CN110488228B - 线性调频信号生成方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线性调频信号生成方法、装置及存储介质，该方法包括：接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数；基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。由于仅需要接收调频斜率量化参数和时宽量化参数，可以减少外部输入，在硬件上减少控制信号连线数量，亦利于降低系统设计复杂度，尤其适于应用至星载雷达中。

Description

线性调频信号生成方法、装置及存储介质

技术领域

本申请涉及信号处理技术领域，具体涉及一种线性调频信号生成方法、装置及存储介质。

背景技术

线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号，已经广泛应用于高分辨率雷达领域。近年来，随着雷达技术的不断发展，系统性能指标的提高，及工作模式的增多，对雷达发射信号的需求也不断增加。传统星载雷达往往只能产生几种或者十几种线性调频信号，不能满足不断发展的系统需求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种线性调频信号生成方法、装置及存储介质，旨在至少解决生成的线性调频信号不能满足系统需求的问题。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种线性调频信号生成方法，该方法包括：

接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；

基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数；

基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。

第二方面，本申请实施例提供一种线性调频信号生成装置，包括：

接收模块，用于接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；

第一确定模块，用于基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数；

第二确定模块，用于基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。

第三方面，本申请实施例提供一种线性调频信号生成装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序时，实现本申请实施例所述的线性调频信号生成方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本申请实施例所述的线性调频信号生成方法。

本申请实施例提供的技术方案中，通过接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数；基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据，进而能确定对应的线性调频信号，从而能够根据外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数，生成对应的线性调频信号，满足系统所需；同时，由于仅需要接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数，可以减少外部输入，在硬件上减少与外部输入的参数对应的控制信号线的数量，利于降低系统设计复杂度，尤其适于应用至星载雷达中。

附图说明

图1相关技术中线性调频信号生成装置的结构示意图；

图2为本申请一实施例线性调频信号生成装置的结构示意图；

图3为本申请一实施例线性调频信号生成方法的流程示意图；

图4为本申请一实施例串行传输控制线的时序示意图；

图5为本申请另一实施例线性调频信号生成方法的流程示意图；

图6为本申请一实施例线性调频信号生成装置的方框示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本申请技术方案做进一步的详细阐述。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。另外，以下所提供的实施例是用于实施本申请的部分实施例，而非提供实施本申请的全部实施例，在不冲突的情况下，本申请实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

本申请实施例涉及星载雷达产生线性调频信号的方法，相关技术中，如图1所示，线性调频信号生成装置经N个时宽、带宽控制线接收外部输入时宽、带宽控制信号，线性调频信号产生单元将外部输入的时宽、带宽控制信号转换为不同的时宽、带宽值，再计算线性调频信号相位，并进行正余弦计算得与线性调频信号的实部对应的I路信号、与线性调频信号的虚部对应的Q路信号，线性调频信号产生单元生成的I、Q路信号输入数模转换DAC芯片，并经DAC芯片处理后输出I、Q路模拟信号。

由于星载雷达的系统庞大、结构复杂，硬件连线资源分配有限，因此图1所示的方法受时宽、带宽控制信号硬件连线数量的制约，只能产生固定的几种或者十几种线性调频信号，且运算过程较为复杂，需要计算占用较多的运算资源。

为了简化生成线性调频信号的运算过程，节约运算资源，使得生成的线性调频信号满足系统的需求，本申请实施例提供一种线性调频信号生成方法，可以仅根据外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数生成符合设定要求的时宽、带宽的线性调频信号。

