【導(dǎo)讀】數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是一種微波信號存儲系統(tǒng),用于實現(xiàn)射頻信號存儲及轉(zhuǎn)發(fā)功能。數(shù)字射頻存儲器通過對接收到的射頻信號進(jìn)行高速采樣、存儲、變換處理和重構(gòu),實現(xiàn)對信號捕獲和保存的高速性、干擾技術(shù)的多樣性和控制的靈活性。數(shù)字射頻存儲器已成為電子對抗系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分。
什么是數(shù)字射頻存儲器(DRFM)
數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是一種微波信號存儲系統(tǒng),用于實現(xiàn)射頻信號存儲及轉(zhuǎn)發(fā)功能。數(shù)字射頻存儲器通過對接收到的射頻信號進(jìn)行高速采樣、存儲、變換處理和重構(gòu),實現(xiàn)對信號捕獲和保存的高速性、干擾技術(shù)的多樣性和控制的靈活性。數(shù)字射頻存儲器已成為電子對抗系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分。
數(shù)字射頻存儲器的基本工作原理
數(shù)字射頻存儲(DRFM)的基本工作原理:首先將輸入射頻信號下變頻為中頻信號,經(jīng)A/D變換后成為數(shù)字信號,寫入高速存儲器中。當(dāng)需要重發(fā)這一信號時,在控制器控制下讀出此數(shù)字信號并由D/A變換為模擬信號。然后用同一本振作上變頻,得到射頻輸出信號,完成對輸人信號的存儲轉(zhuǎn)發(fā)。
首先對量化過程進(jìn)行分析,現(xiàn)假設(shè)基帶輸入信號為一個正弦信號gi(t)=Esinωit,量化位數(shù)為N,經(jīng)過量化后的信號可用階梯波y(t)表示,y(t)可以被認(rèn)為是N對矩形波的疊加。如果A/D變換的量化位數(shù)為m,那么正或負(fù)半周的量化臺階數(shù)為N=2m-1。階梯波的表達(dá)式為:
E2n+1就是量化產(chǎn)生的諧波分量幅度,可由該式計算各階諧波的功率。
在采樣的過程中,為簡便起見,以一位量化信號作為輸入,則輸入信號為:
式中:E,ωi分別為輸入信號的幅度和角頻率。設(shè)采樣脈沖信號為fs(t),采樣后的信號為fo(t),則采樣過程在時域上的數(shù)學(xué)表示式為fo(t)=fi(t)fs(t),在DRFM中采用等間隔均勻采樣,采樣周期為Ts,采樣時鐘頻率ωs=2πfs。在實際電路中,采樣是在采樣脈沖上升的瞬間完成的。因此采樣脈沖的寬度可以看成一個窄脈寬,用τs。來表示。采樣脈沖的傅里葉級數(shù)為:
式中:Es,τs,Ts和ωs分別為采樣信號的幅度、脈寬、周期和角頻率。則:
在式(6)中,第一項是基帶的諧波信號,是由量化所產(chǎn)生的頻譜成分,只有在基帶濾波器內(nèi),諧波將成為寄生信號,所有nωi》ωs/2的項將被濾除(n取奇數(shù));第二項則完全在濾波器外,不用考慮;第三項是交調(diào)信號,滿足(mωs-nωi)《ωs/2的所有成分,將成為交調(diào)寄生信號,它們是信號諧波與時鐘諧波的交叉調(diào)制引起的。若以D表示脈沖信號占空比,且忽略第二項,則式(6)變?yōu)椋?/div>
式(8),式(9)即為計算1 b量化DRFM的高次諧波和交調(diào)信號幅度的方法。
數(shù)字射頻存儲器框圖
如下圖所示,數(shù)字射頻存儲器可以將接收信號轉(zhuǎn)換為中頻(IF)信號。然后將中頻信號的帶寬數(shù)字化。數(shù)字化信號被存儲在存儲器中傳輸?shù)接嬎銠C(jī)。計算機(jī)對信號進(jìn)行必要的分析和修正,使其滿足干擾技術(shù)需求。
接著,修正的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬射頻信號。通過使用與初始頻率轉(zhuǎn)換同樣的本地振蕩器,這個信號會被頻繁地轉(zhuǎn)換為接收頻率。降頻轉(zhuǎn)換和升頻轉(zhuǎn)換時,使用唯一的振蕩器保持了信號相位的相干性。
數(shù)字射頻存儲器可以將接收信號數(shù)字化,數(shù)字化信號傳輸?shù)接嬎銠C(jī),計算機(jī)對它進(jìn)行修正,連續(xù)生成新的轉(zhuǎn)發(fā)修正信號。
數(shù)字射頻存儲器的關(guān)鍵器件是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以以每赫茲2.5個采樣率進(jìn)行頻帶數(shù)字化,它可以輸出 I & Q(同步和正交)數(shù)字信號。這樣就可以掌握數(shù)字化信號的相位。
