窗譜比值校正法在雷達(dá)干擾系統(tǒng)自校中的應(yīng)用

劉能　傅其祥　謝曉霞　王偉

摘 要： 全極化有源假目標(biāo)干擾系統(tǒng)，具有調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)任意極化形式假目標(biāo)的能力，由于H，V極化通道之間幅相特性存在著不可避免的差異，降低了后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理精度，從而影響了系統(tǒng)的干擾效果。針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)用對(duì)頻譜的比值校正法，解決了離散頻譜的幅值和相位的精確求解問(wèn)題，較好地校正了H，V極化通道之間的幅相不一致，并且在基于FPGA+DSP的數(shù)字信號(hào)處理板上實(shí)現(xiàn)了該方法，實(shí)驗(yàn)證明該方法校準(zhǔn)效果良好，有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 全極化有源假目標(biāo)干擾系統(tǒng)； 比值校正法； 幅相一致性校正； FPGA+DSP

中圖分類號(hào)： TN874?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0039?04

Abstract： Full polarimetric active decoy system has the ability to modulate and transmit the false targets with arbitrary polarization forms. Because the unavoidable differences of amplitude and phase between horizontal and vertical polarization channels reduce the accuracy of the following digital signal processing， and affect the jamming effect， author corrects the difference by applying the ratio correction method of frequency spectrum. The accurate solution of amplitude and phase of the discrete spectrum was realized. The method was realized with FPGA and DSP. Experiments prove the calibration effect and strong application value of this method.

Keywords： full polarimetric active decoy system； ratio correction method； amplitude?phase consistency correction； FPGA plus DSP

0 引 言

在全極化有源假目標(biāo)干擾系統(tǒng)中，H，V兩路極化通道接收雷達(dá)信號(hào)，完成低噪聲放大、變頻、濾波、采樣、存儲(chǔ)、調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)假目標(biāo)干擾，為了使干擾效果達(dá)到最大，要求正交雙極化通道幅相穩(wěn)定、一致、可控。但在實(shí)際系統(tǒng)中，通道間原始幅相一致性很難控制，幅相特性的不一致，對(duì)假目標(biāo)極化形式會(huì)造成很大的影響，必須對(duì)其加以校正[1?2]。

實(shí)際系統(tǒng)中常用FFT和譜分析方法進(jìn)行校正，由于FFT和譜分析只能在有限區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，不可避免地存在由于時(shí)域截?cái)啵ň匦未埃┊a(chǎn)生的能量泄漏，使譜峰值變小，精度降低[3]。在數(shù)字信號(hào)處理中，由FFT得到的幅值譜是離散譜，是信號(hào)頻譜與窗函數(shù)頻譜作復(fù)卷積后，按歸一化頻率分辨率[Δw=2πN]等間隔域抽樣的結(jié)果。如果周期性信號(hào)的頻率正好在某一譜線上，得到的頻率、幅值和相位是準(zhǔn)確的。在一般情況下，信號(hào)頻率在兩條譜線之間，由于譜線不在主瓣中心，由峰值譜線反映的頻率、相位和幅值都不準(zhǔn)確。加矩形窗時(shí)最大幅值誤差可達(dá)36.4%，相位誤差可達(dá)90°。增加采樣長(zhǎng)度可以降低誤差出現(xiàn)的機(jī)率，但不會(huì)徹底消除。對(duì)幅值譜進(jìn)行校正的比值法，可以解決離散頻譜沒(méi)有對(duì)正峰頂、有能量泄漏帶來(lái)較大誤差的問(wèn)題，顯著提高了估計(jì)精度[4]。

2 幅相一致性修正實(shí)現(xiàn)