本申请实施例线性调频信号生成方法由线性调频信号生成装置实现，在对该线性调频信号生成方法进行介绍之前，先对本申请实施例涉及的线性调频信号生成装置说明如下：

图2示出了本申请实施例线性调频信号生成装置的结构示意图，请参阅图2，该线性调频信号生成装置包括处理器201及数模转换器202，处理器201包括第一通信接口、第二通信接口，处理器201经第一通信接口接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数，处理器201经第二通信接口连接数模转换器202。处理器201内配置线性调频信号产生单元，该线性调频信号产生单元经第一通信接口接收外部输入的频斜率量化参数和时宽量化参数，经第二通信接口输出I、Q路信号给数模转换器202，数模转换器202对接收的I、Q路信号进行数模转换后输出I、Q路模拟信号。在一具体实施方式中，处理器201可以采用现场可编程门阵列FPGA。可以理解的是，在其他实施例方式中，处理器201还可以采用通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器201还可以连接外围芯片，譬如，时钟配置芯片、传感器检测芯片等。在一具体实施例方式中，第一通信接口采用串行通信接口，即通过串行通信接口接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数，这样可以减少控制信号硬件连线数量，节约硬件连线资源，降低系统设计复杂度，在星载雷达系统中尤为重要。

请参阅图3，本申请实施例提供一种线性调频信号生成方法，该方法包括：

步骤301，接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；

这里，处理器201通过第一通信接口接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数。所述调频斜率量化参数是基于调频斜率范围和调频斜率参数生成的，也就是说，接收的调频斜率量化参数是随着调频斜率范围和调频斜率参数的变化而变化的。所述时宽量化参数是基于脉冲时宽范围生成的，也就是说，接收的时宽量化参数是随着脉冲时宽范围的变化而变化的。譬如，可以由一运算设备生成调频斜率量化参数和时宽量化参数，且该运算设备将生成的调频斜率量化参数和时宽量化参数经第一通信接口输出至处理器201。

在一具体实施方式中，调频斜率量化参数定义为：

其中，kchirp为调频斜率量化参数，round()为四舍五入求整数函数，Bw为待生成线性调频信号的带宽，Tw为待生成线性调频信号的时宽，Fs为待生成线性调频信号的采样率，M为变量参数。

这里，M可以根据待生成线性调频信号对应的调频斜率参数(即调频斜率精度)来确定。具体地，由于kchirp为整数，因此当假定kchirp＝1时，即可确定调频斜率精度

即

因此，可以根据上述公式(2)，利用调频斜率精度

确定M的取值。譬如，对于调频斜率精度为0.017MHz/s，M的取值为25。

在一具体实施方式中，时宽量化参数定义为：

其中，timeset为时宽量化参数。

在一具体实施方式中，处理器201的第一通信接口可以采用串行通信接口，该串行通信接口包括3根硬件连线，分别为时钟线CLK、数据有效标志线FLAG和数据线DATA，请参阅图4，FLAG为低时表示数据有效，每个时钟周期传输1bit数据，DATA按前后顺序分别传输调频斜率量化参数kchirp、时宽量化参数timeset和其他控制信号，从而节约硬件连线资源，降低系统设计复杂度。假定kchirp位宽为W_k，timeset的位宽为Wt，则传输kchirp需占用W_k个时钟周期，传输timeset需占用Wt个时钟周期。

具体地，Kchirp的位宽W_k的确定过程如下：

针对上述公式(1)，假定式中kchirp＝2^Wk-1时，对应调频斜率的最大值

即

在M确定的前提下，根据公式(4)，由调频斜率的最大值

确定位宽W_k的值。例如，M的取值为25、位宽Wk的取值为12时，可表示的调频斜率范围为0～69.4MHz/s。

具体地，timeset的位宽Wt的确定过程如下：

根据上述公式(3)的最大值确定timeset的位宽Wt。

这样，处理器201可以通过第一通信接口接收外部输入的调频斜率量化参数Kchirp和时宽量化参数timeset，然后，执行步骤302。

步骤302，基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数；

在一具体实施方式中，所述基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数，包括：

基于所述时宽量化参数生成时间变量；

基于所述时间变量和所述调频斜率量化参数确定所述波形相位参数。

在一示例中，假定时间变量为n，则n的取值范围为[-timeset:timeset]；将调频斜率量化参数kchirp和n相乘得到kchirp·n²，再将相乘结果缩小2^M0倍，其中，M0＝M-M1，M1为正余弦查找表的地址范围对应的位宽；得到ph0＝kchirp·n²/2^M0，其中，ph0为波形相位参数。

