信道化DRFM中信號(hào)拼接技術(shù)研究

劉慶杰

(西安電子科技大學(xué) 電子對(duì)抗研究所，陜西 西安710071)

新體制雷達(dá)廣泛采用相干處理技術(shù)和匹配接收技術(shù)，使得傳統(tǒng)的干擾方法相對(duì)失效。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)可長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)雷達(dá)信號(hào)，保持干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)的相參性，適應(yīng)多變、快變和復(fù)雜時(shí)頻調(diào)制的威脅信號(hào)環(huán)境，具有良好的干擾效果，已成為電子對(duì)抗系統(tǒng)的核心部件。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器將截獲到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行高速采樣，數(shù)字化后存儲(chǔ)在數(shù)字存儲(chǔ)器中，經(jīng)延時(shí)、頻率調(diào)制后，發(fā)出與雷達(dá)信號(hào)相參的干擾信號(hào)［1］。DRFM不僅具有寬瞬時(shí)帶寬的處理能力，且具有存儲(chǔ)精度高、保留相位信息、以及信號(hào)失真度低等特點(diǎn)，可方便地產(chǎn)生各種遮蓋式和欺騙式干擾信號(hào)［2］。

隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)的帶寬逐漸增大，DRFM系統(tǒng)需接收的信號(hào)瞬時(shí)帶寬也相應(yīng)變大，若采用單路的DRFM，會(huì)對(duì)信號(hào)的采樣、處理速度帶來(lái)挑戰(zhàn)，甚至?xí)绊懶盘?hào)的恢復(fù)質(zhì)量。若采用多個(gè)DRFM并行處理，則可解決這一問(wèn)題，即為信道化的DRFM，其特點(diǎn)是覆蓋的頻率范圍較大［3］。

文中對(duì)信道化DRFM的原理進(jìn)行了研究，分析了信道化后的通道數(shù)目、重合帶寬以及拼接方法對(duì)合成信號(hào)的影響。

1 信道化DRFM工作原理

數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)的關(guān)鍵是對(duì)信號(hào)的采樣、存儲(chǔ)和重構(gòu)。典型的DRFM系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 單通道DRFM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1所示為單通道幅度量化DRFM的結(jié)構(gòu)框圖，其是由下變頻、A/D變換、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理、D/A變換以及上變頻5部分組成。下變頻模塊對(duì)輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，成為便于進(jìn)行數(shù)字化的基帶信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)模擬基帶信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理模塊將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，在該部分可對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行精確的幅度、頻率、脈寬和到達(dá)時(shí)間的測(cè)量，也可對(duì)存儲(chǔ)的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)、頻率和相位調(diào)制。D/A轉(zhuǎn)換模塊將調(diào)制后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，重構(gòu)基帶信號(hào)。上變頻模塊對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻處理，重構(gòu)射頻信號(hào)。為保證對(duì)原始信號(hào)復(fù)現(xiàn)的準(zhǔn)確性，要求上下變頻使用同一本振。

對(duì)單通道的DRFM結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可得到信道化的DRFM的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。通常較為簡(jiǎn)單的方法是采用非調(diào)諧的超外差式數(shù)字射頻存儲(chǔ)器對(duì)整個(gè)頻帶內(nèi)信號(hào)進(jìn)行DRFM，通過(guò)微波混頻器和一組本振將射頻信號(hào)下變頻到中頻，再經(jīng)過(guò)中頻信道化濾波器濾波后送入單個(gè)信道的DRFM，即為最基本的信道化擴(kuò)展帶寬的方法，也是純信道化方式擴(kuò)展帶寬的基本原理。其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 純信道化DRFM的原理框圖

如圖2所示，首先采用功分器將頻帶分成N路輸出，從功分器輸出的信號(hào)分別經(jīng)下變頻和低通濾波器，將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。各個(gè)本振頻率不等，保證各路輸出的中頻頻率和帶寬相等。經(jīng)濾波后的中頻信號(hào)送至各通道進(jìn)行單通道的數(shù)字存儲(chǔ)，并包括A/D采樣，對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)以及調(diào)制，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)送給D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。模擬經(jīng)過(guò)上變頻后合路輸出，上下變頻器均采用本振頻率保持一致。

假設(shè)數(shù)字射頻存儲(chǔ)器接收信號(hào)的頻率范圍為fmin～fmax，fmin為DRFM輸入信號(hào)頻率的最小值，fmax為輸入信號(hào)頻率的最大值。輸入信號(hào)經(jīng)功分器后與n個(gè)不同的本振fn進(jìn)行混頻?；祛l后的信號(hào)經(jīng)帶寬為B的低通濾波器，得到理想的頻帶內(nèi)信號(hào)。其中

由此便將瞬時(shí)帶寬較大的DRFM系統(tǒng)分解為n個(gè)通道，每個(gè)通道瞬時(shí)帶寬為B，大幅降低了對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器件以及信號(hào)處理器件的要求［4－5］。

2 信道化DRFM的仿真

文中搭建了信道化DRFM系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)影響信號(hào)合成質(zhì)量的信道數(shù)目、重合帶寬和拼接方式進(jìn)行了仿真分析。

