CN110677216A - 面向电子对抗的数字射频前端及射频信号频率检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向电子对抗的数字射频前端及射频信号频率检测方法。所述数字射频前端包括：射频接收前端模块，射频频率检测模块，数字接收机模块，数字发射机模块，射频发射前端模块。射频接收前端模块接收空间信号进行初步滤波和放大处理并将其发送至射频频率检测模块判断是否有雷达信号并得到特定载波频率的数字射频信号，将其发送至数字接收机模块得到低频基带信号并传给数字发射机模块生成同样频率的干扰基带信号并转换成模拟射频信号送到射频发射前端模块将其降噪和放大后发射出去。本发明能接收宽带宽的多种频率的雷达信号并精确产生干扰射频信号实现电子对抗效果，克服传统高频信号频率检测设备频率低、带宽窄的缺点，满足现代电子对抗平台的需求。

Description

面向电子对抗的数字射频前端及射频信号频率检测方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及面向电子对抗的数字射频前端及射频信号频率检测方法。

背景技术

随着科学技术的发展，其中涉及于导弹、雷达等方面的电子高频信号贯穿于整个战争过程，电子对抗也应运而生。目前，电子对抗平台多采用模拟射频前端，但模拟射频前端工作频率范围和带宽比较有限，为了实现较宽的工作频率，往往需要将工作频率划分为若干较窄的频率范围，每个频率范围都配置一个模拟射频前端工作，这样就造成电子对抗平台的体积庞大、架构复杂，导致其应用场景受限，同时模拟射频前端集成度低，目前单芯片支持通道数很少，且通道一致性差，故电子对抗的射频前端需要新的技术与设计方法。同时，雷达等射频信号变化多端，波段很宽，对特定频率的射频信号的采样和获取需要更高频率和更高带宽的平台。

数字射频前端具备工作频率范围和带宽宽、集成度高、通道一致性好等优点，所以数字射频前端应用于电子对抗平台具备得天独厚的优势，可以克服目前基于传统设计架构的模拟射频前端工作频率范围窄，系统复杂，体积庞大等局限，构建出小型化、多功能、灵活性高的电子对抗平台。数字射频前端具备小型化的特点，可通过软件定义切换电子侦察、干扰和抗干扰等功能，以此来克服传统模拟射频电子对抗平台工作频带范围受限，体积庞大，灵活性差等问题；同时克服传统射频信号采样率低、带宽窄、速率低、结构复杂等缺点，更好地满足现代电子对抗的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有电子对抗中的上述缺陷，提出面向电子对抗的数字射频前端及射频信号频率检测方法，以适应不同制式的信号和不同的功能需求，从而满足现代电子对抗平台的需求。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

面向电子对抗的数字射频前端，包括射频接收前端模块、射频频率检测模块、数字接收机模块、数字发射机模块、射频发射前端模块；

所述射频接收前端模块，接收宽带宽的空间信号并进行初步的滤波和放大，然后将滤波放大后的空间信号输出到射频频率检测模块；

所述射频频率检测模块，接收滤波放大后的空间信号，通过处理得到特定载波频率的数字射频信号并判断该载波频率是否为目标雷达信号的频率，然后将特定载波频率数字射频信号输出到数字接收机模块；

所述数字接收机模块，对接收到的数字射频信号进行下变频、滤波和抽取得到低频基带信号并将其输出到数字发射机模块；

所述数字发射机模块，根据接收到的低频基带信号生成低频干扰基带信号并将其通过量化调制和上变频得到数字射频信号，然后将数字射频信号通过数模转换转变成模拟射频信号并将其输出到射频发射前端模块；

所述射频发射前端模块，用于将数字发射机模块发出的模拟射频信号进行滤波和放大并发射出去。

进一步地，所述射频接收前端模块包括宽带滤波器和低噪声功率放大器；其中，所述宽带滤波器用于接收宽频带内的空间信号并进行初步滤波；所述低噪声功率放大器用于对空间信号功率进行放大并输出到射频频率检测模块。

进一步地，所述射频频率检测模块，包括n个参考信号模块、n个高速比较器、数字信号处理模块和最大功率检测模块；

所述参考信号模块产生特定频率的三角波作为参考信号；参考信号的频率根据空间信号中的雷达信号的带宽来选取；

所述高速比较器具有差分输入高速比较的功能；n个参考信号模块产生的参考信号分别输入到n个高速比较器的N端；所述射频接收前端模块发送的滤波放大后的空间信号统一接到n个高速比较器的P端，若P端的信号幅值比N端高，输出为1，否则输出为0；

