（信息与通信工程专业论文）基于drfm的pd雷达干扰技术及其实现.pdf

里堕型垫奎兰堑塑生堕兰垡笙奎摘要脉冲多普勒口d ) 雷达是在动目标检澳d o a t 0 雷达基础上发展起来的一种新体制雷达。p d 雷达利用相参积累及频率滤波技术，在强杂波背景中检测、跟踪运动目标。对p d 雷达的有效干扰方法是在实施距离欺骗的同时，应用载波移频技术，使相参干扰信号具有一个或多个虚假多普勒频移，以达到速度欺骗的目的。数字射频存储器( d r _ f m ) 经过近3 0 年的发展，已成为大多数现代电子干扰系统的核心控制部件。其转发信号保留了雷达信号的相参性，通过附加多普勒频移，能够实现对p d雷达的有效干扰。基于以上背景，本文研究了以下内容：( 1 ) 总结了d r f m 的工作原理、实现结构、性能参数以及国内外应用现状和发展趋势，重点分析了d r f m 的相参复制能力。( 2 ) 研究了基于d r f m 的p d 雷达干扰技术，设计了基于单边带调制( s s b ) 的数字移频电路，并用现场可编程门阵列( f p g a ) h i 实现此数字移频电路可以应用到d r f m 干扰系统中，实现精确的移频调制功能。应用上述移频电路，给出距离速度同步拖引干扰的数字实现方法，并通过仿真加以验证。( 3 ) 为验证上述设计，完成了d r f m 硬件模块的设计与调试。利用f p g a 作为模块控制核心，实现高速采样数据缓存及信号调制功能。关键词：数字储频存储器，脉冲多普勒雷达，相参干扰，距离- 速度同步拖引，现场可编程门阵列第1 页垦堕型茎奎堂竺塞生堕兰垡堡苎a b s t r a c tp u l s ed o p p l e r 口d ) r a d a ri so n en e wt y p eo fr a d a r , w h i c hi sd e v e l o p e d0 1 1m o v i n gt a r g e ti n d i c a t o r ( m t i ) r a d a r u s i n gt h et e c h n i q u e so f c o h e r e n ti n t e g r a t i o na n df r e q u e n c yf i l t e r i n g , i tc a nd e t e c ta n dt r a c km o v i n gt a r g e t si ns t r o n gc l u t t e r n o w a d a y s ，t h ee c mo ff x e q u e n c ys h i f t i n g ，a l o n gw i t hr a n g ed e c e p t i v ec o u n t e r i n gm e a s u r e s ，i so r eo fe f f e c t i v em e a s u r e sf o rj a m l i l i n gp dr a d a r s i nt h i sw a y , t h ec o h e r e n tj a m m i n gs i g n a lw i l lh a v eo n eo rm a n yd e c e p t i v ed o p p l e rf r e q u e n c i c s w h i c hi su s e f u lf o rv e l o c i t yd e c e p t i v ej a m m i n g d i g l t a lr a d i of r e q u e n c ym e m o r y ( d r f m ) h a sb e c o m et h ec o r e - c o n t r o l l i n gu n i ti nm a n ye c ms y s t e m s ，s i n c ei ta p p e a r e dm o r et h a n3 0y e a r sa g o i t sr e t r a n s m i t t i n gs i g n a lr e s e r v e st h ec 幻h e r e n tp r o p e r t yo fr a d a rs i g n a l ，a n di fd o p p l e r 丘e q u e n c ys h i ri sa d d e d ，i tc a l lc o u n t e rp dr a d a l 3e f f e c t i v e l y b a s e do nt h ea b o v ec o n t e x t , t h ef o l l o w i n gc o n t e n t sa r es t u d i e di nt h i st h e s i s ：f i r s t l y , t h eo p e r a t i o n a lp r i n c i p l e ，t h eb a s i cs t r u c t u r e s ，t h ed e v e l o p m e n t a lh i s t o r ya n df u t u r et r e n do