CN103364765A - 基于模拟解调/调制的数字射频存储器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于模拟解调/调制的数字射频存储器，该数字射频存储器设有FPGA，通过数据线与FPGA分别相连的FLASH、RAM，通过数据线分别与FPGA相连的I路和Q路的A/D、D/A，还设有分别与I路和Q路的D/A相连的低通滤波器。本发明能实现优于400MHz的带宽和优于40dB的动态，能适用多种体制雷达信号，具有通过样本筛选和样本频谱提纯技术提高复制信号的质量的能力，能通过重频跟踪稳定跟踪目标信号产生相参的干扰信号，能对输出信号进行归一化和峰均比改善处理，极大的提高了干扰的效率，能够广泛的应用于各类型的雷达干扰机。

Description

基于模拟解调/调制的数字射频存储器

技术领域

本发明涉及一种基于模拟解调/调制的数字射频存储器，主要用途涉及电子对抗、信号模拟等领域。

背景技术

数字射频存储器主要应用于电子对抗领域和信号模拟领域，其基本功能是对输入的模拟信号进行模数转化，对数字信号进行存储，对数字信号进行适当的处理，对处理后的数字信号进行数模转化。现有的数字射频存储器基本上只有存储功能和少量的干扰调制功能，缺乏信号的检测功能、重频跟踪功能、信号频谱的提纯功能、功率归一化功能、输出信号峰均比改善功能等，因此射频存储器还需要复杂的外围检测、控制电路与射频存储器协同工作，使用复杂、外形结构也比较大。此外，现有的射频存储器一般是针对特定目标进行设计的，对不同类型目标适应能力差。

目前，可实现雷达干扰的数字射频存储器有以下几种：

1．刘忠、王雪松、刘建成、王国玉和肖顺平提出了间歇采样重复转发干扰样式，并理论分析了该干扰样式的干扰效果（刘忠等，基于数字射频存储器的问歇采样重复转发干扰，兵工学报，2008，29（4）：405-410）。但该发明仅仅通过数值仿真对文中的分析结论进行了验证，没有在硬件上完成设计和验证。

2．王跃鹏、黄建冲提出了利用射频存储器实现PD雷达同步欺骗干扰方法（王跃鹏等，基于射频存储器的PD雷达同步欺骗干扰方法，飞航导弹，2004,（12）：57-60）；但该发明仅仅局限于对PD雷达同步欺骗干扰的讨论，适用对象不具有普遍性，并且主要指标低，瞬时工作带宽为200MHz，动态范围为20dB。

3．邱伟林论述了数字射频存储器技术在雷达对抗中的作用和重要性，介绍了数字射频存储器的原理，给出了应用数字射频存储器进行雷达干扰的几种干扰方式（邱伟林，数字射频存储器在雷达干扰中的应用，航天电子对抗，2006，22（1）：42-44）。但是他没有结合数字射频存储器的硬件设计和软件开发提出实现雷达干扰技术的具体方法。

4．曹鹏、戴国宪论述了一种采用数字射频存储器的干扰机设计方案（曹鹏等，一种基于数字射频存储器的欺骗干扰机，航天电子对抗，2004（2）：33-35）。但该发明仅仅讨论了实现距离-速度同步欺骗干扰的原理，适用对象不具有普遍性。

5．程嗣怡、吴华和王星提出了一种1bit数字射频存储器的设计原理和它采用的处理方法，给出了原理框图和主要性能指标（程嗣怡等，应用于电子干扰中的1bit数字射频存储器的设计，弹箭与制导学报，2005，25（4）：280-281）。但该发明没有讨论在该射频存储器上如何实现雷达干扰的技术方法，其系统的动态范围只有6dB。

目前，有关实现雷达干扰的数字射频存储器的期刊论文较多，发明专利较少，相关文献内容的主要特点是：（1）仅讨论了数字射频存储器的硬件设计，而没有讨论干扰方法如何在硬件上实现；（2）仅对某一个干扰方法进行了讨论，适用对象不具有普遍性；（3）主要性能指标不高，不能满足复杂的电磁环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于模拟解调/调制的数字射频存储器，该数字射频存储器不需要外围电路，只需要连接模拟收发通道，即可完成信号检测、信号筛选、重频跟踪、样本提取、样本提纯、干扰产生、多普勒调制、峰均比改善、归一化处理等工作。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：设有现场可编程门阵列（FPGA），通过数据线分别与FPGA相连的闪存（FLASH）、随机存取存贮器（RAM），通过数据线分别与FPGA相连的I路和Q路的A/D、D/A，还设有分别与I路和Q路的D/A相连的低通滤波器。

