(huán)境中檢測目標(biāo)的機(jī)載雷達(dá)尤其如此,其后續(xù)

3、信號(hào)處理對(duì)接收機(jī)正交相檢器輸出的I、Q通道的幅相不平衡提出了嚴(yán)格的要求。目前采用的模擬正交相檢技術(shù)受器件離散性的影響較大,而且幅度和相位隨頻率、溫度漂移,這使得I、Q通道的幅相誤差較大,無法滿足后續(xù)信號(hào)處理的要求。為了改善雷達(dá)的檢測性能,有必要對(duì)I、Q通道的幅相一致性進(jìn)行分析和改善。2I,Q通道幅相不平衡的影響分析正交相檢器輸出的I、Q分量,合成后應(yīng)為基帶復(fù)信號(hào)。若IQ通道存在幅相誤差,那么在時(shí)域內(nèi)會(huì)造成復(fù)信號(hào)的幅度和相位誤差,在頻域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)回波譜線的鏡像,引起虛警。為了便于分析,假設(shè)輸入的中頻信號(hào)為X(t)=cos0t(1)若I、相位誤差為,則經(jīng)正交相檢后輸出的I、Q通道的幅度誤差為K、

4、Q信號(hào)分別為:I(t)=cosdt(2)(3)Q(t)=(1+K)sin(dt+本文1998年5月6日收到,12月21日收到修改稿。© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第5期陳軍:I、Q通道幅相不平衡的影響及改善101合成的復(fù)信號(hào)為Xo(t)=I(t)+Q(t)=cosdt+j(1+K)sin(dt+=jdtj(dt+)()(e+e-jdt)+j(1+K)(e-e-jdt+)22jt-j1+(1+K)ejed+1-(Kje22(4)經(jīng)付氏變換得FXo(

5、t)=1+(jd)+21-2(1+K)ej (+d)(5)jt其中Fd。ed,運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(或雜波)回波經(jīng)過存在幅相誤差的I、Q通道后,輸出的信號(hào)頻譜除正常的上邊帶譜分量外,還產(chǎn)生了鏡像下邊帶譜分量,該譜分量的強(qiáng)度與I、Q通道的幅相誤差成正比。以脈沖方式工作的機(jī)載雷達(dá),其回波信號(hào)的譜以PRI(脈沖重復(fù)周期)重復(fù)。那么下一個(gè)周期的下邊帶鏡像譜分量就會(huì)落入本周期內(nèi),被誤認(rèn)為是d較大的回波信號(hào),從而造成虛警。故在頻域內(nèi)處理回波信號(hào)時(shí),在滿足一定虛警概率的條件下,對(duì)鏡像信號(hào)的抑制度有一定要求。這里將下邊帶鏡像譜分量幅度的平方與上邊帶譜分量幅度的平方的對(duì)數(shù)定義為鏡像抑制度:IR=10lg1+=10lg1+2

6、222(1+K)cos+(1+K)sin2(1+K)2+2(1+K)cos(6)顯然,鏡像抑制度(IR)的大小與I、Q通道的幅相誤差大小成反比。機(jī)載雷達(dá)為了在強(qiáng)雜波背景中檢測目標(biāo),要求信號(hào)處理有60dB以上的雜波抑制度,通過(6)式可計(jì)算出所要求的I、Q通道的幅相誤差為K<0.1%,<0.1°。對(duì)于這樣的幅相誤差要求,模擬相檢技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的,但可以通過誤差校正技術(shù)和DPD技術(shù)來滿足要求。3誤差校正技術(shù)最基本方法就是在接收機(jī)的I、Q檢波前注入一個(gè)已知的理想信號(hào),該信號(hào)必須是已知其特征的合成多普勒信號(hào),例如,多普勒頻移和幅度都是已知的,這個(gè)信號(hào)可以在系統(tǒng)任何空閑時(shí)注入,比如

