信道化數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)研究

劉金鵬，安 濤，鄭繼剛

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)以高速采樣和數(shù)字存儲(chǔ)為技術(shù)基礎(chǔ)，具有對(duì)射頻信號(hào)的存儲(chǔ)和再現(xiàn)能力，是為適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜而密集的威脅信號(hào)環(huán)境而發(fā)展起來的一種新型載頻重構(gòu)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微波技術(shù)和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)性能越來越先進(jìn)，抗干擾手段越來越多，作戰(zhàn)平臺(tái)面臨的威脅環(huán)境日益復(fù)雜，DRFM的性能得到世界各國的普遍重視。利用可編程邏輯器件，DRFM可以對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)、頻移控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的有效干擾。隨著軟件無線電理念的興起，多相濾波器的信道化理論因其全寬開全概率接收能力、降低采樣率與大幅提高運(yùn)算速率的能力的優(yōu)勢(shì),獲得了更多的關(guān)注。本文將多相濾波器信道化與DRFM相結(jié)合，從而高效實(shí)現(xiàn)了多信號(hào)處理。

1 模型理論分析

數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)需要對(duì)具有一定帶寬范圍的射頻信號(hào)存儲(chǔ)并精確復(fù)制輸出。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)、復(fù)制和重構(gòu)。典型的 DRFM 系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 DRFM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

但隨著對(duì)信號(hào)瞬時(shí)帶寬的要求越來越高，對(duì)器件的要求也越來越高，當(dāng)然最簡單直接的辦法是選用高性能的器件，但也會(huì)造成對(duì)整個(gè)硬件平臺(tái)要求更加苛刻。所以選擇信道化DRFM系統(tǒng)，將中頻信號(hào)搬移至基帶，進(jìn)行DRFM處理，再選擇不同信道搬移至中頻發(fā)射，如圖2所示。

圖2 信道化DRFM結(jié)構(gòu)

實(shí)信號(hào)的信道化接收，是把寬帶信號(hào)S(n)均勻分為D個(gè)子頻帶，將每個(gè)子頻帶分別搬移至基帶，再用低通濾波器HLP(n)濾出對(duì)應(yīng)的子頻帶的信號(hào)。濾波后信道的帶寬為π/D，所以可對(duì)其進(jìn)行2D倍抽取，從而獲得低采樣率信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。每個(gè)信道對(duì)應(yīng)的中心角頻率ωk由下式得到：

(1)

這種濾波器組將整個(gè)采樣頻帶均勻化輸出，使得信號(hào)無論何時(shí)何地信號(hào)，均能加以截獲，并進(jìn)行解調(diào)分析，所以這種濾波器組信道化接收機(jī)具備全概率截獲的能力，是偵收調(diào)頻、“突發(fā)”以及自適應(yīng)通信信號(hào)的理想接收機(jī)。但信道多時(shí)，D值就會(huì)很大，低通濾波器所需的階數(shù)可能會(huì)變得非常大，而在每個(gè)信道都要配一個(gè)這樣的濾波器時(shí)，實(shí)現(xiàn)效率會(huì)非常低，所以就需要一種高效的實(shí)現(xiàn)方法，即多相濾波實(shí)現(xiàn)法。

圖3 實(shí)信號(hào)濾波器的低通實(shí)現(xiàn)

圖4所示的多相濾波信道化接收機(jī)數(shù)學(xué)模型，在信號(hào)通過低通濾波器之前，已經(jīng)進(jìn)行了D倍抽取處理，降低低通濾波器的階數(shù)，使得運(yùn)算量降為1/D，增強(qiáng)其實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)效率得以提高。在后續(xù)的DRFM處理中，單個(gè)子頻帶的信號(hào)數(shù)據(jù)量也相應(yīng)減少，整個(gè)運(yùn)算處理過程所需資源減少，更加高效、高速。

圖4 信道化接收機(jī)數(shù)學(xué)模型(實(shí)信號(hào))

在對(duì)信號(hào)進(jìn)行信道化接收處理之后，需要將處理過的信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。與信道化接收結(jié)構(gòu)類似，信道化發(fā)射機(jī)的數(shù)學(xué)模型如圖5所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

仿真模型參數(shù)：采樣率為2.4 GHz，信道化數(shù)目為16，低通濾波器通帶波動(dòng)Rp為3 dB，阻帶波動(dòng)Rs為60 dB。

輸入信號(hào)為800 MHz的正弦信號(hào)1(實(shí)信號(hào))，如圖6所示。根據(jù)公式得到其子頻帶的中心角頻率為787.5 MHz，故子頻帶應(yīng)得到12.5 MHz的正弦信號(hào)，如圖7所示。經(jīng)信道化發(fā)射機(jī)處理后得到信號(hào)如圖8所示。

輸入信號(hào)為640 MHz與500 MHz的正弦信號(hào)2(實(shí)信號(hào))，如圖9所示。根據(jù)公式得到其子頻帶的中心角頻率分別為637.5 MHz與487.5 MHz，故子頻帶應(yīng)得到2.5 MHz與12.5 MHz的正弦信號(hào)，如圖10、圖11所示。經(jīng)信道化發(fā)射機(jī)處理后得到信號(hào)如圖12所示。

圖5 信道化發(fā)射機(jī)數(shù)學(xué)模型(實(shí)信號(hào))

圖6 輸入信號(hào)1

圖7 子信道信號(hào)

圖8 信道化發(fā)射信號(hào)

圖9 輸入信號(hào)2

圖10 子信道信號(hào)

3 結(jié)束語

信道化DRFM系統(tǒng)基本可以恢復(fù)原始信號(hào)，失真原因主要是由于濾波器并非理想情況而造成的信道重合和信號(hào)相位不連續(xù)。但恢復(fù)的信號(hào)頻率準(zhǔn)確，無論是單頻點(diǎn)信號(hào)還是多頻點(diǎn)信號(hào)均可以準(zhǔn)確恢復(fù)。

圖11 子信道信號(hào)

圖12 信道化發(fā)射信號(hào)