f d r f ma r es 瑚衄1 a r i 髓d ，s y s t e m a t i c a l l y t h ea b l i 够o f c o h e r e n td u p l i c a t i o no f d r f mi ss t u d i e ds p e c i a l l y s e c o n d l y , j a m m i n gt e c h n i q u ef o rc o u n t e r i n gp dr a d a rb a s e do nd r f ma r es t u d i e d 仙ed i g l t a tf r e q u e n c y - s h i f t i n gc i r c u l ti sd e s i g n e d , b a s e do nd i g l t a ls i n g l es i d e b a n dm o d u l a t i o n ( s s b ) ，a n di si m p l e m e n t e d , u s i n gf p g a t h i sc k c l l i tc a nb ea p p l i e di nd r f ms y s t e m sf o ra c h i e v i n gp r e c i s ef r e q u e n c ys h i f t n ed i g i t a lm e t h o df o rr e a l i z i n gr a n g e - v e l o c i t ys i m u l t a n e o u sp u l l - o f fi sg i v e n , a n dt h es i m u l a t e dr e s u l t sa r eo u t l i n e &f i n a l l y ，t op r o v et h ec i r c u i td e s i g n e da b o v e , ad r f mm o d u l ei sd e s i g n e d ，d e b u g e da n dt e s t e d t h ec o r e - c o n t r o l l i n gu n i ti so n l yo n ef p o a , w h i c hi su s e df o rs t o r i n gt h es a m p l i n gd a t u ma n dm o d u l a t i n gt h er e t r a m m i a i n gs i g n a l k e y w o r d s ：d i g l t a lr a d i of r e q u e n c ym e m o r y ( d r f m ) ，p u l s ed o p p l e rr a d a r , c o h e r e n tj a m m i n g ，r a n g e - v e l o c i t ys i m u l t a n e o u sp u l l - o f f , f i l e dp r o g r a m m a b l el o g i ca r r a y ( f p o a ) 第1 i 页国防科技大学研究生院学位论文图2 1图2 2图2 3图2 4图2 5图2 6图2 7图2 8图2 9图2 1 0图3 ，l图3 2图3 3图3 4图3 5图3 6图3 7图3 ，8图3 9图3 1 0图3 1 1图3 1 2图3 1 3图3 1 4图3 1 5图3 1 6图3 1 7图3 1 8图3 1 9图3 2 0图3 2 l图3 2 2图3 2 3图3 2 4图4 1图4 2图4 3图4 4图4 5图4 6图4 7图4 8图4 9图目录d r f m 系统工作原理框图5单通道d r f m 实现结构框图6模拟正交双通道d r f m 实现结构框图7双相采样d r f m 结构框图8直接中频采样d r f m 实现结构框图8频分多通道幅度量化d r f m 系统框图9相位量化d r f m 实现结构框图。正交通道幅相不一致对m 的影响1 3相参脉冲串信号的时域、频域特征1 5非相参脉冲串信号的时域、频域特征1 6多普勒滤波器组幅频响应。2 0速度跟踪环路原理框图2 l多普勒频移闪烁干扰效果2 5假多普勒频率干扰效果2 5速度波门拖引干扰2 5行波管实现载波移频。2 6数控移相器实现载波移频2 7d r f m 系统中常用的载波移频方法2 7d d s 原理框图2 8基于单片f p g a 控制的d r f m 模块结构框图3 01 5 阶f 双滤波器的幅频响应3 11 5 阶f i r 滤波器系数优化后的结构框。