(1)信道數(shù)目的影響。對(duì)于給定的接收帶寬，信道的數(shù)目越少，每個(gè)信道覆蓋的頻率范圍則越大，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，A/D采樣的頻率也同樣增大，后續(xù)對(duì)信號(hào)的處理速率要求也越高。反之，信道的數(shù)目越多，每個(gè)信道覆蓋的頻率范圍也越小，需并聯(lián)的DRFM數(shù)目同樣越多，因此便會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。而由于信道覆蓋帶寬的減小，可能導(dǎo)致寬帶輸入信號(hào)占據(jù)多個(gè)信道，對(duì)信號(hào)的合成也將造成影響［4］。

對(duì)占據(jù)不同數(shù)量子信道的寬帶信號(hào)進(jìn)行仿真，輸入信號(hào)為初始頻率200 MHz，帶寬為600 MHz的線性調(diào)頻信號(hào)，圖3給出了原始信號(hào)與經(jīng)過(guò)2通道、4通道和8通道后進(jìn)行信號(hào)拼接所形成的合成信號(hào)時(shí)域和頻域圖［5］。

圖3 信道數(shù)目對(duì)信號(hào)拼接的影響

如圖3所示，信道化后的信號(hào)經(jīng)拼接基本可恢復(fù)原信號(hào)，但在信道劃分的邊界處產(chǎn)生了頻率丟失，其主要原因是低通濾波器不理想，同時(shí)在邊界處有重疊以及后相位不連續(xù)的情況發(fā)生。相比較圖3(b)～圖3(d)，當(dāng)信號(hào)占據(jù)的信道數(shù)越多，所產(chǎn)生的頻率丟失也越多。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)輸入信號(hào)的帶寬和器件的要求合理選取信道數(shù)目。

(2)重疊帶寬的影響?，F(xiàn)實(shí)中的濾波器不理想，在濾波器的通帶和阻帶間存有過(guò)渡帶，重合帶寬則會(huì)對(duì)子信道合成造成影響。在4通道的條件下，分別選取不同的重疊帶寬進(jìn)行仿真。輸入信號(hào)仍為上述的線性調(diào)頻信號(hào)。

圖4僅給出了重合帶寬為1 MHz、2 MHz的仿真圖，隨著重合帶寬的增大，合成信號(hào)在時(shí)域上會(huì)出現(xiàn)較為明顯的“突起”，其是信號(hào)在此處疊加的結(jié)果，而頻域上所對(duì)應(yīng)某一頻點(diǎn)處幅度較大。重疊帶寬越大，該種結(jié)果則越明顯。因此在濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小重疊帶寬。

圖4 不同重合帶寬對(duì)信號(hào)拼接的影響

(3)拼接方式的影響。信道化后采用不同方法對(duì)子信號(hào)進(jìn)行拼接其對(duì)提高合成信號(hào)質(zhì)量有不同的效果。本節(jié)分別采用直接法、門(mén)限法和取前法對(duì)信號(hào)的合成效果進(jìn)行分析。直接法是將各子信道的數(shù)據(jù)直接相加得到合成信號(hào)。門(mén)限法是將各子信道的信號(hào)取包絡(luò)，設(shè)定一個(gè)門(mén)限值，若子信道包絡(luò)低于該值，便將相應(yīng)的數(shù)據(jù)舍去，然后再將各信道的數(shù)據(jù)相加得到合成信號(hào)。而取前法是指在子信道重合部分取前部的信道信號(hào)，為更好的恢復(fù)信號(hào)，取前法也同樣設(shè)置了門(mén)限，在大于該門(mén)限值后才取前一個(gè)信道的信號(hào)，而當(dāng)減小前一個(gè)信道的尾信號(hào)較小時(shí)，則舍去大量信息所帶來(lái)的誤差。

仿真輸入信號(hào)仍采用上述的線性調(diào)頻信號(hào)，4通道合成，信道重疊帶寬設(shè)為1 MHz。仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 拼接方式對(duì)合成信號(hào)的影響

從圖5中可看出，門(mén)限法和取前法合成的信號(hào)在頻域上存在頻率丟失的現(xiàn)象，但在時(shí)域上卻明顯優(yōu)于直接合成法，而在重疊帶寬較大時(shí)，這種優(yōu)勢(shì)更為明顯。

3 結(jié)束語(yǔ)

DRFM技術(shù)在電子戰(zhàn)中發(fā)揮著重要作用，研究信道化DRFM技術(shù)，提高DRFM接收的瞬時(shí)帶寬，對(duì)干擾新體制雷達(dá)具有較大的作用。文中介紹了DRFM的基本原理和純信道化DRFM的實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)影響信號(hào)合成質(zhì)量的多個(gè)因素進(jìn)行了仿真分析。在其信道化DRFM的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)所需干擾的雷達(dá)信號(hào)帶寬合理劃分信道，避免一個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)信道，并對(duì)信號(hào)合成造成影響。而對(duì)于濾波器的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小過(guò)渡帶，以減小信道的重疊帶寬。采用門(mén)限法和取前法合成的信號(hào)在時(shí)域上有明顯的改善，但仍存在信號(hào)頻率成分的丟失，因此需進(jìn)一步的研究。

［1］ 楊春.寬帶DRFM雷達(dá)干擾機(jī)信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)［J］.電訊技術(shù)，2012，52(6):918－921.

［2］ 劉建林，顧明超.基于數(shù)字信道化輸出的改進(jìn)式DRFM設(shè)計(jì)［J］.艦船電子對(duì)抗，2011，34(2):9－13.

［3］李淑婧.寬帶DRFM的帶寬擴(kuò)展技術(shù)研究［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2010.

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