步骤303，基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。

这里，所述正余弦查找表是基于所述待生成线性调频信号对应的实部数据或虚部数据的位宽生成的，所述位宽根据数模转换器202的输入信号的位宽确定的。根据步骤302得到的波形相位参数ph0，基于该波形相位参数ph0在正余弦查找表中查找

和

分别对应的值，便可以得到理想线性调频信号cos(πkt²)和sin(πkt²)。

需要说明的是，由于理想的线性调频信号的实部I(t)和虚部Q(t)的表达式为：

I(t)＝cos(πkt²)

Q(t)＝sin(πkt²) (5)

其中，k为调频斜率，

t为连续时间变量，

这里，将t用离散时间变量表示，则有：

其中，timeset由上述公式(3)确定，将k、t代入上述公式(5)，得到：

其中，I(n)为实部数据，Q(n)为虚部数据，

为与调频斜率量化参数对应的常量，具体地，调频斜率量化参数与

间由公式(1)确定对应关系。根据公式(1)，将调频斜率量化参数kchirp代入上述公式(7)，得到：

对于上述公式(8)，将M分解为M1和M-M1，并令M0＝M-M1，则得到：

其中，M1为正余弦查找表的地址范围对应的位宽。

这样，根据步骤302得到的波形相位参数ph0，由于ph0＝kchirp·n²/2^M0，基于该波形相位参数ph0即可在正余弦查找表中查找

和

分别对应的值，即得到待生成线性调频信号对应的实部数据I(n)和虚部数据Q(n)。

本申请实施例中，所述正余弦查找表是基于所述待生成线性调频信号对应的实部数据I(n)或虚部数据Q(n)的位宽L生成的。

由于待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据需要经数模转换器202进行数模转换后，得到线性调频信号，即确定出线性调频信号的实部模拟信号和虚部模拟信号。其中，实部数据和虚部数据的位宽均需要与数模转换器202的输入信号的位宽一致，这样才能进行后续的数模转换处理。假定实部数据和虚部数据的位宽均为L，确定正余弦查找表的地址范围为0～2^M1-1，M1为地址线位宽，即正余弦查找表的地址范围对应的位宽。

需要说明的是，M1的取值对应正余弦查找表的设计精度，M1越大，则设计精度越高，但占用的存储资源也越多。由于正余弦查找表对应的输出数据的位宽L(即实部数据或者虚部数据的位宽)有限，即输出数据的精度有限，因此，M1无需选取过大，可以根据输出数据的位宽合理选取，这样可以节约存储资源。

在一具体实施方式中，M1的取值应该使线性调频信号变化最快的地方，相邻两个点的差值≤1。正余弦函数在0值处变化最快，因此可以根据下式选择M1的合理取值：

实际应用中，若输出数据的位宽L为10位，根据上述公式(10)可知，M1可取≥12的整数，若取M1＝12，则正余弦查找表占用的存储空间为2¹²*10bit，若取M1＝13，则正余弦查找表占用的存储空间为2¹³*10bit，可根据实际存储空间的大小选择具体M1的值。

这里，正余弦查找表对应的查表函数为：

其中，I(n)为实部数据，Q(n)为虚部数据，x为待输入变量(即待生成线性调频信号的波形相位参数)，若要求查找函数输出数据的位宽为L位，则公式(11)对应实部数据和虚部数据应转化为整数，具体为：

其中，

为一个输出数据在一个正余弦周期内的分隔点数，M1为无符号数，取值范围为

将实部数据、虚部数据替换为位宽为L位的有符号数，得到的查找函数为：

其中，dout_I为线性调频信号实部对应的L位有符号数，dout_Q为线性调频信号虚部对应的L位有符号数。

本申请实施例中，根据查找函数对应的公式(13)和M1的取值生成正余弦查找表，并将生成的正余弦查找表存入存储器内，供处理器201调用，该存储器可以为处理器内部的存储器，还可以为与处理器连接的外部存储器。示例性地，正余弦查找表存储至FPGA内部的只读存储器(ROM)中。