3 2全并行d a 算法的f p g a 实现框图3 2移频调制模块f p g a 实现框图3 34 级流水线结构操作流程3 4h i l b c n 变换器模块仿真结果3 5数字移频模块仿真结果3 5匀速拖距干扰数字实现过程示意图3 6基于模拟正交双通道d r f m 的干扰控制方案框图3 7延时步进模块的f p g a 实现框图3 7延时模块仿真输出结果3 8移频模块仿真输出结果3 9移频信号的频谱分析结果3 9距离速度同步拖引实现中，延时、移频的步进调制曲线4 3a d 9 4 8 0i 作时序图4 7a d 9 7 5 1 数据输出时序图4 82 4 0 m 采样频率d r f m 模块设计框图5 0高速a d c 模块设计框图5 0高速d a c 模块模拟信号输出电路5 2f p g a 实现数据储存及转发控制的功能框图5 2四路数据存储仿真结果5 4四路数据读出仿真结果。5 4d r f m 模块测试结果5 5第i i i 页里堕型垫奎兰堡壅生堕竺垡笙壅图a 1图b 1图b 2图b 3图b 4图b 5图b 6图b 7图c 1串行d a 的实现框图电源模块设计电路图a d c 模块电路设计图( a d 9 4 8 0 ) 6 1f p g a 的配置电路图。6 2d a c 转换模块设计电路图( a d 9 7 5 1 ) 6 2基于p l l ( c d c 5 8 0 1 ) 的时钟电路图6 3单片机与f p g a 的接口电路6 3主机与单片机串口通信电路图d r f m 模块实物照片第i v 页国防科技大学研究生院学位论文表2 1表2 2表3 1表3 2表4 1表目录3 比特相位量化编码器输入- 俞出关系l o幅度量化、相位量化d r f m 寄生信号比较= 1 3用于逼近理想h i l b e r t 变换器的1 5 阶f i r 滤波器系数3 1用于匀加速同步拖距干扰实的延时、移频步进调制关系。4 2d r f m 模块的主要性能指标5 5第v 页独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意学位论文题目：基王旦墅型盟里立重达士拉拉盔丞甚塞理学位论文作者签名：主! l 理日期：州年“月，二日学位论文版权使用授权书本人完金了解国防科学技术大学有关保留，使用学位论文的规定本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文( 保密学位论文在解密后适用本授权书)学位论文题目：基王毯鲨m 盟堕：重姿王拉拉盔区基塞理学位论文作者签名：作者指导教师签名：日期：) ，啤f 月，日日期：a 叼俸i1 月f 移垦堕登垫盔兰婴塑生堕兰垒堡苎第一章绪论1 1 引言现代战争中，电子战( e l e c t r o n i cw a r e f a r e 缩记为e 1 忉已成为夺取战场主动权、决定战争胜负的关键因素之一，可以说，现代战争已由陆、海、空的三维立体战争发展到包括电子战在内的四维战争。在二十世纪8 0 年代的叙以贝卡谷地战争，美军空袭利比亚、二十世纪9 0 年代的海湾战争、科索沃战争以及在最近几年发生的阿富汗战争和伊拉克战争等多次战争中，电子战都发挥了重要作用。电子战包括相互斗争的两个方面【i 】：电子干扰( e l e c t r o n i cc o u n t e rm e a s u r e s ，缩记为e c m ，包括电子侦察、电子干扰、电子隐身和电子摧毁) 和电子反干扰( e l e c t r o n i cc o u n t e rc o u n t e rm e a s u r e s ，缩记为e c c m ，包括电子反侦察，电子反干扰、电子反摧毁) 。其中，雷达电子干扰是电子干扰的重要组成部分。雷达电子干扰技术是随着雷达技术的发展而不断发展的。采用相参信号是现代雷达系统主要特征之一，例如，脉冲压缩雷达发射线性调频信号( l i n e a rf r e q u e n c ym o d u l a t i o n ，缩记为l v m ) 或相位编码信号，接收机采用匹配滤波技术，使目标回波信号得到很大的处理增益，其数值等于脉压因子( = b t ，b 是发射信号带宽，t 是发射信号脉宽) 。脉冲多普勒口d ) 雷达发射相参脉冲串信号，接收机采用相参积累、频域滤波技术，使雷达能够在强杂波背景中检测、跟踪运动目标。对相参雷达进行干扰时，如果干扰信号不是相参的，经雷达接收机相参处理后，干扰效果很差。因此，研究相参干扰技术是雷达电子干扰领域发展方向之一阳。p d 雷达是在动目标显7 示( m o v i n g t a r g e t i n d i c a t o r ，缩记为m ) 雷达基础上发展起来的，它通过对多个回波脉冲的相参积累，有效提高了接收机的信噪比( s i g n dt on o i s er a t i o ，缩记为s r r ) 。同时，p d 雷达利用运动目标回波与杂波的多普勒频移差异，通过单边带滤波、窄带滤波器组等频域滤波技术，消除杂波影响，实现了对目标运动速度的测量和跟踪。p d同时具有脉冲雷达的测距能力和连续波雷达的测速能力，在机载雷达，火控雷达等军事领域得到广泛应用。当前，对p d 雷达的干扰主要是应用转发式或应答式干扰机来实施各种欺骗干扰。主要干扰样式包括：距离波门拖引干扰、速度波门拖引干扰、假多普勒频率干扰、多普勒频率闪烁及距离一速度同步拖引干扰( 包括匀速拖距干扰和匀加速拖距干扰) 等u j l 文献匹k 1 4 】研究了针对p d 雷达的相参干扰问题，主要干扰方法是利用数字射频存储器例( d i g i t a lr a d i of r e q u e n c ym e m o r y ，缩记为d r f m ) 作为控制核心，实现各种转发式欺骗干扰，文献 1 5 ，1 6 分析了距离拖引干扰的延时离散性对d r f m 重构信号频谱的影响。