CN109257051A - 一种数字信道化射频存储系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种数字信道化射频存储系统。射频存储系统的数字信道化储频模块可对输入信号进行频域分离后再存储，不仅能够避免传统方法存储叠加信号而对输出信号形成干扰的问题，而且可有效避免传统频率引导方法存在多个同时到达信号时频率测量容易受到干扰的问题。数字信道化储频模块的引入能够支持多个同时到达信号的采集和存储，从而提高测频精度，实现了精确频率引导的技术效果，能够用于对抗相参雷达。同时，本发明设置的高速、多位A/D变换器，工作频率进入微波频段后，可以直接在中频或射频频段采集、重构信号，并且保持原始信号的相位等细微信息特征，从而保证输出信号具有很好的相参性，并能够实现很高的射频存储精度、长信号存储时间。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种数字信道化射频存储系统。
背景技术
数字储频系统(Digital Radio Frequency Memeory，DRFM)被广泛应用于电子对抗中产生各种假目标欺骗干扰、通信系统抗干扰试验中复杂电磁环境的模拟仿真等。数字储频系统的首要条件是测量输入信号的工作频率，引导储频系统对感兴趣的频率信号以合适的保真度进行存储，并将输出信号频率引导到目标频率。这一技术被称为频率引导技术或储频技术。衡量储频技术的主要技术指标包括瞬时带宽、储频精度、存储时间、虚假信号功率等。
传统的频率引导技术有射频储频环储频技术、测频法频率引导技术、比较法频率引导技术等。在特定的时期内，针对特定的早期电子传感设备是有效的，可以实现相关性能，频率估计也能够达到相当的精度。然而，这些技术存在共同的缺点：重构的信号与原始信号之间频率误差较大，丢失了原始信号的相位信息等，不能用于对抗现代的相参雷达。
因此，如何提供一种能够对抗相参雷达的数字储频系统，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字信道化射频存储系统，不仅能够避免传统方法存储叠加信号而对输出信号形成干扰的问题，而且能够有效避免传统频率引导方法存在多个同时到达信号时频率测量容易受到干扰的问题，能够提高测频精度，实现精确频率引导的技术效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种数字信道化射频存储系统，所述射频存储系统包括：下变频器、A/D变换器、数字信道化储频模块、干扰处理模块、D/A变换器和上变频器，其中，
所述下变频器用于将待处理射频信号下变频为模拟中频信号；所述A/D变换器与所述下变频器连接，所述A/D变换器用于将所述模拟中频信号变换为数字信号；所述数字信道化储频模块与所述A/D变换器连接，所述数字信道化储频模块用于将所述数字信号进行信道化滤波，获得各频道信号，提取各个所述频道信号的特征参数，形成各个所述频道信号的脉冲描述字，并存储各所述频道信号；所述干扰处理模块与所述数字信道化储频模块连接，所述干扰处理模块用于根据实际干扰类型对各频道信号进行干扰处理，获得干扰信号，并对所述干扰信号进行相位调制和幅度调整，获得射频干扰信号；所述D/A变换器与所述干扰处理模块连接，所述D/A变换器用于将所述射频干扰信号转换为模拟信号；所述上变频器与所述D/A变换器连接，所述上变频器用于将所述模拟信号上变频为高频射频信号。
可选的，所述数字信道化储频模块采用多个滤波器组将所述数字信号的频段分成若干个相互连接的子频段，测量每个所述子频段内的所述数字信号的特征参数，并对所述特征参数进行参数编码形成脉冲描述字，所述特征参数包括频率、脉宽、到达时间和/或脉冲幅度。
可选的，所述数字信道化储频模块基于雷达信号与非雷达信号的差异化特征以及统计学准则对各所述频道信号进行频域滤波处理。
可选的，所述数字信道化储频模块采用非线性量化方法对所述频道信号进行幅度量化和相位量化。
可选的，所述射频存储系统还包括接收天线和发送天线，其中，
所述接收天线与所述下变频器连接，所述接收天线用于接收所述待处理射频信号；所述发送天线与所述上变频器连接，所述发送天线用于发送所述高频射频信号。
可选的，所述射频存储系统还包括背板，所述背板设置有CPCI接口。
可选的，所述射频存储系统包括现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA固化有DSP微处理器，所述FPGA包括所述数字信道化储频模块和所述干扰处理模块。