图5示出了本申请另一实施例线性调频信号生成方法的流程示意图。请参阅图5，该方法包括：

步骤501，确定调频斜率量化参数kchirp、时宽量化参数timeset；

这里，可以在一处理设备上基于上述公式(1)生成调频斜率量化参数kchirp，基于上述公式(3)生成时宽量化参数timeset；并将该处理设备生成的调频斜率量化参数kchirp、时宽量化参数timeset输入至线性调频信号生成装置。

步骤502，基于所述时宽量化参数生成时间变量n；

这里，时间变量n的取值范围为[-timeset:timeset]。

步骤503，计算kchirp·n²；

基于生成的时间变量n和调频斜率量化参数kchirp，计算kchirp·n²。

步骤504，计算波形相位参数；

这里，波形相位参数ph0＝kchirp·n²/2^M0。

步骤505，确定待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。

基于所述波形相位参数ph0，利用查找法在预先存储的正余弦查找表中查找

和

分别对应的值，输出L位I路数据(对应实部数据)、L位Q路数据(对应虚部数据)给数模转换器，数模转换器将L位I路数据转换为I路模拟信号、L位Q路数据转换为Q路模拟信号，并输出I路模拟信号、Q路模拟信号，实现线性调频信号的输出。

本申请实施例线性调频信号生成方法，通过接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数，基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定波形相位参数，并通过正余弦查找表查找与该波形相位参数匹配的实部数据和虚部数据，进而能确定对应的线性调频信号，能够满足系统所需的线性调频信号的生成，且由于仅需要接收调频斜率量化参数和时宽量化参数，可以减少外部输入，在硬件上减少控制信号连线数量，亦利于降低系统设计复杂度，尤其适于应用至星载雷达中。且本申请实施例方法，可以根据接收的调频斜率量化参数和时宽量化参数生成对应时宽和带宽的线性调频信号，从而满足系统的设计需求。

为了实现本申请实施例的方法，本申请实施例还提供一种线性调频信号生成装置，请参阅图6，该装置包括：

接收模块601，用于接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；

第一确定模块602，用于基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数；

第二确定模块603，用于基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。

在一些实施例中，第一确定模块602具体用于：

基于所述时宽量化参数生成时间变量；

基于所述时间变量和所述调频斜率量化参数确定所述波形相位参数。

在一些实施例中，线性调频信号生成装置还包括存储模块，用于接收并存储外部输入的正余弦查找表。

本实施例中，所述正余弦查找表是基于所述待生成线性调频信号对应的实部数据或虚部数据的位宽生成的，所述位宽根据数模转换器的输入信号的位宽确定。

本实施例中，所述调频斜率量化参数是基于调频斜率范围和调频斜率参数生成的。所述时宽量化参数是基于脉冲时宽范围生成的。

实际应用时，接收模块601、第一确定模块602、第二确定模块603可由图2所示的处理器201实现。当然，处理器201需要运行存储器中的计算机程序来实现其功能。

处理器201还连接数模转换器202，处理器201根据接收的调频斜率量化参数和时宽量化参数，基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数，基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据(I路信号)和虚部数据(Q路信号)，并输出I路信号和Q路信号给数模转换器202，数模转换器202将I路信号、Q路信号分别进行数模转换后输出I路模拟信号和Q路模拟信号，从而实现了线性调频信号的输出。

本申请实施例中的存储器用于存储各种类型的数据以支持线性调频信号生成装置的操作。这些数据的示例包括：用于在线性调频信号生成装置上运行的任何可执行程序，实现本申请实施例的线性调频信号生成方法的程序可以包含在可执行程序中。

本申请实施例揭示的线性调频信号生成方法可以应用于处理器201中，或者由处理器201实现。处理器201可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，线性调频信号生成方法的各步骤可以通过处理器201中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器201可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，DigitalSignal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器201可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器201读取存储器中的信息，结合其硬件完成本申请实施例提供的线性调频信号生成方法的步骤。