在上述欺骗干扰中，载波移频是有效实施干扰的关键技术之一。第1 页国防科技大学研究生院学位论文d r f m 利用高速模数转换器件、高速数字逻辑器件来采样、存储、处理并转发敌方雷达信号，可以产生相参干扰信号。d r f m 克服了传统模拟射频存储器( a r f m ) 体积大、相参性差、难于控制的缺点，已成为现代大部分转发式干扰机的核心部件同时，利用可编程数字器件，d r f m 可以对转发信号延时量、移频量进行精确控制，从而实现对p d 雷达等现代雷达系统的有效干扰。随着半导体技术的飞速发展，a d c 、d a c 器件的性能不断提高，例如，a t m e l 公司的1 0 位a d c o s 8 3 1 0 2 g o b ) ，最高采样率达到2 g ；a t m e l 公司的1 0 位d a c ( t s s 6 1 0 1 g 2 b ) ，最大输出数据率达1 2 g ，另外，可编程逻辑器件( p r o g r a m m a b l el 0 出d e v i c e ，缩记为p l d ) ，特别是现场可编程门阵列( f i l e dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y ，缩记为f p g a ) 的发展，提高了系统集成度，增强了系统控制能力。这些新器件的发展和应用，为高性能d r f m 的研制提供了技术保证。本文主要研究了基于d r f m 的p d 雷达干扰技术及其数字实现方法，并基于f p g a 平台，设计了数字移频电路及转发控制单元，介绍了可用于测试上述设计的d r f m 硬件模块设计与调试结果，具有定的理论价值和实际意义。1 2 国内外研究现状与发展趋势p d 雷达按脉冲重复频率( e r f ) 可以分为高重频、中重频、低重频三种类型。高重频p d雷达的p r f 很高，可达1 0 0 池数量级，用于解决速度模糊问题，但存在距离模糊，需要采用多个p r f 来解距离模糊处理。美国空军工作在s 波段的1 3 3a w a c s ( ；1 5 f l 载预警和控制系统】雷达就是高重频p d 雷达。低重频p d 雷达的p r f 较低，一般在1 k h z 数量级，它不存在距离模糊，但存在严重的多普勒模糊。美国海军的低空预警飞机e - 2 c 以及以色列战斗机上的v o l v o 雷达都采用低p r f 的a m n 体制。当前，p d 雷达的发展方向是同时具有三种p r f 工作模式，以便应用到不同场合。例如，美国的f - 1 5 、f 0 1 6 和f - 1 8 战斗机的p d雷达兼有中、高两种p r f 6 , 7 1 。p d 雷达使用相参积累技术使目标回波得到很高的处理增益，噪声干扰不能取得很好的干扰效果。采用相参干扰信号，并附加延时、频移调制，以实现距离、速度欺骗干扰是对抗p d 雷达的主要方法。现代p d 雷达干扰系统普遍采用d r f m 作为核心部件，通过对转发信号进行延时、频移控制，实现速度波门拖引干扰、假多普勒频率干扰及距离一速度同步干扰等多种干扰样式，并通过精心设计干扰机振荡器，可以把干扰信号的虚假电平控制在3 0 d b 以下，从而使其不被p d 雷达发现咧。作为干扰系统的核心部件，d r f m 经过3 0 多年的发展，在采样频率、分辨率、存储容量、功耗等方面都有了显著提高。例如，英国e w - s t 公司的c h a m e l e o n 2 r a d a rt a 玛e t a n de c ms i m u l a t o r 瞬时带宽达到了4 0 0 m h z ，最大存储时间为5 0 0 m ；美国k o r 电子公司的k o r - 1 0 2 7 瞬时带宽为8 0 0 m h z ，分辨率为8 位，存储长度3 4 0 2 s ；w h i t t a k e r 公司的m i p 一8 1 0第2 页国防科技大学研究生院学位论文瞬时带宽为i l o m h z ，分辨率为8 位，存储长度达到1 0 4 8 , u s 利用单片砷化镓( g a a s ) 器件研制的d r f m 系统也越来越受到重视【2 1 1 。国内对d r f m 的研究起步较晚，九十年代初期，国内d r f m 水平只能达到1 0 0 m h z瞬时带宽和1 位量化精度的水平，经过近十几年的发展，在瞬时带宽、分辨率方面都有了很大提高。当前，d r f m 在电子战方面的应用越来越广泛，主要应用领域包括：( 1 ) 用于干扰各种相参雷达，包括p d 雷达、p c 雷达及高分辨率成像雷达等。( 2 ) 用于电子干扰环境模拟及雷达信号模拟。( 3 ) 用于雷达信号特征分析1 3 本文主要研究内容本文针对转发式欺骗干扰为应用背景，深入研究了基于d r f m 的p d 雷达干扰技术，并利用f p g a 强大的逻辑控制和数字信号处理能力，设计，实现了用于产生多普勒频移的数字电路；最后，介绍了d r f m 硬件模块的设计、调试及测试结果。