本发明中，首先A/D对模拟接收通道输入的模拟I、Q基带信号进行数字化处理，然后FPGA对输入的数字化处理后的信号进行自适应门限的提取，通过包络检波和过自适应门限检测，测量到达脉冲的时域参数，该信号通过数字鉴频测量到达脉冲的载频形成脉冲描述字PDW，PDW经装订的目标信号参数筛选、匹配后由装订的信号参数进行多路跟踪器的重频跟踪，提取目标样本和进行样本频谱提纯，并通过对目标信号的延迟叠加产生干扰信号，调制多普勒频率，经峰均比改善和幅度归一化处理后，通过D/A进行数模转化，再经低通滤波器滤波后，输入模拟发射通道。

所述的自适应门限的提取方法可以是：通过循环叠代求取噪声的均值和方差，将均值与N倍方差的和作为检测的保宽门限，通过延迟求取脉冲的顶部幅值，将顶部幅值与第一门限差值的1/2加上第一门限值作为检测门限；该方法确保包络检测的准确性，同时还可以获得包络的特征参数。

所述的目标样本可以由乒乓存储方法存储，以确保干扰信号所用样本的准确性，该乒乓存储方法可以为：乒乓存储采用两个RAM，信号样本在两个RAM中轮流存储，其存储的准则是当两个RAM存储的样本为正确时，新样本更新较早的样本；当两个样本一个正确一个错误时，新样本更新错误样本；在干扰样本读取时优先使用当前样本，当前样本错误时使用前一个样本。

所述的多路跟踪器的重频跟踪，其对常规、动目标显示（MTI）、动目标显示（MTD）、脉冲多普勒（PD）体制雷达进行稳定的跟踪，确保干扰信号的相参性，该重频跟踪的方法可以是：参数测量形成的脉冲描述字（PDW）与雷达参数进行匹配，若满足匹配要求，则将该脉冲作为基准，继续搜索下一个满足要求的脉冲，若两脉冲间隔大于雷达最大周期，则重新搜索基准脉冲，若两脉冲间隔小于雷达最大周期，则继续搜索满足要求的脉冲，当脉冲间隔符合雷达周期参数时，则进入跟踪状态依据当前脉冲同时推出所有周期的波门，多个周期的波门相或作为采样波门，采样波门中有满足要求的脉冲时，则重复上述步骤；采样波门中没有满足要求的脉冲时，则根据最后确认的脉冲推出波门，有满足要求的脉冲则继续跟踪，若连续5个波门中无满足要求的脉冲，则回到搜索匹配状态。

所述的样本频谱提纯，其方法可以是：首先是对样本去直流，其次通过波门和样本检波包络相与作为采样门套，确保存储样本的质量，保证样本频谱的纯度。

所述的对目标信号的延迟叠加产生干扰信号，是采用折叠叠加的密集假目标干扰信号产生方法实现的，以降低存储容量的需求，该方法可以是：利用等时延迟叠加后中间部分相同的特点，将延迟间隔作为存储深度，同时将样本根据延迟间隔分成若干等份，样本若不足一个延迟间隔时补零，将各等份累加存储，干扰时循环读取。

所述的调制多普勒噪声，其可以方法是：存储一组随机相位，在每周期的干扰信号上调制一随机相位，随机相位循环使用，形成多普勒噪声；该方法简单有效，确保对MTI、自适应动目标显示（AMTI）、MTD、PD雷达的干扰效果。

所述的经峰均比改善和幅度归一化处理，其方法可以是：对已知的线性调频信号延迟叠加时采用同相序列改善峰均比，其他情况延迟叠加时采用随机相位来改善峰均比；该方法确保干扰效率。