可选的，所述FPGA通过所述CPCI接口进行数据传输。
可选的，所述下变频器与所述上变频器的本振相同。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的数字信道化射频存储系统包括：下变频器、A/D变换器、数字信道化储频模块、干扰处理模块、D/A变换器和上变频器。数字信道化储频模块首先将A/D变换器输出的数字信号进行信道化滤波，获得各频道信号，然后提取各个所述频道信号的特征参数，形成各个所述频道信号的脉冲描述字，最终存储的是各频道信号。可见，本发明的数字信道化储频模块能够对输入信号进行频域分离后再存储，不仅能够避免传统方法存储叠加信号而对输出信号形成干扰的问题，而且能够有效避免传统频率引导方法存在多个同时到达信号时频率测量容易受到干扰的问题。数字信道化储频模块的引入能够支持多个同时到达信号的采集和存储，从而提高测频精度，实现了精确频率引导的技术效果，能够用于对抗相参雷达。
本发明设置的高速、多位A/D变换器，工作频率进入微波频段后，可以直接在中频或射频频段采集、重构信号，并且保持原始信号的相位等细微信息特征，从而保证输出信号具有很好的相参性，并能够实现很高的射频存储精度、长信号存储时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种数字信道化射频存储系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的数字信道化射频存储系统的信令交互图；
图3为本发明实施例提供的数字信道化存储模块在FPGA处理器中的结构框图；
图4为本发明实施例提供的数字信道化存储模块的具体流程图；
图5为本发明实施例提供的采用的数字信道化处理的相位比较和幅度比较的频率测量结果图；
图6为本发明实施例提供的干扰处理模块在FPGA中的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种数字信道化射频存储系统，不仅能够避免传统方法存储叠加信号而对输出信号形成干扰的问题，而且能够有效避免传统频率引导方法存在多个同时到达信号时频率测量容易受到干扰的问题，能够提高测频精度，实现精确频率引导的技术效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种数字信道化射频存储系统的结构框图。如图1所示，一种数字信道化射频存储系统，所述射频存储系统包括：接收天线101、下变频器102、A/D变换器103、数字信道化储频模块104、干扰处理模块105、D/A变换器106、上变频器107和发送天线108，其中，
所述接收天线101与所述下变频器102连接，所述接收天线101用于接收待处理射频信号。所述下变频器102用于将待处理射频信号下变频为模拟中频信号。所述A/D变换器103与所述下变频器102连接，所述A/D变换器103用于将所述模拟中频信号变换为数字信号。
所述数字信道化储频模块104与所述A/D变换器103连接，所述数字信道化储频模块104用于将所述数字信号进行信道化滤波，获得各频道信号。所述数字信道化储频模块104包括频域滤波处理单元，所述频域滤波处理单元基于雷达信号与通信信号、噪声、杂波、谐波等非雷达信号的差异化特征以及统计学准则设计而成，用于对各所述频道信号进行频域滤波处理。同时，数字信道化储频模块104提取各个所述频道信号的特征参数，形成各个所述频道信号的脉冲描述字。进一步地，数字信道化储频模块104采用非线性量化方法对频域滤波处理后的频道信号进行幅度量化和相位量化处理，并将量化后的数据存储。
所述干扰处理模块105与所述数字信道化储频模块104连接，所述干扰处理模块105用于根据实际干扰类型采用对应的干扰处理方法对数字信道化储频模块104输出的各频道信号进行干扰处理，获得干扰信号，并对所述干扰信号进行相位调制和幅度调整，获得射频干扰信号。所述D/A变换器106与所述干扰处理模块105连接，所述D/A变换器106用于将所述射频干扰信号转换为模拟信号。所述上变频器107与所述D/A变换器106连接，所述上变频器107采用与所述下变频器102相同的本振将所述模拟信号上变频为高频射频信号。所述发送天线108与所述上变频器107连接，所述发送天线108用于发送所述高频射频信号。