需要说明的是：上述实施例提供的线性调频信号生成装置在进行线性调频信号生成时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的线性调频信号生成装置与线性调频信号生成方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，具体为计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。所述可读存储介质存储有计算机程序；所述计算机程序用于被处理器执行时实现本申请任一实施例所述的线性调频信号生成方法。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种线性调频信号生成方法，其特征在于，包括：

接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；所述调频斜率量化参数定义为：

其中，kchirp为调频斜率量化参数，round()为四舍五入求整数函数，Bw为待生成线性调频信号的带宽，Tw为待生成线性调频信号的时宽，Fs为待生成线性调频信号的采样率，M为变量参数；

其中，所述变量参数M可以根据生成线性调频信号对应的调频斜率参数以及调频斜率最大值确定，包括：假定kchirp＝1时，通过确定的调频斜率参数

以及

确定M；以及假定kchirp＝2^Wk-1时，通过调频斜率范围所确定的调频斜率的最大值

以及

确定M；其中W_k为kchirp的位宽；

所述时宽量化参数定义为：

其中，timeset为时宽量化参数；

基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数，包括：基于所述时宽量化参数生成时间变量；基于所述时间变量和所述调频斜率量化参数确定所述波形相位参数；

其中，基于所述时间变量和所述调频斜率量化参数确定所述波形相位参数包括：取时间变量n，并将调频斜率量化参数kchirp和n相乘得到kchirp·n²，再将相乘结果缩小2^M0倍，得到波形相位参数；其中，n的取值范围为[-timeset:timeset]，M0＝M-M1，M1为正余弦查找表的地址范围对应的位宽；

基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。

2.如权利要求1所述的线性调频信号生成方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收并存储外部输入的正余弦查找表。

3.如权利要求2所述的线性调频信号生成方法，其特征在于，

所述正余弦查找表是基于所述待生成线性调频信号对应的实部数据或虚部数据的位宽生成的，所述位宽根据数模转换器的输入信号的位宽确定。

4.如权利要求1所述的线性调频信号生成方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述实部数据和所述虚部数据进行数模转换，得到线性调频信号。

5.一种线性调频信号生成装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收外部输入的调频斜率量化参数和时宽量化参数；所述调频斜率量化参数定义为：

其中，kchirp为调频斜率量化参数，round()为四舍五入求整数函数，Bw为待生成线性调频信号的带宽，Tw为待生成线性调频信号的时宽，Fs为待生成线性调频信号的采样率，M为变量参数；

其中，所述变量参数M可以根据生成线性调频信号对应的调频斜率参数以及调频斜率最大值确定，包括：假定kchirp＝1时，通过确定的调频斜率参数

以及

确定M；以及假定kchirp＝2^Wk-1时，通过调频斜率范围所确定的调频斜率的最大值

以及

确定M；其中W_k为kchirp的位宽；

所述时宽量化参数定义为：

其中，timeset为时宽量化参数；

第一确定模块，用于基于所述调频斜率量化参数和所述时宽量化参数确定待生成线性调频信号对应的波形相位参数；包括：基于所述时宽量化参数生成时间变量；基于所述时间变量和所述调频斜率量化参数确定所述波形相位参数；其中，基于所述时间变量和所述调频斜率量化参数确定所述波形相位参数包括：取时间变量n，并将调频斜率量化参数kchirp和n相乘得到kchirp·n²，再将相乘结果缩小2^M0倍，得到波形相位参数；其中，n的取值范围为[-timeset:timeset]，M0＝M-M1，M1为正余弦查找表的地址范围对应的位宽；

第二确定模块，用于基于所述波形相位参数和存储的正余弦查找表确定所述待生成线性调频信号对应的实部数据和虚部数据。

6.一种线性调频信号生成装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序时，实现如权利要求1至4任一项所述的线性调频信号生成方法。

7.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4任一项所述的线性调频信号生成方法。

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