所述的I路和Q路的A/D可以采用≥400MHz的带宽，同时A/D的位数≥14bit。

本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：

采用了一体化设计思想，该数字射频存储器具有尺寸小（12cm×8cm）、能力强、运用简单、广泛的适应性等特点，尤其是在小型化干扰设备或模拟器上。该射频存储器通过采用自适应门限解决了信号准确测量的问题，通过采用多路跟踪器的重频跟踪设计解决了对多种体制雷达信号稳定跟踪的问题和抗雷达副瓣对消的问题，通过乒乓存储和频谱提纯解决了信号样本的准确性、及时性的问题，通过折叠存储解决了较高的存储深度需求的问题，通过多普勒噪声的调制解决了对多种体制雷达干扰适应性的问题，通过归一化处理和峰均比改善处理提升了干扰效率。

该射频存储器具有优于400MHz的带宽和优于40dB的动态，对常规、MTI、MTD、PD体制雷达均有良好的适应性。

附图说明

图1是本发明基于模拟解调/调制的数字射频存储器的结构示意图。

图2是延迟叠加示意图。

图3是本发明基于模拟解调/调制的数字射频存储器的工作流程示意图。

图4是保宽门限提取流程示意图。

图5是检测门限提取流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

本发明提供的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其结构如图1所示，设有FPGA，通过数据线分别与FPGA相连的FLASH、RAM，通过数据线与FPGA相连的I路的A/D、D/A，通过数据线与FPGA相连的Q路的A/D、D/A，以及分别与I路和Q路的D/A相连的低通滤波器，A/D和D/A的需要满足带宽和动态的需求，FPGA资源要能完成所有的功能。

上述数字射频存储器中，A/D对模拟接收通道输入的模拟I、Q基带信号进行数字化处理，然后FPGA对输入的数字化处理后的信号进行自适应门限的提取，通过包络检波和过自适应门限检测，测量到达脉冲的时域参数，该信号通过数字鉴频测量到达脉冲的载频形成脉冲描述字PDW，PDW经装订的目标信号参数筛选、匹配后由装订的信号参数进行多路跟踪器的重频跟踪，提取目标样本和进行样本频谱提纯，并通过对目标信号的延迟叠加产生干扰信号，调制多普勒频率，经峰均比改善和幅度归一化处理后，通过D/A进行数模转化，再经低通滤波器滤波后，输入模拟发射通道。

所述的自适应门限的提取方法是：通过循环叠代求取噪声的均值和方差，将均值与N倍方差的和作为检测的保宽门限，通过延迟求取脉冲的顶部幅值，将顶部幅值与第一门限差值的1/2加上第一门限值作为检测门限；该方法确保包络检测的准确性，同时还可以获得包络的特征参数。

上述目标样本采用乒乓存储方法存储，以确保干扰信号所用样本的准确性，该乒乓存储方法为：采用两个RAM，信号样本在两个RAM中轮流存储，其存储的准则是当两个RAM存储的样本为正确时，新样本更新较早的样本；当两个样本一个正确一个错误时，新样本更新错误样本；在干扰样本读取时优先使用当前样本，当前样本错误时使用前一个样本。

所述的多路跟踪器的重频跟踪，其对常规、MTI、MTD、PD体制雷达进行稳定的跟踪，确保干扰信号的相参性，该重频跟踪的方法是：参数测量形成的PDW与雷达参数进行匹配，若满足匹配要求，则将该脉冲作为基准，继续搜索下一个满足要求的脉冲，若两脉冲间隔大于雷达最大周期，则重新搜索基准脉冲，若两脉冲间隔小于雷达最大周期，则继续搜索满足要求的脉冲，当脉冲间隔符合雷达周期参数时，则进入跟踪状态依据当前脉冲同时推出所有周期的波门，多个周期的波门相或作为采样波门，采样波门中有满足要求的脉冲时，则重复上述步骤；采样波门中没有满足要求的脉冲时，则根据最后确认的脉冲推出波门，有满足要求的脉冲则继续跟踪，若连续5个波门中无满足要求的脉冲，则回到搜索匹配状态。

所述的样本频谱提纯，其方法是：首先是对样本去直流，其次通过波门和样本检波包络相与作为采样门套，确保存储样本的质量，保证样本频谱的纯度。

所述的对目标信号的延迟叠加产生干扰信号，是采用折叠叠加的密集假目标干扰信号产生方法实现的，以降低存储容量的需求，该方法是：利用等时延迟叠加后中间部分相同的特点，将延迟间隔作为存储深度，同时将样本根据延迟间隔分成若干等份，样本若不足一个延迟间隔时补零，将各等份累加存储，干扰时循环读取。

