[发明专利]一种基于希尔伯特变换的实信号多普勒频移方法

说明书

本发明公开了一种基于希尔伯特变换的实信号多普勒频移方法，先利用ADC采集输入的实信号，再将采集到的数字信号一分为二，一路进行希尔伯特滤波器滤波处理，另一路进行延时处理，从而得到两路正交信号，然后利用DDS Compiler IP核分别产生多普勒频偏信号，并进行三角运算，得到多普勒频移后的数字信号，最后再通过数模转换后，得到实现了多普勒频移的模拟信号。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于希尔伯特变换的实信号多普勒频移方法。

背景技术

当波源和接收物体间存在径向相对移动时，接收波的频率将会发生变化。波源移向接收物体时接收波频率变高，而波源背离接收物体时接收频率变低，发射波与接收波的频率差就是运动物体的多普勒频移。雷达就是利用多普勒频移获得目标的移动速度，以此来区分移动目标和静止目标或者杂波。

如图1所示，假设目标以速度v向雷达方向移动，当微波雷达发射的电磁波频率为f₁时，被测目标接收到的电磁波频率f₀和雷达接收到的反射波频率f₂都会发生变化，经过计算可以得到雷达的发射波和接收波频率的关系；

其中，c为光速。

多普勒频移定义的就是发射和接收频率的差值，即：

设计中需要模拟雷达目标的移动，就需要对输入的信号进行多普勒频移处理。现有的多普勒频移处理方法分为数字和模拟两种。一种基于倍频和混频方式的模拟处理方法在上下变频都经过了两级混频，并在上变频的第二级混频中加入多普勒频偏值，然后通过上下变频对倍频数的对消来实现多普勒频移。此方法能够实现小于1Hz精度，0～20kHz的多普勒频移。但是通过模拟的方法实现会导致设计复杂度和成本的提高，并且此方法仅能实现正向的多普勒频移，在实际场所的应用会大大受限。数字的处理方法主要是将输入信号经过I/Q正交解调并分别采样后产生解析信号，经过数学运算实现多普勒数字调制，然后通过DAC输出正交模拟I、Q信号，最后进行正交调制和上变频，这是一种最为常用的多普勒频移的实现方法。还有一种基于正交混频的数字下变频法，将ADC采样得到的实信号与数字控制振荡器(NCO)产生的本地正弦/余弦载频信号相乘，然后经过低通滤波器得到多普勒频移信号。还有文献提出了一种基于直接数字合成技术的多普勒频率模拟方法，此方法通过将中频信号经过分频及倍频作为DDS的参考时钟，然后控制DDS的频率控制字来产生需要的多普勒频移信号。但是由于DDS的相位截断效应、正弦查找表有限字长效应等会使得输出信号杂散谱线复杂并且难以消除，而且此方法仅能够实现对中频信号的多普勒频移，并不能覆盖较高的射频频段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于希尔伯特变换的实信号多普勒频移方法，在不经过I/Q解调下直接对实信号进行多普勒频移，大大地降低了设计的成本和复杂度。

为实现上述发明目的，本发明一种基于希尔伯特变换的实信号多普勒频移方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、利用ADC采集输入的实信号

设输入的实信号x(t)为频率为f₀的标准余弦信号，经过采样率为f_s的ADC采样后转化为数字信号x(n)；

(2)、数字信号预处理

将数字信号x(n)输入至FPGA并分为两路并行数字信号x₁(n)、x₂(n)，将x₁(n)经过希尔伯特滤波器滤波处理后，得到信号频率保持不变，但相位滞后90°的数字信号并且存在K/f_s的延时，K为常数；将x₂(n)输入至延时模块，经过K/f_s延时处理后，得到数字信号