总结起来，课题研究内容包括：( 1 ) 总结了d r f m 的类型及实现结构，包括单通道d r f m 、正交双通道d r f m 、并行采样d r f m 、直接中频采样d r f m 、频分d r f m 及相位量化d r f m 。总结了d r f m 的主要性能参数，并重点分析了d m 的相参复制能力。( 2 ) 研究了基于d r f m 的p d 雷达干扰技术，包括距离波门拖引干扰、速度波门拖引干扰，假多普勒频移干扰、距离一速度同步拖引干扰等。总结了实现载波移频的传统方法。利用f p g a 设计、实现了能够产生精确移频的数字电路，其中包括：h i l b e r t 变换器的f i r 逼近及全并行分布式算法实现；4 级流水线结构的数字移频调制器设计与实现。利用以上设计，给出了距离速度同步拖引干扰的数字实现方法。对于匀速拖距干扰，转发信号的多普勒频移固定，延时量在同步时钟控制下，线性步进增加；对于匀加速拖距干扰，采用的方法是移频量线性步进增加，延时量步进逼近二次曲线。并且两种情况下，延时量和移频量具有相关性，可以干扰具有同时测距、测速能力的跟踪雷达系统。( 3 ) 介绍了a d c 、d a c 及f p g a 器件的性能指标，总结了高速模数混合电路设计与p c b布局，布线要点。对d r f m 硬件模块的设计及测试结果进行了介绍。本文的创新性工作点主要有：( 1 ) 设计了基于单边带调制( s s b ) 的数字移频电路，并利用f p g a 加以实现。其中，h i l b e r t变换模块用1 5 阶f i r 滤波器逼近，在采样率z = 2 0 0 m 条件下，满足边带响应小于- 3 0 d b的通带带宽为5 5 m ，用全并行分布式算法加以实现，仿真时钟频率可达2 7 9 m 。用4 级流水结构实现了数字移频电路，仿真时钟频率达2 1 6 m 。此电路可以应用到d r f m 干扰系统中，用以产生虚假多普勒频移。第3 页国防科技大学研究生院学位论文( 2 ) 给出距离速度同步拖引干扰的数字实现方法，可以满足延时量、移频量之间的相关性，从而逼真模拟目标运动特性。( 3 ) 为验证上述设计，设计、调试了采样率为2 4 0 m ，分辨率为8 位的d r f m 硬件模块用f p g a 实现了高速采样数据四路分时存储电路。第4 页国防科技大学研究生院学位论文第二章d r f m 的基本原理与实现结构d r f m 的理论基础是信号处理中的采样、量化、重构理论。采样方式对d r f m 的具体实现结构有直接影响，为增大瞬时处理带宽，可以采用正交采样、并行采样及带通采样等不同采样方式。第2 1 节对d r f m 系统基本工作原理和实现结构进行了总结；第2 2 节给出了用于衡量d r f m 性能的主要参数指标；第2 3 节重点针对d r f m 的相参复制能力进行了分析。2 1d r f m 的基本工作原理与实现结构2 1 1i ) r f m 的基本工作原理d r f m 的工作流程主要包括嘲：采样、存储、处理及重构转发。图2 1 是d r f m 系统的工作原理框图。图2 1d r f m 系统工作原理框图号d r f m 系统工作过程详细描述为：首先，系统根据雷达射频信号频率范围，调谐系统本振( 可采用多系统本振技术实现频段选择) ，使混频后的输出信号处于基带频段内，以便实现后面的数字化处理。在工程实现中，广泛采用模拟正交下变频来产生基带信号的i 、q 分量，扩展了系统瞬时带宽，并保留了雷达信号的幅度、相位信息。然后，系统在采样时钟控制下，对基带模拟信号进行高速采样、量化、编码，得到数字信号，此过程一般由高性能a d c 完成。根据采样理论可知，信号时域采样，对应于频谱周期延拓，为避免频谱混叠，一般要在模数转换前，要对输入模拟信号进行抗混叠滤波输出高速数据流进行分路后，存储于大容量数据存储器中在转发过程中，系统在输出时钟控制下，读出存储数据，有时根据工作方式，需对读出数据进行处理以实现各种调制( 调频、调幅等) 功能。输出高速数据流经d a c 后，得到重构基带信号，最后，基带信号上变频为干扰射频信号。系统控制器的作用是在外部控制第5 页国防科技大学研究生院学位论文信号( 来自信号侦察模块) 控制下，启动数据存储和读取操作2 1 2d r f m 的基本类型与实现结构目前，d 融m 按其量化方式可以分为：幅度量化d r f m 和相位位量化d r f m 。幅度量化d r f m 根据实现结构的不同又可分为圈：单边带d r f m 、双边带d r f m 、直接中频采样d i 冰m 及频分d i 蹬m 。1 幅度量化d r f m幅度量化是指利用a d c 对输入信号幅度进行采样、量化、编码处理，得到数字信号。重构时，数字信号经d a c 后输出模拟信号。幅度量化的采样频率和量化位数决定了重构信号的保真度。采样频率越高，系统的无混迭瞬时带宽就越宽；量化位数越多，重构信号的保真度就越高。为提高系统瞬时带宽和用于信号分析，可以把几种不同采样形式应用到d r f m 系统中，得到几种幅度量化d r f m 改进实现结构，其中包括；正交双通道d r f m 、并行采样d r f m ( 主要是双相采样d r f m ) 、带通采样d r f m 、频分d r f m 。下面分别加以介绍。