所述数字信号处理模块将高速比较器的n个结果进行FFT处理得到n个频谱，并把所有频谱叠加得到新的频谱；

所述最大功率检测模块对叠加的频谱进行最大功率检测得到信号的载波频率，得到特定频率的数字射频信号，并判断载波频率是否为目标雷达信号频率，若是，将该信号传到数字接收机模块；否则，将该信号存储在内部存储器。

进一步地，所述数字接收机模块，包括数字下变频模块和滤波抽取模块；

所述数字下变频模块产生本振信号，并且将本振信号与所述射频频率检测模块产生的数字射频信号相乘，完成数字射频信号的载波频谱向下搬移；

所述滤波抽取模块对载波频谱向下搬移的信号进行滤波和抽取降速得到低频基带信号并将其输出至数字发射机模块。

进一步地，所述数字发射机模块，包括干扰信号产生模块、Δ-Σ量化模块、数字上变频模块、数模转换模块；

所述干扰信号产生模块，根据数字接收机模块发送的低频基带信号的频率，产生相同频率的基带信号作为干扰信号并输出至Δ-Σ量化模块；

所述Δ-Σ量化模块有量化调制的作用，将特定频率的高位宽的基带信号转为低位宽的基带信号，同时对基带信号进行噪声整形，并将基带信号输出到数字上变频模块；

所述数字上变频模块，根据射频频率检测模块中的最大功率检测模块得到的信号载波频率，产生特定频率的数字方波信号，并且将数字方波信号与基带信号相乘，实现基带信号的载波频率向上搬移，得到数字中频信号；

所述数模转换模块，利用射频DAC将数字上变频模块得到的数字中频信号转换成串行的高速比特流即模拟射频信号输出。

进一步地，所述射频发射前端模块，包括电调滤波器和功率放大器；

所述电调滤波器，实现对不同频段范围的噪声抑制，实现模拟射频信号的远端噪声抑制；

所述功率放大器，对滤波后的模拟射频信号进行功率放大。

进一步地，当雷达信号为窄带信号、带宽为B_n时，n个参考信号的频率分别为f₁=10*B_n、f₂=10*B_n+B_n……f_n=10*B_n+n*B_n；当雷达信号为宽带信号、带宽为B_w时，n个参考信号的频率分别为f₁=B_w、f₂=B_w+B_w……f_n=B_w+n*B_w。

面向电子对抗的射频信号频率检测方法，包括以下步骤：

S1、设置n个高速比较器；

S2、设置n个参考信号模块，分别产生频率为f₁、f₂……f_n的三角波；

S3、将射频接收前端模块处理过的空间信号统一接到高速比较器的P端；

S4、将频率为f₁、f₂……f_n的三角波分别接到n个高速比较器的N端；

S5、每个高速比较器P端和N端的信号进行比较，若P端的信号幅值大，高速比较器输出1，否则输出0；

S6、每个高速比较器得到的结果进行FFT处理得到n个频谱；

S7、将n个频谱叠加得到新的频谱；

S8、将叠加得到的频谱进行最大功率检测，得到最大功率所在频点，得到信号载波频率，并判断载波频率是否为目标雷达信号频率。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

数字射频前端的工作速率的数量级在1GHz以上，而且工作频率带宽宽、集成度高，可以同时接收和处理多种频率的雷达信号，可通过软件自定义系统功能，系统结构简单，灵活性高。

附图说明

图1为本发明实施例的面向电子对抗的数字射频前端的结构示意图；

图2为本发明实施例的射频接收前端模块的组成结构图；

图3为本发明实施例的射频频率检测模块的组成结构图；

图4为本发明实施例的数字接收机模块的组成结构图；

图5为本发明实施例的数字发射机模块的组成结构图；

图6为本发明实施例的射频发射前端模块的组成结构图；

图7为本发明实施例的面向电子对抗的射频信号频率检测方法的流程图；

图8为本发明实施例中当雷达信号为窄带信号、带宽为B_n时射频信号频率检测方法的具体示意图；

图9为本发明实施例中当雷达信号为宽带信号、带宽为B_w时射频信号频率检测方法的具体示意图；

图10为本发明实施例利用基于FPGA的面向电子对抗的数字射频前端及射频信号频率检测方法来接收雷达X、C、S波段并发射射频干扰信号的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例1：

serdes在FPGA中又称为高速收发器，带有差分输入端，即serdes端口有高速比较的功能，可以将射频模拟信号转换为射频数字信号,所以在接收端，本实施例是基于FPGA的serdes差分端口来代替高速比较器，实现射频信号频率检测的功能；同时serdes端口可以输出0、1两个电平的射频模拟信号，可以实现并串转换功能，即将并行低速信号转换成串行的高速比特流输出同时完成射频数模转换，所以在发射端，本实施例是基于FPGA的serdes来代替射频DAC，实现数字发射机模块的数模转换。

