基于ADRV9009的小型化DRFM系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：DRFM作為一種相干干擾技術(shù)，具有干擾功率利用率高、干擾反應(yīng)快等特點(diǎn)，是干擾現(xiàn)代相干體制雷達(dá)的重要工作工作方式。針對(duì)雷達(dá)對(duì)抗裝備小型化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)，本文提出一種基于ADRV9009 SoC芯片的小型化DRFM系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。相比傳統(tǒng)DRFM系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本方案明顯減少了設(shè)備樹(shù)立并提高了系統(tǒng)可靠性。經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，該方案具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：DRFM;小型化;密集假目標(biāo)。

引言

現(xiàn)代雷達(dá)廣泛應(yīng)用多波形設(shè)計(jì)、重頻參差、調(diào)頻、相控陣波束掃描以及靈活的信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，雷達(dá)越來(lái)越復(fù)雜，綜合抗干擾能力不斷提高。DRFM干擾技術(shù)是對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)干擾調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)出去，其干擾信號(hào)保留了相參性，是實(shí)施相參干擾的關(guān)鍵技術(shù)之一，在雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，適用于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的小型化、網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備是雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。本文以ADI公司的ADRV9009 SoC芯片為核心，設(shè)計(jì)了一款具備DRFM功能的小型化雷達(dá)干擾系統(tǒng)，并對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行了指標(biāo)測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的功能、性能。

1、干擾信號(hào)模型

基于DRFM技術(shù)產(chǎn)生的假目標(biāo)干擾信號(hào)，數(shù)學(xué)模型如下：

其中U（t）為幅度調(diào)制，τ為時(shí)延參數(shù)，fd為多普勒調(diào)制參數(shù)。

將雷達(dá)信號(hào)樣本和噪聲卷積，利用噪聲卷積調(diào)制可以產(chǎn)生相干靈巧噪聲干擾，數(shù)學(xué)模型如下：

其中，U（t）為幅度調(diào)制，τ為時(shí)延參數(shù)，Jm（t）為噪聲信號(hào)，S（t）為樣本信號(hào)。

2、小型化DRFM系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DRFM系統(tǒng)組成一般包括偵察天線、接收變頻通道、數(shù)字接收模塊、信號(hào)處理模塊、波形產(chǎn)生模塊、發(fā)射變頻通道、干擾天線等，硬件組成如下圖所示。

偵察天線與接收變頻通道完成空間射頻信號(hào)的接收、濾波、放大、變頻等處理，將1路中頻信號(hào)送至數(shù)字接收模塊;數(shù)字接收模塊完成數(shù)字采集、DDC及濾波處理，將基帶信號(hào)送信號(hào)處理模塊;信號(hào)處理模塊進(jìn)行參數(shù)測(cè)量、信號(hào)分選、重頻跟蹤、干擾信號(hào)產(chǎn)生等處理，并將基帶干擾信號(hào)送波形產(chǎn)生模塊;波形產(chǎn)生模塊對(duì)基帶干擾信號(hào)進(jìn)行DAC處理產(chǎn)生中頻干擾信號(hào)送發(fā)射變頻通道;發(fā)射變頻通道將中頻干擾信號(hào)進(jìn)行上變頻、濾波、放大形成射頻干擾信號(hào)，并通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射出去。傳統(tǒng)的DRFM系統(tǒng)，接收/發(fā)射變頻模塊、數(shù)字采集/波形產(chǎn)生模塊、信號(hào)處理模塊一般單獨(dú)設(shè)計(jì)，硬件模塊多，很難實(shí)現(xiàn)設(shè)備的進(jìn)一步小型化。

ADRV9009是一款高集成度射頻（RF）、捷變收發(fā)器，提供雙通道接收器和發(fā)射器、集成頻率合成器以及數(shù)字信號(hào)處理功能。接收路徑由兩個(gè)獨(dú)立的寬動(dòng)態(tài)、直接變頻接收器組成，具有一定的動(dòng)態(tài)范圍。芯片內(nèi)部還集成多種輔助功能，比如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、用于功率放大器的通用輸入/輸出（GPIO）以及RF前端控制。其主要參數(shù)如下：

