一種基于多相濾波的寬帶數(shù)字信道化改進(jìn)算法?

盧楠，田松，王洪迅，王星（.空軍工程大學(xué)工程學(xué)院，西安70038；2.解放軍9434部隊(duì)，鄭州450000）

一種基于多相濾波的寬帶數(shù)字信道化改進(jìn)算法?

盧楠1，2，田松1，王洪迅1，王星1
（1.空軍工程大學(xué)工程學(xué)院，西安710038；2.解放軍94314部隊(duì)，鄭州450000）

對基于多相濾波技術(shù)的實(shí)信號結(jié)構(gòu)模型及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，針對存在盲區(qū)的問題，采用降低抽取率的方法對原多相濾波算法進(jìn)行了改進(jìn)，建立了無盲區(qū)信道化接收機(jī)模型。分別對兩種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)算法及其模型的可行性和有效性。利用該改進(jìn)算法可實(shí)現(xiàn)對信號的全概率截獲。

電子對抗；信道化接收機(jī)；多相濾波器組；盲區(qū)；全概率

1 引言

在現(xiàn)代航空電子對抗環(huán)境中，雷達(dá)信號環(huán)境異常復(fù)雜，這就對電子戰(zhàn)接收機(jī)提出了更高的要求：寬頻帶輸入，高分辨率，大動(dòng)態(tài)范圍，并能處理多個(gè)同時(shí)到達(dá)信號。適應(yīng)這一要求的寬帶數(shù)字信道化接收機(jī)已成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。其基本原理是輸入信號經(jīng)過接收機(jī)前端的分離后被下變頻到中頻，然后由信道化接收機(jī)完成信道劃分，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當(dāng)?shù)牟⑿行诺李l帶，并被輸入到后續(xù)數(shù)字處理單元。因其具有較高的截獲概率被廣泛用于電子戰(zhàn)系統(tǒng)［1-2］。

傳統(tǒng)的信道化接收機(jī)計(jì)算量大，而多相濾波信道化接收機(jī)則提供了一種實(shí)時(shí)和高效的處理算法［1］，但由于可實(shí)現(xiàn)的濾波器都是非理想的，信道間不可避免地會(huì)存在信道化盲區(qū)。針對多相濾波接收機(jī)算法存在“盲區(qū)”的缺陷，文中提出了一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)模型，不但對濾波器的要求有所放寬，而且算法也比較高效，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種無盲區(qū)信道化高效結(jié)構(gòu)的可行性和有效性。

2 實(shí)信號信道化接收機(jī)數(shù)學(xué)模型

2.1 多相濾波信道化接收機(jī)模型

由于實(shí)際輸入信號都是實(shí)信號，根據(jù)文獻(xiàn)［3-4］給出的實(shí)信號多相濾波信道化接收機(jī)模型如圖1所示。圖中x（n）是輸入信號，hk（n）（k=0，1，…，2D-1）為第k個(gè)濾波器的沖激響應(yīng)，yk（n）（k=0，1，…，D-1）為輸出信號，D為信道數(shù)。這種結(jié)構(gòu)不僅將D倍抽取置于濾波器之前，而且每個(gè)通道的抽取濾波器不再是原先的原型低通濾波器，而是該濾波器的多相分量，其運(yùn)算量降至原來的1／D，極大地提高了該信道化接收機(jī)的實(shí)時(shí)處理能力。DFT（離散傅里葉變換）可采用高效算法FFT（快速傅里葉變換）來實(shí)現(xiàn)，從而簡化了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，又加快了運(yùn)算速度。因此，這種簡化的高效結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中具有十分重要的意義，將對多信號截獲處理提供有利的實(shí)現(xiàn)工具，從而得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 多相濾波信道化存在的缺點(diǎn)

圖1所示的實(shí)信號信道化結(jié)構(gòu)模型建立的前提是信道劃分的頻帶是不重疊的，如圖2所示，從圖中可以看出各信道之間存在“盲區(qū)”，當(dāng)信號落在“盲區(qū)”內(nèi)時(shí)，無法被檢測到，造成信號丟失。為解決上述矛盾，一是可以采用拓寬濾波器的方法［6］，但這樣會(huì)使各信道之間產(chǎn)生混疊，從而增大了虛警概率；二是可以對這些“盲區(qū)”設(shè)置濾波器，以防止信號丟失，但這樣又會(huì)增大計(jì)算量，耗費(fèi)資源。本文采用將處理帶寬設(shè)定為通帶帶寬2倍的濾波器來解決“盲區(qū)”問題。

2.3 多相濾波信道化接收機(jī)改進(jìn)模型的推導(dǎo)

文獻(xiàn)［2］指出，如果在降低抽取率后再拓寬濾波器就可以避免信道間產(chǎn)生頻帶。降低抽取率后圖1模型的推導(dǎo)算法將不再適用，信道分配方式不變，改進(jìn)后的多相濾波信道化接收機(jī)的推導(dǎo)過程如下。

根據(jù)上述推導(dǎo)過程可得改進(jìn)后的實(shí)信號多相濾波信道化接收機(jī)結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果分析

設(shè)輸入信號由3部分組成：載頻160 MHz、帶寬24 MHz、時(shí)寬6μs、調(diào)頻斜率為4 MHz／μs的線性信號，頻率為300 MHz的單頻信號和噪聲信號。信噪比為10 dB，采樣頻率為800 MHz，樣本點(diǎn)數(shù)為4 096，濾波器階數(shù)256，信道數(shù)16個(gè)，抽取倍數(shù)D=16，由于無模糊帶寬為400 MHz，因此每個(gè)子信道帶寬50 MHz。多相濾波器的原型低通濾波器利用MATLAB中的remez函數(shù)確定［5］。需要特別指出的是，16個(gè)輸出信道中只有8個(gè)信道是相互獨(dú)立的。