通過(guò)自校修正H，V兩路極化的幅相差異，自校的方法是在H，V兩路極化通道的前端輸入相同的單頻信號(hào)，在極化通道末端接收信號(hào)，運(yùn)用上述峰值搜尋方法，精確估算兩路信號(hào)的幅度和相位，計(jì)算H，V通道間極化補(bǔ)償系數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)5 MHz帶寬的指標(biāo)需求，在中心頻率[f0±2.5 ]MHz范圍內(nèi)，以0.1 MHz為步進(jìn)頻率，接收通道和發(fā)射通道各進(jìn)行51個(gè)頻率點(diǎn)的自校，建立對(duì)應(yīng)頻率點(diǎn)的幅度/相位數(shù)據(jù)表，以供調(diào)制時(shí)進(jìn)行通道補(bǔ)償。

2.1 干擾系統(tǒng)組成

干擾系統(tǒng)包含了射頻分系統(tǒng)及數(shù)字分系統(tǒng)，射頻分系統(tǒng)完成信號(hào)的放大、變頻、濾波、檢波等處理，數(shù)字分系統(tǒng)完成中頻信號(hào)的采樣、I/Q解調(diào)、濾波、存儲(chǔ)、幅相一致性測(cè)量、干擾調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)等處理[8]。其中，射頻分系統(tǒng)接收通道的自校信號(hào)由自校源信號(hào)激勵(lì)，而發(fā)射通道自校信號(hào)由發(fā)射信號(hào)激勵(lì)，并通過(guò)開(kāi)關(guān)切換至另一接收通道進(jìn)行相互校準(zhǔn)。數(shù)字分系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA與DSP均為可編程器件，大大提高了系統(tǒng)的靈活性。根據(jù)不同的信號(hào)處理需求，可以通過(guò)改變具體算法來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，系統(tǒng)中FPGA對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存、預(yù)處理之后，DSP再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較復(fù)雜的處理。干擾系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

FPGA作為系統(tǒng)時(shí)序及邏輯控制的核心部件，包含串口通信模塊、串/并轉(zhuǎn)換模塊、采集信號(hào)接收模塊、正交解調(diào)模塊、FIR濾波模塊、地址映射模塊、狀態(tài)機(jī)控制模塊，主要完成以下功能：與PC機(jī)之間數(shù)據(jù)通信，接收串口數(shù)據(jù)，重組接收數(shù)據(jù)，上傳系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)及自校結(jié)果；檢波模塊的輸出作為是否啟動(dòng)解調(diào)等后續(xù)模塊的標(biāo)志位；通過(guò)正交解調(diào)、低通濾波，確保頻率成分，減少帶外誤差；通過(guò)IP核雙口RAM、FIFO完成地址映射[9]，雙口RAM構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸通道，F(xiàn)IFO構(gòu)建指令交互通道，其中FIFO1中指令從FPGA傳輸至DSP端，F(xiàn)IFO2中指令從DSP傳輸至FPGA端；狀態(tài)機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)了模塊間的邏輯控制，控制模塊的先后運(yùn)行順序，其控制流程圖如圖2所示。

DSP數(shù)據(jù)處理程序包含自校和極化調(diào)制等模塊。自校模塊是整個(gè)干擾系統(tǒng)有效實(shí)施干擾的前提，由于H，V兩路極化通道存在著不一致性，通過(guò)自校將兩路接收通道、發(fā)射通道的幅相差計(jì)算得到，作為后續(xù)調(diào)制的補(bǔ)償。極化調(diào)制模塊具有調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)任意極化形式噪聲，壓制干擾、假目標(biāo)干擾和模擬任意極化散射矩陣的雷達(dá)目標(biāo)的能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文充分利用了FPGA和DSP進(jìn)行高速信號(hào)處理的特點(diǎn)，通過(guò)采用基于窗譜比值校正法的峰值搜尋方法，提取離散頻譜的幅度和相位參數(shù)。該方法解決了頻譜泄漏對(duì)信號(hào)的頻域參量提取的影響，具有數(shù)據(jù)處理量少、精確度高的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其能較好地解決系統(tǒng)H，V極化通道之間存在的幅相特性不一致的問(wèn)題。本方法不僅適用于極化通道，也適用于相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)及其他相控陣射頻系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 冀映輝，蔡煒，陳銘.一種高速多通道A/D幅相一致性修正的實(shí)現(xiàn)方法[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，32（6）：66?70.