需要注意的是,因為數(shù)字射頻存儲器會重構(gòu)信號,每赫茲2.5個采樣遠(yuǎn)大于數(shù)字化接收機(jī)每赫茲2個采樣的奈奎斯特率。數(shù)字化信號通常每個采樣大小有幾個比特,雖然有時候使用1比特數(shù)字化采樣或僅相位數(shù)字化采樣。
計算機(jī)分析輸入信號,確定信號的調(diào)制特性和參數(shù)。計算機(jī)通常分析系統(tǒng)接收的第一個脈沖,生成相同或不同調(diào)制參數(shù)(成系統(tǒng)的)的脈沖串。數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成射頻輸出信號要比模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成的輸出信號大很多比特,可以確保在射頻信號重構(gòu)時信號質(zhì)量不降。
寬帶數(shù)字射頻存儲器框圖
寬帶數(shù)字射頻存儲器可以將一個包括多個信號的中頻寬帶數(shù)字化。干擾機(jī)系統(tǒng)要覆蓋威脅信號的頻率范圍,輸出數(shù)字射頻存儲器可以處理的中頻信號帶寬。
如下圖所示,通過使用系統(tǒng)唯一的本地振蕩器保持相位相干性,再進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換和其后的接收信號恢復(fù)。數(shù)字射頻存儲器的帶寬受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率。帶寬中存在多個信號,需要重視無雜散動態(tài)范圍。
因此,模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要數(shù)字化比特的最大可用量。寬帶數(shù)字射頻存儲器性能非常令人滿意,因為它們可以處理寬帶調(diào)制和頻率捷變的威脅信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)發(fā)展水平存在瓶頸。寬帶數(shù)字射頻存儲器可以處理包含多個信號的頻率范圍。
窄帶數(shù)字射頻存儲器框圖
窄帶數(shù)字射頻存儲器只需要帶寬足夠?qū)?,就可以處理干擾機(jī)發(fā)射的帶寬最寬的信號。這意味著,窄帶數(shù)字射頻存儲器可以使用合理技術(shù)發(fā)展水平的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
如下圖所示,干擾機(jī)系統(tǒng)將感興趣的頻率范圍轉(zhuǎn)換為多個窄帶數(shù)字射頻存儲器覆蓋的頻率范圍。數(shù)字射頻存儲器系統(tǒng)的輸入信號自動分配給每個數(shù)字射頻存儲器。
每個數(shù)字射頻存儲器都會處理一個不同的信號,在支援干擾行動中發(fā)揮它的功能。然后,數(shù)字射頻存儲器的模擬射頻輸出會進(jìn)行合成,轉(zhuǎn)換(相干)后恢復(fù)初始的頻率范圍。
需要強(qiáng)調(diào)的是,窄帶數(shù)字射頻存儲器很少出現(xiàn)假響應(yīng),因為每個數(shù)字射頻存儲器只處理一個信號。每個窄帶數(shù)字射頻存儲器只處理一個信號。在多信號環(huán)境下,需要多個窄帶數(shù)字射頻存儲器來處理。
數(shù)字射頻存儲器功能
數(shù)字射頻存儲器在干擾脈沖壓縮雷達(dá)時特別有效。雷達(dá)通過線性調(diào)頻和巴克碼兩種技術(shù)實現(xiàn)脈沖壓縮,可以提高雷達(dá)的距離分辨率。
線性調(diào)頻對每一個發(fā)射脈沖進(jìn)行頻率調(diào)制。在雷達(dá)接收機(jī)中,壓縮濾波時間可以在信號處理前,將信號壓縮到發(fā)射脈沖寬度的小部分。如果干擾機(jī)發(fā)射的干擾信號沒有采用這種頻率調(diào)制,有效的干信比將被壓縮系數(shù)降低。數(shù)字射頻存儲器發(fā)射線性調(diào)頻的干擾脈沖,可以保持全部的干信比。
巴克碼壓縮是指對編碼模式中每個信號脈沖進(jìn)行二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制。開關(guān)上移相器和抽頭延遲線,將接收脈沖長度壓縮到一個碼元。由于沒有采用巴克碼的干擾脈沖無法進(jìn)行脈沖壓縮,有效的干信比會隨著碼元數(shù)量的增加而降低。數(shù)字射頻存儲器通過正確的巴克碼發(fā)射干擾脈沖,可以保持全部的干信比。
數(shù)字射頻存儲器也可以發(fā)射相干干擾信號,可以在脈沖多普勒雷達(dá)處理器中占據(jù)一個通道。這樣可以使脈沖多普勒雷達(dá)無法在多個多普勒通道中分辨出干擾信號脈沖。