I_Q通道幅相不平衡的影响及改善

1、1999年10月现代雷达第5期、IQ通道幅相不平衡的影响及改善陈军(南京电子技术研究所南京210013)【摘要】分析了接收机I、Q误差校正技术。D技术【关键词】,TofImbalanceofAmplitudeandPhaseofI,QChannelandImprovementinReceiverchenjun(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnologyNanjing210013)【Abstract】Thispaperanalyzestheinfluenceofimagesignalthatiscausedbyimbalanceofamplit

2、udeandphaseofI,Qchannelinreceiveronfollowingsignalprocessingand possibleerrorcalibrationtechnology.ItalsointroducesDPD(DigitalProductDetector)technologythatisusedto.restrainimagesignal【Keywords】I、magesignal,IQchannel,imbalanceofamplitudeandphase1引言现代雷达为了获得高性能,均采用先进的信号处理技术,对需要在强杂波环境中检测目标的机载雷达尤其如此,其后续

3、信号处理对接收机正交相检器输出的I、Q通道的幅相不平衡提出了严格的要求。目前采用的模拟正交相检技术受器件离散性的影响较大,而且幅度和相位随频率、温度漂移,这使得I、Q通道的幅相误差较大,无法满足后续信号处理的要求。为了改善雷达的检测性能,有必要对I、Q通道的幅相一致性进行分析和改善。2I,Q通道幅相不平衡的影响分析正交相检器输出的I、Q分量,合成后应为基带复信号。若IQ通道存在幅相误差,那么在时域内会造成复信号的幅度和相位误差,在频域内会产生信号回波谱线的镜像,引起虚警。为了便于分析,假设输入的中频信号为X(t)=cos0t(1)若I、相位误差为,则经正交相检后输出的I、Q通道的幅度误差为K、

4、Q信号分别为: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期陈军:I、Q通道幅相不平衡的影响及改善101合成的复信号为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)经付氏变换得FXo(

5、t)=1+(jd)+21-2(1+K)ej (+d)(5)jt其中Fd。ed,运动目标(或杂波)回波经过存在幅相误差的I、Q通道后,输出的信号频谱除正常的上边带谱分量外,还产生了镜像下边带谱分量,该谱分量的强度与I、Q通道的幅相误差成正比。以脉冲方式工作的机载雷达,其回波信号的谱以PRI(脉冲重复周期)重复。那么下一个周期的下边带镜像谱分量就会落入本周期内,被误认为是d较大的回波信号,从而造成虚警。故在频域内处理回波信号时,在满足一定虚警概率的条件下,对镜像信号的抑制度有一定要求。这里将下边带镜像谱分量幅度的平方与上边带谱分量幅度的平方的对数定义为镜像抑制度:IR=10lg1+=10lg1+2

6、222(1+K)cos+(1+K)sin2(1+K)2+2(1+K)cos(6)显然,镜像抑制度(IR)的大小与I、Q通道的幅相误差大小成反比。机载雷达为了在强杂波背景中检测目标,要求信号处理有60dB以上的杂波抑制度,通过(6)式可计算出所要求的I、Q通道的幅相误差为K<0.1%,<0.1°。对于这样的幅相误差要求,模拟相检技术是无法实现的,但可以通过误差校正技术和DPD技术来满足要求。3误差校正技术最基本方法就是在接收机的I、Q检波前注入一个已知的理想信号,该信号必须是已知其特征的合成多普勒信号,例如,多普勒频移和幅度都是已知的,这个信号可以在系统任何空闲时注入,比如

7、在天线扫描完空域后或相参驻留之间注入,这种校正是依靠对电路工作漂移的预测进行的。这个合成的多普勒信号经I、Q检波和FFT处理器处理,信号在镜频处的响应反映了IQ通道的幅相不平衡,镜频信号的相对相位提供了解I、Q幅度不平衡和相位不正交模糊的足够信息。分析后所得的误差数据被记录下来并存储在一个校准文件中。系统工作时,调用该校准文件对I、Q通道的幅相不平衡进行修正,以满足后续信号处理的要求。这个校准文件可在天线扫描完空域后或相参驻留之间进行刷新,以适应系统的变化。4DPD技术为了解决后续处理对I、它Q通道幅相误差的要求,国外于80年代初就提出了DPD技术。© 1994-2008 China

8、 Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 102现代雷达21卷与模拟相检技术的区别在于先在中频直接对信号进行A D变换,然后在数字域中处理。1DPD原理图、DPDA D变换,然后对IQ通道信号交替抽取,I、Q两路信号进行内插运算,且IQ两路插值信号的延时不同,从而得到I、Q两路数字信号,如图1所示。为了便于后续处理,信号的低中频载频f0、带宽B和采样速率之间应满足f0、2M-1。其中,B为信号的绝对带fs=4f0 2宽,M为正整数。按上述关系直接对中频信号采样后,所得信号的频谱不会混叠,且采样信号满足

9、X(n)=I(n)cos2-Q(n)sin(-1)2I(n)n为偶数-(-1)22(n)n为奇数(7)对I、Q两路信号交替抽取后,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)两式进行付氏变换并经符号修正后,可得假定输入信号的频谱为X(),对(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)再分别经过T及T延时,其中T=1 fs为输出信号的间隔,则合成后输出信号的频谱为4

10、4-Xo()=XI()ej4+jXQ()e-j4(12)(11)式代入(12)式,化简可得将(10)、Xo()=X-e2j4 2-(13)© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第5期陈军:I、Q通道幅相不平衡的影响及改善103从上述分析中可以看出,只要I、Q两路信号的频谱无失真或失真一致,则合成复矢量时,下边带(即镜像)谱分量相互抵消,而上边带谱分量叠加形成单边带谱输出。要使I、Q两路信号频谱无失真,插值滤波器应是理想的全通滤波器,这实际上是很难实现的,

11、但频谱失真一致却比较容易做到。文献3指出,只要I、Q两路延时插值滤波器的系数从同一个滤波器中抽取,由于IQ一致,所以不会因I、Q。5结束语文中分析了接收机I、Q响,Q,并且介绍了用误差校正技术和DPD,指出了利于DPD技术抑制镜像信号的优越性,即只要I、Q,就不会因通道间的幅相不平衡而产生镜像分量,从而为我们解决这一问题提供了新的途径。参考文献1D.KBarton.雷达系统分析.国防工业出版社,19852DCurtisSchleher.MTIandPulsedDopplorRadar.ArtechHouse,BostonLondon,19913LEPellon.ADoubleNyquistDigitalProductDetectorforQuadatureSampling.IEEETransonAS2SP.No.7,19924JAScheer,JLKurtz.CoherentRadarPerformanceEstimation.ArtechHous