[2] 師鵬宇，殷友廷.通道間相位差求解算法分析[J].雷達(dá)與對(duì)抗，2011，31（1）：35?37.

[3] 程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[4] 丁康，謝明，楊志堅(jiān).離散頻譜分析與校正理論與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[5] 楊志堅(jiān)，丁康.離散頻譜校正理論研究及其在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)分析中的應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學(xué)，2009.

[6] XU Chuan?yan， DING Kang， YANG Zhijian， et al. Influence of additive white Gaussian noise on the interpolation method of discrete spectrum [J]. Advanced Materials Research， 2012， 383/390： 2951?2957.

[7] 李冬海，周海中.基于二分法峰值的頻率搜索算法[J].電子信息對(duì)抗技術(shù)，2013（1）：10?12.

[8] 都佰勝.數(shù)字下變頻的FPGA實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2009（3）：43?44.

[9] 侯彥軍.利用FPGA IP核來(lái)提升雷達(dá)脈沖壓縮的性能[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007（27）：196?197.

[10] 李欣，劉峰，龍騰.定點(diǎn)FFT在TS201上的高效實(shí)現(xiàn)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（1）：88?91.

DSP數(shù)據(jù)處理程序包含自校和極化調(diào)制等模塊。自校模塊是整個(gè)干擾系統(tǒng)有效實(shí)施干擾的前提，由于H，V兩路極化通道存在著不一致性，通過(guò)自校將兩路接收通道、發(fā)射通道的幅相差計(jì)算得到，作為后續(xù)調(diào)制的補(bǔ)償。極化調(diào)制模塊具有調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)任意極化形式噪聲，壓制干擾、假目標(biāo)干擾和模擬任意極化散射矩陣的雷達(dá)目標(biāo)的能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文充分利用了FPGA和DSP進(jìn)行高速信號(hào)處理的特點(diǎn)，通過(guò)采用基于窗譜比值校正法的峰值搜尋方法，提取離散頻譜的幅度和相位參數(shù)。該方法解決了頻譜泄漏對(duì)信號(hào)的頻域參量提取的影響，具有數(shù)據(jù)處理量少、精確度高的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其能較好地解決系統(tǒng)H，V極化通道之間存在的幅相特性不一致的問(wèn)題。本方法不僅適用于極化通道，也適用于相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)及其他相控陣射頻系統(tǒng)。

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DSP數(shù)據(jù)處理程序包含自校和極化調(diào)制等模塊。自校模塊是整個(gè)干擾系統(tǒng)有效實(shí)施干擾的前提，由于H，V兩路極化通道存在著不一致性，通過(guò)自校將兩路接收通道、發(fā)射通道的幅相差計(jì)算得到，作為后續(xù)調(diào)制的補(bǔ)償。極化調(diào)制模塊具有調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)任意極化形式噪聲，壓制干擾、假目標(biāo)干擾和模擬任意極化散射矩陣的雷達(dá)目標(biāo)的能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文充分利用了FPGA和DSP進(jìn)行高速信號(hào)處理的特點(diǎn)，通過(guò)采用基于窗譜比值校正法的峰值搜尋方法，提取離散頻譜的幅度和相位參數(shù)。該方法解決了頻譜泄漏對(duì)信號(hào)的頻域參量提取的影響，具有數(shù)據(jù)處理量少、精確度高的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其能較好地解決系統(tǒng)H，V極化通道之間存在的幅相特性不一致的問(wèn)題。本方法不僅適用于極化通道，也適用于相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)及其他相控陣射頻系統(tǒng)。

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