適應(yīng)信號(hào)頻率：75MHz～6GHz;

最大接收帶寬：200MHz;

最大發(fā)射帶寬：450MHz;

全集成的時(shí)鐘合成器;

JESD204B數(shù)據(jù)路徑接口;

簡(jiǎn)要來(lái)講，ADRV9009芯片內(nèi)部集成了接收/發(fā)射變頻、AGC控制、ADC、DAC等功能模塊，通過(guò)一片ADRV9009就可以完成75MHz～6GHz射頻信號(hào)的數(shù)字采集，輸出基帶信號(hào)波形給信號(hào)處理;以及接收基帶干擾信號(hào)，產(chǎn)生射頻干擾信號(hào)。通過(guò)將ADRV9009芯片與信號(hào)處理電路、設(shè)備監(jiān)控電路進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，可以在一塊數(shù)字處理板卡上實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的DRFM功能。

3、硬件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

根據(jù)該方案，采用Xilinx公司的XCZU11EG-2FFVF1761I SoC芯片、ADI公司的ADRV9009、JetsonTX2GPU作為核心處理器設(shè)計(jì)了一塊高集成數(shù)字處理板，實(shí)現(xiàn)DRFM系統(tǒng)信號(hào)采集、參數(shù)測(cè)量、干擾產(chǎn)生、射頻發(fā)射等功能。

該數(shù)字處理板采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，將主要的一些擴(kuò)展功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊化，比如GPU、NVMe、FMC+等。其余的各個(gè)功能接口，采用專用芯片實(shí)現(xiàn)，引出系統(tǒng)所需要的各項(xiàng)必要功能接口。

板卡中采用了PS側(cè)外接DDR4內(nèi)存，采用QSPI的啟動(dòng)方式，同時(shí)提供了32GB的eMMC存儲(chǔ)空間，滿足基本的系統(tǒng)、配置數(shù)據(jù)等存儲(chǔ)需要。同時(shí)通過(guò)USB3320引出USB2.0接口，通過(guò)88E1512芯片實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)的引出，滿足通訊與控制接口的需要。PS側(cè)的高速GTR接口，設(shè)計(jì)為X4的PCIE2.0，用于與GPU進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)與GPU的數(shù)據(jù)互發(fā)。PL側(cè)主要是通過(guò)IO端口實(shí)現(xiàn)各個(gè)專用接口，通過(guò)MAX3491實(shí)現(xiàn)所需要的IRIG-BRS-422＼485接口;通過(guò)TXS0108電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)GPIO的隔離輸出，用于控制外部的射頻模塊;通過(guò)實(shí)現(xiàn)SPI接口，用于控制433通信模塊;通過(guò)IObank的合理分配實(shí)現(xiàn)FMC+所需要的80組LVDS接口信號(hào)。

該數(shù)字處理板完成加工、調(diào)試后，對(duì)實(shí)現(xiàn)的DRFM功能性能進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該模塊產(chǎn)生的密集假目標(biāo)干擾信號(hào)波形如下圖所示，與預(yù)期效果一致。

4 結(jié)論

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）可以對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的相干存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)可以獲得雷達(dá)的脈沖處理得益，從而大大降低了干擾設(shè)備的功率需求，為干擾現(xiàn)代相干體制雷達(dá)提供了有力的技術(shù)手段。本文在DRFM干擾的原理基礎(chǔ)上，提出一種基于ADRV9009 SoC芯片的小型化DRFM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò)對(duì)研制的原理樣機(jī)的測(cè)試，驗(yàn)證了該DRFM系統(tǒng)的功能、性能。實(shí)測(cè)結(jié)果證明，本文中的基于ADRV9009 SoC芯片的DRFM系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：李彥栓男，1987年生，工程師，碩士畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)?，F(xiàn)主要研究方向：雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。