面向电子对抗的数字射频前端，如图1所示，包括射频接收前端模块100、射频频率检测模块200、数字接收机模块300、数字发射机模块400、射频发射前端模块500；

所述射频接收前端模块100，接收宽带宽的空间信号并进行初步的滤波和放大，然后将滤波放大后的空间信号输出到射频频率检测模块200；

所述射频频率检测模块200，接收滤波放大后的空间信号，通过处理得到特定载波频率的数字射频信号并判断该载波频率是否为目标雷达信号的频率，然后将特定载波频率数字射频信号输出到数字接收机模块300；

所述数字接收机模块300，对接收到的数字射频信号进行下变频、滤波和抽取得到低频基带信号并将其输出到数字发射机模块400；

所述数字发射机模块400，根据接收到的低频基带信号生成低频干扰基带信号并将其通过量化调制和上变频得到数字射频信号，然后将数字射频信号通过数模转换转变成模拟射频信号并将其输出到射频发射前端模块500；

所述射频发射前端模块500，用于将数字发射机模块发出的模拟射频信号进行滤波和放大并发射出去。

如图2所示，所述射频接收前端模块100包括宽带滤波器101和低噪声功率放大器102；其中，所述宽带滤波器101用于接收宽频带内的空间信号并进行初步滤波；所述低噪声功率放大器102用于对空间信号功率进行放大并输出到射频频率检测模块200。

如图3所示，本实施例中，所述射频频率检测模块200，包括n个参考信号模块201、n个serdes差分端口202、数字信号处理模块203和最大功率检测模块204；

所述参考信号模块201产生特定频率的三角波作为参考信号；参考信号的频率根据空间信号中的雷达信号的带宽来选取；

所述serdes差分端口202具有差分输入高速比较的功能；n个参考信号模块201产生的参考信号分别输入到n个高速比较器202的N端；所述射频接收前端模块100发送的滤波放大后的空间信号统一接到n个serdes差分端口202的P端，若P端的信号幅值比N端高，输出为1，否则输出为0；

所述数字信号处理模块203将serdes差分端口202的n个结果进行FFT处理得到n个频谱，并把所有频谱叠加得到新的频谱；

所述最大功率检测模块204对叠加的频谱进行最大功率检测得到信号的载波频率，得到特定频率的数字射频信号，并判断载波频率是否为目标雷达信号频率，若是，将该信号传到数字接收机模块300；否则，将该信号存储在内部存储器。

如图4所示，所述数字接收机模块300，包括数字下变频模块301和滤波抽取模块302；

所述数字下变频模块301产生本振信号，并且将本振信号与所述射频频率检测模块200产生的数字射频信号相乘，完成数字射频信号的载波频谱向下搬移；

所述滤波抽取模块302对载波频谱向下搬移的信号进行滤波和抽取降速得到低频基带信号并将其输出至数字发射机模块400。

如图5所示，所述数字发射机模块400，包括干扰信号产生模块401、Δ-Σ量化模块402、数字上变频模块403、数模转换模块404；

所述干扰信号产生模块401，根据数字接收机模块300发送的低频基带信号的频率，产生相同频率的基带信号作为干扰信号并输出至Δ-Σ量化模块402；

所述Δ-Σ量化模块402有量化调制的作用，将特定频率的高位宽的基带信号转为低位宽的基带信号，同时对基带信号进行噪声整形，并将基带信号输出到数字上变频模块403；

所述数字上变频模块403，根据射频频率检测模块200中的最大功率检测模块204得到的信号载波频率，产生特定频率的数字方波信号，并且将数字方波信号与基带信号相乘，实现基带信号的载波频率向上搬移，得到数字中频信号；

数模转换模块404，利用基于FPGA的serdes将数字上变频模块403得到 的数字中频信号转换成串行的高速比特流即模拟射频信号输出，实现数字射频信号到模拟射频信号的转换。