本实施例中，所述射频存储系统还包括背板和现场可编程门阵列FPGA。所述背板设置有CPCI接口，所述FPGA固化有DSP微处理器，所述FPGA包括数字信道化储频模块104和干扰处理模块105，所述FPGA通过所述CPCI接口进行数据传输。所述数字信道化储频模块104采用多个滤波器组将所述数字信号的频段分成若干个相互连接的子频段，测量每个所述子频段内的所述数字信号的特征参数，并对所述特征参数进行参数编码形成脉冲描述字，所述特征参数包括频率、脉宽、到达时间和/或脉冲幅度。
图2为本发明实施例提供的数字信道化射频存储系统的信令交互图。如图2所示，本实施例的数字信道化射频存储系统包括信号采集板、数字信道化储频板、干扰处理板以及背板，其中，信号采集板设置有A/D变换器和D/A变换器，能够实现A/D变换和D/A变换功能。天线及微波组件模块包括收发天线、上变频器和下变频器，能够实现上变频功能和下变频功能。背板基于CPCI总线结构，用于实现上述各板卡以及天线及微波组件之间的数据读取。
图3为本发明实施例提供的数字信道化存储模块在FPGA处理器中的结构框图。如图3所示，数字信道化存储模块通过许多个带宽很窄的滤波器组将输入的A/D采样信号的频段分成若干个相互连接的子频段。以每个子频段为最小检测单位，完成该子频段内的输入信号频率(RF)、脉宽(PW)、到达时间(TOA)、脉冲幅度(PA)等参数的测量，然后经参数编码形成具有一定格式的脉冲描述字(Pulse Description Word，PDW)。
图4为本发明实施例提供的数字信道化存储模块的具体流程图。在数字储频过程中，量化技术在“波形保真”中起着关键的作用，决定了瞬时带宽、杂波抑制、动态和相干性等。如图4所示，数字信道化储频板通过CPCI接口背板的处理板接口访问信号采集板，读取中频采样数据进行快速傅里叶变换FFT实现信道化处理。信道化后输出的频域信号通过基于DSP的频域滤波处理，去除各种噪声、杂波、通信信号等非雷达信号。同时，对信道化后的数据进行检波和参数估计，完成参数编码功能，并输出PDW。频域滤波处理后的信道化数据输入到基于DSP的非线性量化模块进行量化，并将量化后的数据经基于FPGA的信号存储模块进行存储，并允许系统的其他模块通过CPCI板上的处理板接口对存储的数据进行读取。同时，数据存储模块能够控制网口接口，对允许外部设备对存储的数据进行读取。此外，数字信道化储频板可以获取基准时钟1，并经过时钟分配电路，产生数字信道化模块和信号存储模块需要的参考时钟。
具体实施过程中，本发明采用非线性量化方法，如对数量化法，即对信号幅度的对数进行量化。假设I、Q两路信道在第i个采样时刻的输入分别为x(i)和y(i)，则量化过程如下：
(a)计算第i个采样时刻的幅度A(i)和相位phi(i)：
A(i)＝sqrt(x(i)*x(i)+y(i)*y(i))；
phi(i)＝atan(y(i)/x(i))。
(b)计算A(i)的对数量化值A_dB(i)：
A_dB(i)＝10*log10(A(i))。
(c)将数据对A_dB(i)和phi(i)存储在存储器中。
(d)重构数据时，取出数据对A_dB(i)和phi(i)，则重构数据的I路为：AI(i)＝10^(A_dB(i)/10)*cos(phi(i))，Q路为：AQ(i)＝10^(A_dB(i)/10)*sin(phi(i))。
该方法既可用于幅度量化法，也可用于幅相量化法。在不明显影响大信号存储质量的情况下，能够有效改善瞬时带宽，显著改善小信号的保真度，尤其适合低截获雷达信号的储频。同时，数据的存储量能够大幅减少，可以在相同存储深度的情况下，有效降低实现成本；或者在相同的成本下，用于改善存储深度。
图5为本发明实施例提供的采用的数字信道化处理的相位比较和幅度比较的频率测量结果图。如图5所示，信噪比30dB，快速傅里叶变换FFT和幅度比较辅助相位比较法，采样频率为1.28GHz，FFT长度为64，频率分辨率为20MHz，均值-0.01MHz，标准偏差0.099MHz，在上述给定条件下，测频平均误差为-0.01MHz，均方根误差为0.099MHz，较传统的测频引导方法有很大改善。
图6为本发明实施例提供的干扰处理模块在FPGA中的结构框图。如图6所示，干扰处理模块能够按照干扰生成策略，对输入的PDW参数和中频采样数据进行调制和重构，产生干扰信号。
综上可见，本发明提供的数字信道化射频存储系统的整体工作流程如下：
1)下变频：将接收天线接收到的射频信号下变频到中频或基带。