所述的调制多普勒噪声，其方法是：存储一组随机相位，在每周期的干扰信号上调制一随机相位，随机相位循环使用，形成多普勒噪声；该方法简单有效，确保对MTI、AMTI、MTD、PD雷达的干扰效果。

所述的经峰均比改善和幅度归一化处理，其方法是：对已知的线性调频信号延迟叠加时采用同相序列改善峰均比，其他情况延迟叠加时采用随机相位来改善峰均比；该方法确保干扰效率。

所述的I路和Q路的A/D采用≥400MHz的带宽，同时A/D的位数≥14bit。

本发明提供的上述基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其主要用于电子对抗领域和信号模拟领域，使用时，参见图3，其步骤为：

步骤1：模拟I、Q信号通过A/D转化为数字I、Q信号，在接收通道关闭的状态下，求取I、Q信号的零漂值，用于校正通道零漂；

步骤2：开启接收通道，校正I、Q信号的零漂值，通过循环叠代求取噪声的均值和方差，将均值与N倍方差的和作为检测的保宽门限（图4），通过延迟求取脉冲的顶部幅值，将顶部幅值与第一门限差值的1/2加上第一门限值作为脉宽检测门限（图5）；

步骤3：利用检测门限对信号包络过门限检测，获得脉冲信号的到达时间和脉宽信息，同时对信号进行数字鉴频得到信号的中心频率，形成脉冲描述字（PDW）。

数字鉴频的方法是：

首先对相邻两个采样点进行共轭相乘y(n)=x(n)·conj(x(n-1))=I(n)+jQ(n)；

然后利用正交信号I(n)与Q(n)的关系得到：

相角φ(n)： $\mathrm{\φ}\left(n\right)=\arctan \frac{Q\left(n\right)}{I\left(n\right)},$

瞬时频率： $f_i\left(n\right)=\frac{{\mathrm{\φ}}_i\left(n\right)}{2\mathrm{\π}{T}_s};$

步骤4：参数测量形成的PDW与雷达参数进行匹配，若满足匹配要求，则将该脉冲作为基准，继续搜索下一个满足要求的脉冲，若两脉冲间隔大于雷达最大周期，则重新搜索基准脉冲，若两脉冲间隔小于雷达最大周期，则继续搜索满足要求的脉冲，当脉冲间隔符合雷达周期参数时，则进入跟踪状态依据当前脉冲同时推出所有周期的波门，多个周期的波门相或作为采样波门，采样波门中有满足要求的脉冲时，则重复上述步骤；采样波门中没有满足要求的脉冲时，则根据最后确认的脉冲推出波门，有满足要求的脉冲则继续跟踪，若连续5个波门中无满足要求的脉冲，则回到搜索匹配状态。

步骤5：在跟踪状态下，通过装订的周期框架结构参数对信号进行波门预测，将预测波门与信号检波包络相与处理作为样本的采样波门，以保证信号频率的纯度；

步骤6：对采样波门中的信号进行乒乓存储，为节省存储空间，采用折叠存储，折叠存储后的线性调频信号：

$s\left(t\right)=\mathrm{Re}\left\{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}a{e}^{\mathrm{j\π}[2f_0(t+\mathrm{n\Δt})+k{(t+\mathrm{n\Δt})}^2]}\right\}0\≤t\≤\mathrm{\Δt},$

式中：a为幅度，t为时间，f₀为载频，k为调频斜率，Δt为延迟间隔；

其原理如图2可见，延迟叠加法产生假目标信号中间一段时期内等间隔Δt信号是相同的；为了降低峰均比，线性调频信号折叠存储时调制同相序列，其他脉冲信号调制随机相位；同相序列可由下述方法来构成：

$s\left(t\right)=\mathrm{Re}\left\{A\left(t\right)e^{\mathrm{j\π}(2f_{0}t+k{t}^2)}\right\}0\≤t\≤\mathrm{\Δt},$

式中： $A\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{c}_n{e}^{j2\mathrm{\πnFt}},$

F=kΔt,

改善峰均比后应再对干扰样本求均值，去除直流，改善样本质量。

步骤7：根据信号的准确性、及时性选择干扰样本，在每个周期输出的干扰样本上调制随机相位，形成多普勒噪声；

步骤8：统计干扰样本的最大幅度，通过近除法得到归一化的系数，将干扰样本以接收脉冲的前沿为基准循环读出，同过D/A转化成模拟信号。

Claims (10)