信道劃分之后，每路子信道的處理帶寬為50 MHz，理論上線性調(diào)頻信號位于信道4中，單頻信號位于信道6和信道7的交界處。多相濾波組和信號頻譜如圖4所示，信號經(jīng)過圖1所示的結(jié)構(gòu)模型處理后各信道的輸出如圖5所示。

由圖5各信道輸出頻譜可以判斷出線性調(diào)頻信號的確位于第4信道中，但是無法判斷出單頻信號位于哪個(gè)信道。采用圖3所示的無盲區(qū)多相濾波信道化結(jié)構(gòu)對輸入信號進(jìn)行處理，第6信道和第7信道的輸出頻譜如圖6所示。

從圖6可以看出，采用無盲區(qū)信道化高效結(jié)構(gòu)單頻信號在第6和第7信道均可被檢測到，只是有頻率重疊，對每個(gè)信道的重疊頻段處理后將相互獨(dú)立的8個(gè)信道拼接可得到如圖7所示的結(jié)果。結(jié)果表明，這種結(jié)構(gòu)的接收機(jī)能夠有效地檢測出各個(gè)信號，使盲區(qū)不再存在。

4 結(jié)束語

針對多相濾波寬帶數(shù)字信道化接收機(jī)存在的盲區(qū)問題，本文以降低多相濾波器的抽取率為基礎(chǔ)，對原算法進(jìn)行了改進(jìn)，并建立了改進(jìn)后的模型，仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了這種改進(jìn)算法及其模型的正確性及可行性。這些研究對信息戰(zhàn)條件下提高電子偵察能力具有重要的指導(dǎo)意義。但是，如何將先進(jìn)的理論技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)踐還有許多工作要做。

［1］Tsui J.寬帶數(shù)字接收機(jī)［M］.楊小牛，陸安南，金飚，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002. Tsui J.Digital Techniques for Wideband Receivers［M］.Translated by YANG Xiao-niu，LU An-nan，JIN Biao.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2002.（in Chinese）

［2］楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010. YANG Xiao-niu，LOU Cai-yi，XU jian-liang.Software Radio Technology and Application［M］.Beijing：Beijing Institute of Technology Press，2010.（in Chinese）

［3］郜麗鵬，王巍.基于實(shí)信號處理的寬帶數(shù)字接收機(jī)及FPGA實(shí)現(xiàn)［J］.信息技術(shù)，2010，8（3）：80-83. GAO Li-peng，WANG Wei.Wide band channelization receiver based on processing real signal and its implementation through FPGA［J］.Information Technology，2010，8（3）：80-83.（in Chinese）

［4］付永慶，李裕.基于多相濾波器的信道化接收機(jī)及其應(yīng)用研究［J］.信號處理，2004，20（5）：517-520. FU Yong-qing，LI Yu.The realization of channelized receivers based on polyphase filters［J］.Signal Processing，2004，20（5）：517-520.（in Chinese）

［5］陳亞勇.MATLAB信號處理詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2001：104-115. CHEN Ya-yong.MATLAB Signal Processing Detailed Annotation［M］.Beijing：People′s Posts and Telecommunications Press，2001：104-115.（in Chinese）

［6］杜喬，賀知明.一種無盲區(qū)數(shù)字信道化接收機(jī)高效結(jié)構(gòu)方案研究［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，324（13）：63-65. DU Qiao，HE Zhi-ming.Structer of Digital Channelized Receicer without Dead Zone［J］.Modern Electronic Technology，2010，324（13）：63-65.（in Chinese）

LU Nan was born in Nanyang，Henan Province，in 1985.He received the M.S.degree in 2011.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

Email：lunan2000＠yeah.net

田松（1976—），男，四川綿陽人，副教授，主要研究方向?yàn)殡娮訉估碚撆c技術(shù)；

TIAN Song was born in Mianyang，Sichuan Province，in 1976. He is now an associate professor.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

王洪迅（1977—），男，河北吳橋人，講師，主要研究方向?yàn)殡娮訉估碚撆c技術(shù)；

WANG Hong-xun was born in Wuqiao，Hebei Province，in 1977.He is now a lecturer.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

王星（1965—），男，遼寧大連人，教授，主要研究方向?yàn)殡娮訉估碚撆c技術(shù)。

WANG Xing was born in Dalian，Liaoning Province，in 1965. He is now a professor.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

An Ameliorated Algorithm of Broad-band Digital Channelized Receiver Based on Polyphase Filter Banks

LU Nan1，2，TIAN Song1，WANG Hong-xun1，WANG Xing1
（1.Engineering Institute，Air Force Engineering University，Xi′an 710038，China；2.Unit94314 of PLA，Zhengzhou 450000，China）

The real signal model based on polyphase filter banks and its advantages and disadvantages are discussed.First，for the problem ofblind-zone and through reducing the multiple ofdecination，the algorithm is improved.Then，a mathematical model of no-blind-zone channelized receiver is derived.The two models are simulated respectively and the results show that both the improved algorithm and the ameliorated model are valid and practical.Adopting this improved algorithm can realize total probability interception and capturing of signals.

electronic countermeasure；channelized receiver；polyphase filter bank；blind-zone；total probability

The National High-tech R＆D Program（863 Program）of China（2006AA701403）

TN957

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.013

盧楠（1985—），男，河南南陽人，2011年獲信號與信息處理專業(yè)碩士學(xué)位，主要研究方向?yàn)殡娮訉估碚撆c技術(shù)；

1001-893X（2012）02-0186-04

2011-09-29；

2011-11-07

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2006AA701403）