7、在天線掃描完空域后或相參駐留之間注入,這種校正是依靠對(duì)電路工作漂移的預(yù)測進(jìn)行的。這個(gè)合成的多普勒信號(hào)經(jīng)I、Q檢波和FFT處理器處理,信號(hào)在鏡頻處的響應(yīng)反映了IQ通道的幅相不平衡,鏡頻信號(hào)的相對(duì)相位提供了解I、Q幅度不平衡和相位不正交模糊的足夠信息。分析后所得的誤差數(shù)據(jù)被記錄下來并存儲(chǔ)在一個(gè)校準(zhǔn)文件中。系統(tǒng)工作時(shí),調(diào)用該校準(zhǔn)文件對(duì)I、Q通道的幅相不平衡進(jìn)行修正,以滿足后續(xù)信號(hào)處理的要求。這個(gè)校準(zhǔn)文件可在天線掃描完空域后或相參駐留之間進(jìn)行刷新,以適應(yīng)系統(tǒng)的變化。4DPD技術(shù)為了解決后續(xù)處理對(duì)I、它Q通道幅相誤差的要求,國外于80年代初就提出了DPD技術(shù)。© 1994-2008 China

8、 Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 102現(xiàn)代雷達(dá)21卷與模擬相檢技術(shù)的區(qū)別在于先在中頻直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行A D變換,然后在數(shù)字域中處理。1DPD原理圖、DPDA D變換,然后對(duì)IQ通道信號(hào)交替抽取,I、Q兩路信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插運(yùn)算,且IQ兩路插值信號(hào)的延時(shí)不同,從而得到I、Q兩路數(shù)字信號(hào),如圖1所示。為了便于后續(xù)處理,信號(hào)的低中頻載頻f0、帶寬B和采樣速率之間應(yīng)滿足f0、2M-1。其中,B為信號(hào)的絕對(duì)帶fs=4f0 2寬,M為正整數(shù)。按上述關(guān)系直接對(duì)中頻信號(hào)采樣后,所得信號(hào)的頻譜不會(huì)混疊,且采樣信號(hào)滿足

9、X(n)=I(n)cos2-Q(n)sin(-1)2I(n)n為偶數(shù)-(-1)22(n)n為奇數(shù)(7)對(duì)I、Q兩路信號(hào)交替抽取后,由(7)式可得:XI(n)=X(2n)(-XQ(n)=X(2n-1)n=X(2n) ejn(8)(9)1)(-1)n=X(2n-1) ejn(9)兩式進(jìn)行付氏變換并經(jīng)符號(hào)修正后,可得假定輸入信號(hào)的頻譜為X(),對(duì)(8)、)+X+3(+22=X+X+222jn)XQ()=FX(2n-1) e=-X-X+3(+22=-X-X+e-j2222jnXI()=FX(2n) e=X(10)(11)再分別經(jīng)過T及T延時(shí),其中T=1 fs為輸出信號(hào)的間隔,則合成后輸出信號(hào)的頻譜為4

10、4-Xo()=XI()ej4+jXQ()e-j4(12)(11)式代入(12)式,化簡可得將(10)、Xo()=X-e2j4 2-(13)© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第5期陳軍:I、Q通道幅相不平衡的影響及改善103從上述分析中可以看出,只要I、Q兩路信號(hào)的頻譜無失真或失真一致,則合成復(fù)矢量時(shí),下邊帶(即鏡像)譜分量相互抵消,而上邊帶譜分量疊加形成單邊帶譜輸出。要使I、Q兩路信號(hào)頻譜無失真,插值濾波器應(yīng)是理想的全通濾波器,這實(shí)際上是很難實(shí)現(xiàn)的,

11、但頻譜失真一致卻比較容易做到。文獻(xiàn)3指出,只要I、Q兩路延時(shí)插值濾波器的系數(shù)從同一個(gè)濾波器中抽取,由于IQ一致,所以不會(huì)因I、Q。5結(jié)束語文中分析了接收機(jī)I、Q響,Q,并且介紹了用誤差校正技術(shù)和DPD,指出了利于DPD技術(shù)抑制鏡像信號(hào)的優(yōu)越性,即只要I、Q,就不會(huì)因通道間的幅相不平衡而產(chǎn)生鏡像分量,從而為我們解決這一問題提供了新的途徑。參考文獻(xiàn)1D.KBarton.雷達(dá)系統(tǒng)分析.國防工業(yè)出版社,19852DCurtisSchleher.MTIandPulsedDopplorRadar.ArtechHouse,BostonLondon,19913LEPellon.ADoubleNyquistDigitalProductDetectorforQuadatureSampling.IEEETransonAS2SP.No.7,19924JAScheer,JLKurtz.CoherentRadarPerformanceEstimation.ArtechHous