1.基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是设有FPGA，通过数据线分别与FPGA相连的FLASH、RAM，通过数据线分别与FPGA相连的I路和Q路的A/D、D/A，还设有分别与I路和Q路的D/A相连的低通滤波器。

2.如权利要求1所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是A/D对模拟接收通道输入的模拟I、Q基带信号进行数字化处理，然后FPGA对输入的数字化处理后的信号进行自适应门限的提取，通过包络检波和过自适应门限检测，测量到达脉冲的时域参数，该信号通过数字鉴频测量到达脉冲的载频形成脉冲描述字PDW，PDW经装订的目标信号参数筛选、匹配后由装订的信号参数进行多路跟踪器的重频跟踪，提取目标样本和进行样本频谱提纯，并通过对目标信号的延迟叠加产生干扰信号，调制多普勒频率，经峰均比改善和幅度归一化处理后，通过D/A进行数模转化，再经低通滤波器滤波后，输入模拟发射通道。

3.如权利要求2所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是所述的自适应门限的提取方法是：通过循环叠代求取噪声的均值和方差，将均值与N倍方差的和作为检测的保宽门限，通过延迟求取脉冲的顶部幅值，将顶部幅值与第一门限差值的1/2加上第一门限值作为检测门限；该方法确保包络检测的准确性，同时还可以获得包络的特征参数。

4.如权利要求2所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是采用乒乓存储方法存储目标样本，确保干扰信号所用样本的准确性，所述乒乓存储方法为：乒乓存储采用两个RAM，信号样本在两个RAM中轮流存储，其存储的准则是当两个RAM存储的样本为正确时，新样本更新较早的样本；当两个样本一个正确一个错误时，新样本更新错误样本；在干扰样本读取时优先使用当前样本，当前样本错误时使用前一个样本。

5.如权利要求2所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是所述的多路跟踪器的重频跟踪，其对常规、MTI、MTD、PD体制雷达进行稳定的跟踪，确保干扰信号的相参性，该重频跟踪的方法是：参数测量形成的PDW与雷达参数进行匹配，若满足匹配要求，则将该脉冲作为基准，继续搜索下一个满足要求的脉冲，若两脉冲间隔大于雷达最大周期，则重新搜索基准脉冲，若两脉冲间隔小于雷达最大周期，则继续搜索满足要求的脉冲，当脉冲间隔符合雷达周期参数时，则进入跟踪状态依据当前脉冲同时推出所有周期的波门，多个周期的波门相或作为采样波门，采样波门中有满足要求的脉冲时，则重复上述步骤；采样波门中没有满足要求的脉冲时，则根据最后确认的脉冲推出波门，有满足要求的脉冲则继续跟踪，若连续5个波门中无满足要求的脉冲，则回到搜索匹配状态。

6.如权利要求2所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是所述的样本频谱提纯，其方法是：首先是对样本去直流，其次通过波门和样本检波包络相与作为采样门套，确保存储样本的质量，保证样本频谱的纯度。

7.如权利要求2所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是所述的对目标信号的延迟叠加产生干扰信号，是采用折叠叠加的密集假目标干扰信号产生方法实现的，以降低存储容量的需求，该方法是：利用等时延迟叠加后中间部分相同的特点，将延迟间隔作为存储深度，同时将样本根据延迟间隔分成若干等份，样本若不足一个延迟间隔时补零，将各等份累加存储，干扰时循环读取。

8.如权利要求2所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是所述的调制多普勒噪声，其方法是：存储一组随机相位，在每周期的干扰信号上调制一随机相位，随机相位循环使用，形成多普勒噪声；该方法简单有效，确保对MTI、AMTI、MTD、PD雷达的干扰效果。

9.如权利要求2所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是所述的经峰均比改善和幅度归一化处理，其方法是：对已知的线性调频信号延迟叠加时采用同相序列改善峰均比，其他情况延迟叠加时采用随机相位来改善峰均比；该方法确保干扰效率。

10.如权利要求1所述的基于模拟解调/调制的数字射频存储器，其特征是所述的I路和Q路的A/D采用≥400MHz的带宽，同时A/D的位数≥14bit。

Images