2)A/D转换：对中频或基带信号进行高精度、高动态、高保真的数字采样、量化。
3)数字信道化存储：数字信道化存储模块分别将A/D量化后的数字信号经过信道化处理后，提取出关键特征参数，形成脉冲描述字，并保留用于干扰调制。同时，存储处理后的中频数据。
4)干扰处理：干扰处理模块将信道化存储模块处理的结果进行综合，根据不同的干扰样式将各类存储样本分别作不同的运算处理并合成，然后完成输出信号的延迟和幅度等控制后，形成射频干扰信号。
5)D/A转换：调制器形成的干扰信号经过并-串转换电路后，通过D/A把数字信号变为模拟信号。
6)上变频：利用下变频时用的同一个本振，将D/A信号进行上变频，得到射频信号。
本发明提供的数字信道化射频存储系统，数字信道化储频模块能够对输入信号进行频域分离后再存储，避免了传统方法存储叠加信号而对输出信号形成干扰的问题。并能够有效避免传统频率引导方法存在多个同时到达信号时频率测量容易受到干扰等问题。数字信道化接收机的引入能够支持多个同时到达信号的采集和存储，提高测频精度，实现了精确频率引导的射频存储方案。
同时，本发明对数字信道化储频模块每个信道输出的信号进行频域滤波处理，利用雷达信号与通信信号、噪声、杂波、谐波等非雷达信号的差异化特征以及统计学准则设计滤波器，能够去除传统数字储频系统在信号存储前存在通信信号、噪声、杂波等虚假信号，在相同的硬件开销下改善瞬时工作带宽，提高存储深度，改善输出信号主杂比。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种数字信道化射频存储系统，其特征在于，所述射频存储系统包括：下变频器、A/D变换器、数字信道化储频模块、干扰处理模块、D/A变换器和上变频器，其中，
所述下变频器用于将待处理射频信号下变频为模拟中频信号；所述A/D变换器与所述下变频器连接，所述A/D变换器用于将所述模拟中频信号变换为数字信号；所述数字信道化储频模块与所述A/D变换器连接，所述数字信道化储频模块用于将所述数字信号进行信道化滤波，获得各频道信号，提取各个所述频道信号的特征参数，形成各个所述频道信号的脉冲描述字，并存储各所述频道信号；所述干扰处理模块与所述数字信道化储频模块连接，所述干扰处理模块用于根据实际干扰类型对各频道信号进行干扰处理，获得干扰信号，并对所述干扰信号进行相位调制和幅度调整，获得射频干扰信号；所述D/A变换器与所述干扰处理模块连接，所述D/A变换器用于将所述射频干扰信号转换为模拟信号；所述上变频器与所述D/A变换器连接，所述上变频器用于将所述模拟信号上变频为高频射频信号。
2.根据权利要求1所述的射频存储系统，其特征在于，所述数字信道化储频模块采用多个滤波器组将所述数字信号的频段分成若干个相互连接的子频段，测量每个所述子频段内的所述数字信号的特征参数，并对所述特征参数进行参数编码形成脉冲描述字，所述特征参数包括频率、脉宽、到达时间和/或脉冲幅度。
3.根据权利要求1所述的射频存储系统，其特征在于，所述数字信道化储频模块基于雷达信号与非雷达信号的差异化特征以及统计学准则对各所述频道信号进行频域滤波处理。
4.根据权利要求1所述的射频存储系统，其特征在于，所述数字信道化储频模块采用非线性量化方法对所述频道信号进行幅度量化和相位量化。
5.根据权利要求1所述的射频存储系统，其特征在于，所述射频存储系统还包括接收天线和发送天线，其中，
所述接收天线与所述下变频器连接，所述接收天线用于接收所述待处理射频信号；所述发送天线与所述上变频器连接，所述发送天线用于发送所述高频射频信号。
6.根据权利要求1所述的射频存储系统，其特征在于，所述射频存储系统还包括背板，所述背板设置有CPCI接口。
7.根据权利要求6所述的射频存储系统，其特征在于，所述射频存储系统包括现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA固化有DSP微处理器，所述FPGA包括所述数字信道化储频模块和所述干扰处理模块。
8.根据权利要求7所述的射频存储系统，其特征在于，所述FPGA通过所述CPCI接口进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的射频存储系统，其特征在于，所述下变频器与所述上变频器的本振相同。
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