( 1 ) 单通道d r f m单通道d r f m 由一路a d c 电路组成，其系统实现结构框图如图2 2 所示。射图2 2 单通道d r f m 实现结构框图出输入雷达射频信号与系统本振进行混频，经带通滤波p f ) 下变频为中频信号；中频模拟信号与稽确本振混频、低通滤波( l p f ) 后，得到基带模拟信号；a d c 在采样时钟控制下，实现模数转换，输出数字信号存储到r a m 中；在转发过程中，读出数据经d a c 、低通滤波后，重构为基带模拟信号；此重构信号与系统本振混频后，上变频为射频干扰信号根据n y q u i s t 采样理论，单路a d c 的无混迭带宽为采样率的一半，所以，当采样率为z 时，单通道d r f m 系统的瞬时带宽为b = ；z ，口 l 。单通道d r f m 优点是：结构简单，不存在通道幅相不一致问题缺点是：由于a d c器件的限制，系统瞬时带宽较小，难以处理宽带信号。( 2 ) 正交双通道d r f m第6 页国防科技大学研究生院学位论文鉴于单通道d r f m 的缺点，提出了正交双通道d r f m ，系统实现结构框图如图2 3 所示。射图2 3 模拟正交双通道d r f m 实现结构框图系统前端与单通道d r f m 相同，带通滤波输出的中频模拟信号经正交下交频处理，得到输入信号的i 、q 分量，然后，分别对两路模拟信号进行模数转换、存储。信号转发进行相反处理过程。正交双通道d r f m 的信号处理流程如下：设带通滤波后的输出中频信号为：( f ) = 删0 0 s ，! 刀+ 删，精确本振频率为五输入信号经正交下变频及低通滤波后，得到i 、q 两路信号为：嘶( f ) = 鲫嘞优吒p 删o u t q ( t ) = a ( t ) - s 珥2 万( 五一五) ，+ p ( f ) 】( 2 1 1 )当石= 五时，o u t l = 妁e o s c ( t ) ，o u t q - - a ( t ) s i n c ( t ) 可以求出输入信号的瞬时幅度、瞬时相位信息分别为：讲观p ( 1 _ ( f ) ) = d z 2 v ，十( ，口2 ( f )p h a s 瓴= a r c t a n 暖耢( 2 1 2 )在信号转发过程中，存储数据经d a c 、正交上变频处理后得到：= 。嵋 c 0 玩伪一( r ) 血瑶a 固= b 2 硫+ 9 ( f ) 】( 2 1 3 )以上结果是在正交双通道幅相一致的前提下得到的与单通道相比，对同样瞬时带宽，系统的采样率降低了一半；或者说，在采样率相同的条件下，正交双通道d r f m 的瞬时带宽比单通道d r f m 增加了一倍，表示为口= 口z ， 1 ) ( 3 ) 并行采样d r f m 2 3 第7 页国防科技大学研究生院学位论文尽管当前a d o 的采样率已经可已达到l 2 g 水平，但高速a d c 的成本很高。多片低速a d o 分时并行采样技术可以应用于d r f m ，以提高系统整体瞬时带宽其中，最常用的是双相采样d r f m 结构双相采样d r f m 系统实现结构框图如图2 4 所示系统由两路单通道d r f m 模块构成，系统的关键在于两路d r f m 模块的采样时钟信号是反相的，相当于两路分时轮流工作。设整个系统采样序列为x ( 哟，v = 1 , 2 ，3 ，则一路d r f m 模块存储数据为媳绣昭+ 耽，而另一路存储数据为x ( 2 ) j ( 4 ) ，工( 2 后) ，转发过程中，两路数据分别经过d a c ，得到台阶正弦波后，经求和处理，再经低通滤波、上变频，输出射频信号，完成对原始信号的重构可以看出，双相采样d r f m 的瞬时带宽是单通道d r f m 的两倍。射出图2 4 双相采样d r f m 结构框图( 4 ) 直接中频采样d r f m e s l直接中频采样d 船m 结构类似于单通道d r f m 结构，但直接中频采样d r f m 不需要把中频信号下变频到基带的处理过程，而是对中频信号直接进行带通采样，对采样数据进行存储、处理由于带通采样后的离散信号频谱重叠到第一n y q u i s t 区，会出现频率模糊现象。所以，在信号重构过程中，要确定输入信号的中心频率，以便把转发信号准确恢复到原始频谱位置直接中频采样d r f m 实现框图如图2 5 所示。图2 5 直接中频采样d r f m 实现结构框图出第8 页国防科技大学研究生院学位论文( 5 ) 频分多通道d r f m n频分多通道d r f m 的实现结构框图如图2 6 所示系统包括多个窄带d r f m 子系统。输入射频信号与系统本振混频后，进行分路处理，每一路与一个压控振荡器c o ) 再进行混频，输出基带模拟信号由一窄带d r f m 子系统进行处理。由于每个v c o 调谐在不同的频率上，实现了按频段分路功能，每个d r f m 子系统存储一个输入信号。这种结构的优点是：可以采用高分辨率a d c 器件，具有高保真度，每个窄带d r f m 子系统容易实现；其缺点是处理宽带信号灵活性差。射图2 6 频分多通道幅度量化d r f m 系统框图2 相位量化d r f m 口8 】相位量化与幅度量化区别较大，它是把正弦波的相位( 0 2 石) 分成个相位子区间似是相位量化位数) ，即相位分辨率为2 砍。