楊會軍，程啟華，蔣 姝

(1 南京工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，南京 211167；2 南京工程學(xué)院工業(yè)中心，南京 211167)

0 引言

數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是電子對抗領(lǐng)域產(chǎn)生相干干擾信號的關(guān)鍵裝置，通過對接收到的雷達信號進行中頻采樣獲得雷達信號樣本，然后對該樣本在時域、頻域、能量域、調(diào)制域和極化域進行干擾復(fù)合調(diào)制，產(chǎn)生和雷達信號相干的干擾信號。

頻率捷變雷達、脈沖壓縮雷達等寬帶雷達采用信號調(diào)制技術(shù)，帶寬可達數(shù)GHz，具有高距離分辨力。根據(jù)奈奎斯特采樣定理可知，對寬帶雷達進行干擾時，DRFM的采樣率約為雷達信號帶寬的2.5倍，這對A/D轉(zhuǎn)換器提出了較高的要求。高速A/D轉(zhuǎn)換器通常具有低位數(shù)，分辨率較低，這將使DRFM產(chǎn)生虛假分量，降低了寬帶雷達的干擾效能。針對該問題，提出了一種寬帶雷達干擾的DRFM高速采樣技術(shù)，該技術(shù)采用“多通道+串并流水線”技術(shù)實現(xiàn)DRFM高速采樣，可以在較低采樣率條件下獲得較高的干擾儲頻帶寬，提高寬帶雷達的干擾效能。

1 基于“多通道+串并流水線”的高速采樣技術(shù)

A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率和采樣位數(shù)之間存在矛盾，提高采樣率將會降低采樣位數(shù)，從而導(dǎo)致DRFM產(chǎn)生虛假分量，降低了雷達干擾效能?！岸嗤ǖ?串并流水線”結(jié)構(gòu)圖包括開關(guān)濾波器組、串并流水線處理和合路器，如圖1所示。在A/D采樣率有限的條件下，利用開關(guān)濾波器組將寬帶雷達信號在頻域分成多路信號，對每一路信號進行串并流水線處理，使A/D轉(zhuǎn)換器可以在低速率條件下允許使用更多位數(shù)，從而降低干擾信號虛假分量以及存儲器鐘控信號的速率。DRFM通過高速采樣得到寬帶雷達信號樣本，干擾控制器對每一路雷達信號樣本進行調(diào)制得到單路雷達干擾信號，多路干擾信號合路得到寬帶雷達干擾信號。

圖1 “多通道+串并流水線”結(jié)構(gòu)示意圖

多通道技術(shù)采用開關(guān)濾波器組來實現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 開關(guān)濾波器組原理框圖

開關(guān)濾波器組包括輸入單刀擲開關(guān)組、濾波器組、混頻器組、放大器組、輸出單刀擲開關(guān)組和開關(guān)驅(qū)動電路。單刀擲開關(guān)組由PIN二極管組成，可分時切換路子帶的雷達信號。二極管的導(dǎo)通和截止狀態(tài)由開關(guān)驅(qū)動電路控制。開關(guān)濾波器組接收寬帶雷達中頻信號，將寬帶雷達信號分成路子帶，開關(guān)濾波器組輸出接路低速A/D轉(zhuǎn)換器，路低速A/D轉(zhuǎn)換器在頻域覆蓋寬帶雷達信號頻譜。當輸出干擾信號時，多路A/D采樣信號調(diào)制后重構(gòu)寬帶雷達干擾信號。

圖3為串并流水線采用位移位寄存器結(jié)構(gòu)，移位寄存器將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的每一位數(shù)據(jù)進行移位處理，次移位處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部存儲器RAM，移位寄存器每個時鐘周期取一次數(shù)據(jù)，因此存儲器鐘控信號的速率為低速A/D采樣率的1/。

2 寬帶雷達干擾的DRFM高速采樣系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成及原理

圖4為寬帶雷達干擾的DRFM高速采樣系統(tǒng)，采用“多通道+串并流水線”技術(shù)實現(xiàn)DRFM高速采樣，系統(tǒng)包括開關(guān)濾波器組、路低速A/D轉(zhuǎn)換器、串并結(jié)構(gòu)、外部存儲器、干擾控制器、D/A轉(zhuǎn)換器和合路器。

圖3 串并流水線技術(shù)原理框圖

圖4 寬帶雷達干擾的DRFM高速采樣系統(tǒng)

寬帶雷達信號通過開關(guān)濾波器組輸出路信號，這些信號通過開關(guān)切換方式依次接入A/D采樣通道，從而降低A/D采樣率，多路A/D采樣信號可重構(gòu)生成寬帶雷達干擾信號。設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為，則A/D轉(zhuǎn)換器的路輸出接路移位寄存器。對于每一路移位寄存器，串并流水線技術(shù)采用一組位移位寄存器來實現(xiàn)，即對A/D采樣輸出的每一位數(shù)據(jù)進行移位處理。移位寄存器每個時鐘周期取一次數(shù)據(jù)，因此存儲器鐘控信號的速率為低速A/D采樣率的1/。干擾控制器控制外部存儲器進行干擾調(diào)制，調(diào)制后數(shù)據(jù)由外部存儲器發(fā)送給移位寄存器，移位寄存器輸出接D/A轉(zhuǎn)換器，得到路子帶模擬信號，路子帶模擬信號經(jīng)合路器輸出寬帶中頻干擾信號。