如图6所示，所述射频发射前端模块500，包括电调滤波器501和功率放大器502；

本实施例中，所述电调滤波器501，实现对不同频段范围的噪声抑制，具有对信号带外远端300MHz以外的噪声进行抑制的功能，实现模拟射频信号的远端噪声抑制；

所述功率放大器502，对滤波后的模拟射频信号进行功率放大。

面向电子对抗的射频信号频率检测方法，如图7所示，包括以下步骤：

S1、设置n个serdes差分端口；

S2、设置n个参考信号模块，分别产生频率为f₁、f₂……f_n的三角波；

S3、将射频接收前端模块处理过的空间信号统一接到serdes差分端口的P端；

S4、将频率为f₁、f₂……f_n的三角波分别接到n个serdes差分端口的N端；

S5、每个serdes差分端口P端和N端的信号进行比较，若P端的信号幅值大，serdes差分端口输出1，否则输出0；

S6、每个serdes差分端口得到的结果进行FFT处理得到n个频谱；

S7、将n个频谱叠加得到新的频谱；

S8、将叠加得到的频谱进行最大功率检测，得到最大功率所在频点，得到信号载波频率并判断载波频率是否为目标雷达信号频率。

如图8所示，当雷达信号为窄带信号、带宽为B_n时，n个参考信号模块分别产生f₁=10*B_n、f₂=10*B_n+B_n……f_n=10*B_n+n*B_n的三角波；如图9所示，当雷达信号为宽带信号、带宽为B_w时，n个参考信号模块分别产生f₁=B_w、f₂=B_w+B_w……f_n=B_w+n*B_w的三角波。

n个参考信号分别接到n个serdes差分端口的N端，将包括雷达信号的空间信号统一接到n个serdes差分端口的P端，若P端的信号幅值大，高速收发器输出1，否则输出0，然后将这n个结果进行FFT处理得到n个频谱，并且把这n个频谱进行累加，得到新的频谱。然后对频谱进行最大功率检测，得到信号的载波频率。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上，以接收雷达S、C、X波段的空间信号为例，结合图10介绍本发明的一个应用实例。

如图10所示，面向电子对抗的数字射频前端及射频信号频率检测方法，由射频接收前端模块接收包括雷达S、C、X波段的空间信号，通过对雷达信号初步的滤波和放大后输出到射频频率检测模块，然后通过基于FPGA的serdes差分端口、数字信号处理模块和最大功率检测模块得到特定载波频率的数字射频信号。此处，若检测得到的信号频率为目标雷达信号频率，则将该信号传给数字接收机模块；否则将该信号存储至内部，射频接收前端模块继续接收新的空间信号。将射频频率检测模块发送的特定载波频率的数字射频信号通过数字接收机模块的数字下变频模块和滤波抽取模块生成基带信号，并将特定频率的基带信号传给数字发射机模块。数字发射机模块生成基带干扰信号，通过Δ-Σ量化模块、数字上变频模块、数模转换模块生成模拟射频信号，此处根据射频频率检测模块中的最大功率检测模块得到的信号载波频率来确定特定频率的数字方波信号，数字方波信号与基带干扰信号相乘实现基带信号的载波频率向上搬移。最后通过射频发射前端模块把模拟射频信号发射到空间里面。本实施例中的雷达S、C、X波段可以替换成其他频段的射频信号。数字射频前端处理的射频信号的频率均在1GHz以上，数字射频前端的工作速率均在1GHz以上，具有很高的工作性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.面向电子对抗的数字射频前端，其特征在于，包括射频接收前端模块（100）、射频频率检测模块（200）、数字接收机模块（300）、数字发射机模块（400）、射频发射前端模块（500）；

所述射频接收前端模块（100），接收宽带宽的空间信号并进行初步的滤波和放大，然后将滤波放大后的空间信号输出到射频频率检测模块（200）；

所述射频频率检测模块（200），接收滤波放大后的空间信号，通过处理得到特定载波频率的数字射频信号并判断该载波频率是否为目标雷达信号的频率，然后将特定载波频率数字射频信号输出到数字接收机模块（300）；

所述数字接收机模块（300），对接收到的数字射频信号进行下变频、滤波和抽取得到低频基带信号并将其输出到数字发射机模块（400）；

所述数字发射机模块（400），根据接收到的低频基带信号生成低频干扰基带信号并将其通过量化调制和上变频得到数字射频信号，然后将数字射频信号通过数模转换转变成模拟射频信号并将其输出到射频发射前端模块（500）；