，每个相位子区间对应于一个。1 位相位码。采，二样过程就是在采样时钟控制下，得到相位码序列。然后，系统对相位码序列进行编码、存储；信号重构时，系统在时钟控制下，读出存储数据，进行译码后得到相位码序列，然后，经过相位幅度转换，输出台阶式正弦波。相位量化d r f m 实现结构框图如图2 7 所示：第9 页国防科技大学研冗生院学位论文相位量化是由相位量化器( p d c ) 完成的。相位量化的一般方法是：首先，输入正弦信号经移相处理后，得到_ 1 个相移分别为谚= 等a = q 1 ，z 2 一1 ) 的正弦波；然后，对这些移相正弦波过零限幅，可得到4 个方波；最后，系统在采样时钟控制下，对所有移相方波进行采样，得到表征信号相位的相位码序列。以= 3 为例，相移量为萌= f 等的正弦信号为；巧= 血+ f 予= c 0 邓争血耐+ s i 砸。争。c o s 耐，f = o ，1 ，2 ，3( 2 1 4 )这样，移相后的4 路信号可以表示为：圪= s i n ( , o t ) = i巧- - - s 凇+ 予= 孚陋研+ c o s 硼= 孚( “9巧= s i n ( d o t + 勺= c o $ c o t = q巧= s 缸( 耐+ 争= 等( 一血讲+ c o s 研) = 孚( - ，+ q )( 2 1 5 )由式( 2 1 5 ) 可以看出固定移相信号可以通过输入正弦信号的i 、q 分量经不同加权组合得到。对于多位相位量化的d r f m 同样可以i 、q 两路信号的加权组合得到。文献【3 5 】对多比特相位量化技术进行了分析。加权求和可以通过移相电阻环来实现 3 ”扪。m 位相位量化器输出的是4 位相位码，而m 位相位量化的结果可以用m 位数据码来表示，2 盯- 1 位相位码是冗余的，为减少存储空间，要对相位码进行编码处理。对于m = 3 的情况，编码器的输入输出结果如表2 1 所示鲫表2 13 比特相位量化编码器输入自出关系输出码输入码qq lq o1 0i l1 21 3000000000l000lo1001ll0llooll10ol000l01l100ll01llll1l1110第1 0 页里堕型垫奎兰堑塞生堕兰垡堡苎3 幅度量化和相位量化比较基于以上对幅度量化d r f m 和相位量化d r f m 实现结构的分析，可以得到两者的异同点如下：( 1 ) 幅度量化d r f m ，相位量化d r f m 的瞬时带宽都与系统实现结构有关，例如，单通道幅度量化d r f m 的瞬时带宽是采样率的一半，而正交双通道幅度量化d r f m 的瞬时带宽等于采样率相位量化d r f m 的实现结构也是正交双通道结构，可以获得与正交双通道幅度量化d r f m 一样的瞬时带宽，在数值上等于采样率。t( 2 ) 相位量化d r f m 输出寄生信号电平本质上与输入信号幅度无关，因而具有很大的动态范围。而幅度量化d r f m 的寄生信号电平等性能参数与输入信号幅度有密切联系 3 7 , 3 8 1 。( 3 ) 与相同量化位数的幅度量化d r f m 相比，相位量化d r f m 具有更高的寄生信号电平，并且难以实现较高位数量化。( 4 ) 相位量化d r f m 只保留了输入信号的相位信息，没有保留信号幅度信息，很难区分同时到达信号。而利用幅度量化d r f m 同时保留了信号幅度、相位信息，可以区分并处理同时到达信号，并为复杂干扰样式( 调幅、调相等) 的实施提供了条件。2 2d r f m 的主要性能参数1 瞬时带宽0 b w )瞬时带宽是指d r f m 系统基带处理器的带宽，由a d c 采样时钟频率决定。在单通道幅度量化d r f m 系统中，瞬时带宽是采样率的一半。通过多通道并行采样技术，可以扩大系统的瞬时带宽。2 工作带宽( o b w )工作带宽指d r f m 系统可以接收和处理的射频信号频率范围。可以通过调谐系统本振或多系统本振切换的方法，使系统工作带宽为瞬时带宽的若干倍。3 输入动态范围( d r )d r f m 的输入动态范围与系统工作方式有关，在线性工作方式中，动态范围主要由a d c的量化位数决定，一位量化对应于6 d b 的动态范围。通过自动增益控制电路( a g c ) ，使系统工作于线性工作方式，可以扩大系统输入动态范围。在饱和工作方式下，动态范围可以很大，但此时不适合于处理同时到达信号。4 寄生信号电平、有效辐射功率及寄生信号总功率口s 】寄生信号( 虚假信号) 是指除有用信号( 基波分量) 以外的其他谐波分量。在d r f m 系统中，峰值寄生信号电平定义为最大谐波分量电平与基波分量之比；有效辐射功率定义为基波信号功率与信号总功率之比；寄生信号总功率定义为所有谐波寄生信号功率之和与基波信号功率之比第l l 页国防科技大学研究生院学位论文寄生信号是d r f m 设计中必须考虑的问题。因为峰值寄生信号电平过高，可能会被雷达识别，同时也降低了有效辐射功率。d r f m 寄生信号的来源主要有三个：本振泄漏、上下交频过程中的镜像响应和交叉调制、由量化引起的谐波 3 9 1 。( 1 ) 本振泄漏嗍本振泄漏是因为用于上变频的平衡混频器中本振与输出之间隔离度不够造成的，这会导致瞬时带宽中心频率的连续波辐射。在d r f m 系统中，采用l 到r 隔离度好的混频器是解决本振泄漏的最好方法。