設(shè)寬帶雷達信號帶寬為2 GHz，頻率范圍50～2 050 MHz。開關(guān)濾波器組將寬帶雷達信號分為12路并行信道，即=12，每個信道的帶寬為167 MHz。每個信道采用采樣率=500 MHz的8位A/D轉(zhuǎn)換器，存儲器利用一組8位移位寄存器將采樣率降低至/8=62.5 MHz。干擾輸出采用一組工作在500 MHz的8位D/A轉(zhuǎn)換器對干擾信號進行重構(gòu)。

串并流水線采用移位寄存器來實現(xiàn)，設(shè)移位寄存器位數(shù)=8，A/D采樣率為，位移位寄存器的時鐘頻率為的1/，即移位寄存器的時鐘頻率=/8。通過增加硬件量降低帶寬，允許使用分辨率更高的A/D轉(zhuǎn)換器，從而降低干擾信號的虛假分量以及存儲器鐘控信號的速率。

干擾控制器控制DRFM在時域、頻域、能量域、調(diào)制域和極化域?qū)Σ蓸拥玫降睦走_信號樣本進行干擾復(fù)合調(diào)制，生成寬帶雷達干擾信號。在時域，干擾控制器控制雷達信號檢波脈沖進行時域延遲；在頻域，干擾控制器控制外部存儲器進行數(shù)字混頻調(diào)制，產(chǎn)生運動的多普勒假目標；在能量域，控制干擾信號的功率，使干擾信號功率比目標回波高3～5 dB；在調(diào)制域，根據(jù)雷達信號的頻率值隨時間的變化特征進行調(diào)制；在極化域，干擾控制器控制外部存儲器進行雷達信號極化調(diào)制，產(chǎn)生和雷達信號極化一致的干擾信號，用于干擾變極化雷達。

頻域調(diào)制采用數(shù)字多普勒技術(shù)，由DDS信號發(fā)生器產(chǎn)生頻域調(diào)制信號，設(shè)雷達信號頻率為，多普勒信號頻率為，則數(shù)字多普勒調(diào)制可以表示為三角函數(shù)運算：

cos [2π(+)]=
cos (2π)cos (2π)-sin (2π)sin (2π)

(1)

數(shù)字混頻調(diào)制過程如圖5所示，分別利用正交變換結(jié)構(gòu)和多相DDS得到正交的輸入信號載頻和多普勒頻移，對采樣信號進行多相正交變換，得到多相正交信號，多相DDS產(chǎn)生多相正交多普勒調(diào)制信號。根據(jù)式(1)中的三角函數(shù)，分別進行相乘后相加即可得到數(shù)字頻移信號序列，對該序列進行串并轉(zhuǎn)換得到數(shù)字混頻信號。

圖5 數(shù)字混頻調(diào)制原理框圖

2.2 寬帶雷達干擾系統(tǒng)工作流程

寬帶雷達干擾系統(tǒng)工作流程如圖6所示。

圖6 寬帶雷達干擾系統(tǒng)工作流程圖

寬帶雷達干擾系統(tǒng)工作步驟如下：

1)接收寬帶雷達信號，開關(guān)濾波器組對寬帶雷達信號進行分路，得到個子帶。

2)個低速A/D轉(zhuǎn)換器對個子帶信號進行A/D采樣，得到雷達信號數(shù)字樣本。

3)將A/D采樣數(shù)據(jù)輸出至位移位寄存器進行串并流水線處理后存儲于外部存儲器。

4)干擾控制器控制DRFM在時域、頻域、能量域、調(diào)制域和極化域?qū)ν獠看鎯ζ髦械睦走_信號數(shù)字樣本進行干擾復(fù)合調(diào)制，得到干擾信號樣本。

5)對外部存儲器中的干擾信號樣本進行并串轉(zhuǎn)換，得到路低速干擾信號樣本，對每一路干擾數(shù)字信號進行D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生路低速干擾模擬信號。

6)將路干擾模擬信號進行合路，產(chǎn)生和寬帶雷達信號相干的寬帶干擾信號。

3 仿真結(jié)果及分析

對DRFM的采樣位數(shù)和輸出信號虛假分量之間的關(guān)系進行仿真研究。

設(shè)輸入復(fù)信號()=ej200π，分別采用1位A/D和5位A/D對輸入信號進行采樣，輸出信號頻譜如圖7所示。由圖可知，1位A/D采樣的虛假分量為-10 dB，5位A/D采樣的虛假分量為-35 dB。

圖7 單信號采樣仿真結(jié)果

圖8 多信號采樣仿真結(jié)果

由仿真結(jié)果可知：采用基于“多通道+串并流水線”的高速采樣技術(shù)降低A/D的采樣率，使A/D轉(zhuǎn)換器可以在低速率條件下使用更多位數(shù)，提高采樣分辨率，降低干擾信號虛假分量，提高寬帶雷達的干擾效能。

4 結(jié)論

寬帶雷達干擾系統(tǒng)對A/D器件提出了較高要求，A/D器件的采樣率和采樣位數(shù)之間存在矛盾，當采樣位數(shù)較低時，將會導(dǎo)致寬帶雷達干擾信號產(chǎn)生較高的虛假分量。提出了一種基于“多通道+串并流水線”的高速采樣技術(shù)，利用開關(guān)濾波器組將寬帶雷達信號在頻域分成多路信號，對每一路信號進行串并流水線處理，使A/D轉(zhuǎn)換器可以在低速率條件下使用更多位數(shù)，從而降低干擾信號虛假分量以及存儲器鐘控信號的速率。基于“多通道+串并流水線”技術(shù)設(shè)計了寬帶雷達干擾的DRFM高速采樣系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)原理及工作流程。該技術(shù)在較低采樣率條件下可以實現(xiàn)較高的采樣分辨率，降低干擾信號虛假分量，提高對寬帶雷達的干擾效能。