目前，用于上交频的单边带调制用的混频器，隔离度大约为一5 5 d b ，能够较好的抑制本振泄漏。( 2 ) 镜像响应 4 0 , 4 1 】镜像响应是由正交双通道d r f m 系统中，i 、q 通道间的幅度和相位不一致性所引起的，两个通道的信号“抵消”不彻底，从而产生不需要的镜像边带信号。设系统本振是理想的，而i 、q 通道的复增益不一致。进行归一化处理后，正交下变频得到的i 、q 分量分别表示为：o 坷：( r ) ；c o s 【2 露瓴- f j t + c ( t ) o u t q ( 力= a s i n 2 j r ( f o 一无弘+ 口砸) + s 】( 2 2 1 )其中，占= 明g 瞰口删一锨咖晡j ( r ) 】表示正交通道相对于同相通道的相位不一致性；口= 焉塞矧表示政通道相对于同相通道的幅度不一致性通道嘲条忏弘岍i 信号转发过程中，经数模转换后的基带信号经上变频处理得到：o u t ( t ) = c o s 【2 万一五y + 口时) 】c o s ( 2 j r a t ) 一口血【2 石一无y + 9 ，( f ) + f 】s i n ( 2 万无f )= ；曲啦斫+ 删+ 榔撕一短，+ 删一差蝌2 砥一玑y + 加) + 一。0 s c 硼+ 删删。；m + 哟) + a m 啦哪+ 删+ 剐+ ；嘶伽u 一珥) r + 孵) ) 一a c o 昭砌；一兢弘+ 删+ s ) l= 争c 。s ( 2 厅兀f + 妒o ) ) + 口 c 0 s 8 c o s ( 2 万石，+ p ( f ) ) 一s i n f s i n ( 2 石厶f + 矿( f ) ) 】+ ；酬一犹，+ 删一椭s s ( 2 峨一2 a ) t + 删一s i n ( e ) s i n ( 2 碱, 一兢y + 卿) 】= t o + 口c o s s ) c o s ( 2 a f o f + 矿o ) ) 一口s i n 8s i n ( 2 # 五f + 妒p ) ) 】+ 去砸一口c o s 印。口s ( 一! ，r o ；一2 五弦+ p ，( f ) ) 一a s i n f 螂，r 坼一2 五y + 擘，( ) ) 】( 2 2 2 )其中，频率为磊的信号为期望信号，两频率为磊- 2 a 的信号为镜像边带信号。通道致性- - f 用边带信号电平作为度量。第1 2 页国防科技大学研究生院学位论文边带信号功率与有用信号功率之比定义为：i r - - 1 0 - 1 0 9 舞慧等老筹，图2 8 是履与正交通道间相位差和幅度不平衡度之间关系的等值曲线。图中标出了i r = - 】唿锻砌的情况要使肛保持在3 0 d b 以下，相位差必须小于2 。，幅度平衡度必须优于2 0 。图2 8 正交通道幅相不一致对吸的影响( 3 ) 量化寄生信号幅度量化d r f m 和相位量化d r f m 重构信号都是台阶式脉冲信号，含有无穷多的谐波分量。谐波分量不仅要占用相当大的功率，而且在变频过程中，可能会产生交调、互调，降低信号质量。文献 3 6 ，3 7 分别对幅度量化d r f m 、相位量化d r f m 的寄生信号进行了分析，得到的结果如表2 2 所示叨表2 2 幅度量化，相位量化d r f m 寄生信号比较量化位数( b i t )峰值寄生信号电平( d s y 位置寄生信号总功率( d b r )幅度量化相位量化幅度量化相位量化幅度量化相位量化23- 2 0 1 ，91 6 9 71 3 6- 1 2 5342 6 7 陀12 3 5 ，1 5- 2 0 01 8 945- 3 5 8 4 5- 2 9 8 ，3 l- 2 6 12 4 956- 4 4 6 ，8 7- 3 6 o 6 33 2 13 0 95 存储容量和存储方式存储容量是指数字存储空间( r a m ) 的大小，容量越大，存储信号长度就越长，信号数第1 3 页国防科技大学研究生院学位论文量也越多存储方式分为全脉冲存储和示样脉冲存储两种。全脉冲存储是指存储器将输入脉冲信号全部存储，根据系统工作方式，在给定时刻读出存储数据，由d a c 完成信号重构。采用这种方式工作的d r f m 系统，输出信号具有很好的相参性，可以实现距离波门干扰、距离假目标干扰、速度拖引干扰及距离速度同步干扰等多种干扰样式示样脉冲存储是指d r f m 只存储输入信号开始时的- - d , 段( 例如o 1 u s ) ，然后重复读出存储数据，以重构连续波干扰，由于信号频率不同，截取信号的初始相位和终止相位不一定连续，造成储频误差，使重构信号的相位不连续，寄生信号电平升高。为克服储频误差，系统必须在重构信号时，对读出数据进行相位校正。示样脉冲存储的优点是存储器容量要求较小，并能对多个辐射源信号进行存储。6 最小传输延时及距离延时分辨率最小传播延时是指从截获雷达信号时刻到干扰信号输出时刻的最小时间间隔，这与系统的响应速度有关，一般应小于l o o n s 。距离延时分辨率( 延时增量) 是指延时量的最小时间间隔，其最小值应为数据读出时钟周期，信号转发延时量为延时分辨率的整数倍。2 3d r f m 相参性能分析2 3 1 信号相参性描述及其检测方法d r f m 的主要优点之一就是其相参复制能力，可以