所述射频发射前端模块（500），用于将数字发射机模块发出的模拟射频信号进行滤波和放大并发射出去。

2.根据权利要求1所述的面向电子对抗的数字射频前端，其特征在于，所述射频接收前端模块（100）包括宽带滤波器（101）和低噪声功率放大器（102）；其中，所述宽带滤波器（101）用于接收宽频带内的空间信号并进行初步滤波；所述低噪声功率放大器（102）用于对空间信号功率进行放大并输出到射频频率检测模块（200）。

3.根据权利要求1所述的面向电子对抗的数字射频前端，其特征在于，所述射频频率检测模块（200），包括n个参考信号模块（201）、n个高速比较器（202）、数字信号处理模块（203）和最大功率检测模块（204）；

所述参考信号模块（201）产生特定频率的三角波作为参考信号；参考信号的频率根据空间信号中的雷达信号的带宽来选取；

所述高速比较器（202）具有差分输入高速比较的功能；n个参考信号模块（201）产生的参考信号分别输入到n个高速比较器（202）的N端；所述射频接收前端模块（100）发送的滤波放大后的空间信号统一接到n个高速比较器（202）的P端，若P端的信号幅值比N端高，输出为1，否则输出为0；

所述数字信号处理模块（203）将高速比较器（202）的n个结果进行FFT处理得到n个频谱，并把所有频谱叠加得到新的频谱；

所述最大功率检测模块（204）对叠加的频谱进行最大功率检测得到信号的载波频率，得到特定频率的数字射频信号，并判断载波频率是否为目标雷达信号频率，若是，将该信号传到数字接收机模块（300）；否则，将该信号存储在内部存储器。

4.根据权利要求1所述的面向电子对抗的数字射频前端，其特征在于，所述数字接收机模块（300），包括数字下变频模块（301）和滤波抽取模块（302）；

所述数字下变频模块（301）产生本振信号，并且将本振信号与所述射频频率检测模块（200）产生的数字射频信号相乘，完成数字射频信号的载波频谱向下搬移；

所述滤波抽取模块（302）对载波频谱向下搬移的信号进行滤波和抽取降速得到低频基带信号并将其输出至数字发射机模块（400）。

5.根据权利要求1所述的面向电子对抗的数字射频前端，其特征在于，所述数字发射机模块（400），包括干扰信号产生模块（401）、Δ-Σ量化模块（402）、数字上变频模块（403）、数模转换模块（404）；

所述干扰信号产生模块（401），根据数字接收机模块（300）发送的低频基带信号的频率，产生相同频率的基带信号作为干扰信号并输出至Δ-Σ量化模块（402）；

所述Δ-Σ量化模块（402）有量化调制的作用，将特定频率的高位宽的基带信号转为低位宽的基带信号，同时对基带信号进行噪声整形，并将基带信号输出到数字上变频模块（403）；

所述数字上变频模块（403），根据射频频率检测模块（200）中的最大功率检测模块（204）得到的信号载波频率，产生特定频率的数字方波信号，并且将数字方波信号与基带信号相乘，实现基带信号的载波频率向上搬移，得到数字中频信号；

所述数模转换模块（404），利用射频DAC将数字上变频模块（403）得到的数字中频信号转换成串行的高速比特流即模拟射频信号输出。

6.根据权利要求1所述的面向电子对抗的数字射频前端，其特征在于，所述射频发射前端模块（500），包括电调滤波器（501）和功率放大器（502）；

所述电调滤波器（501），实现对不同频段范围的噪声抑制，实现模拟射频信号的远端噪声抑制；

所述功率放大器（502），对滤波后的模拟射频信号进行功率放大。

7.根据权利要求3所述的面向电子对抗的数字射频前端，其特征在于，当雷达信号为窄带信号、带宽为B_n时，n个参考信号的频率分别为f₁=10*B_n、f₂=10*B_n+B_n……f_n=10*B_n+n*B_n；当雷达信号为宽带信号、带宽为B_w时，n个参考信号的频率分别为f₁=B_w、f₂=B_w+B_w……f_n=B_w+n*B_w。

8.面向电子对抗的射频信号频率检测方法，其特征在于，所述射频信号频率检测方法包括以下步骤：

S1、设置n个高速比较器；

S2、设置n个参考信号模块，分别产生频率为f₁、f₂……f_n的三角波；

S3、将射频接收前端模块处理过的空间信号统一接到高速比较器的P端；

S4、将频率为f₁、f₂……f_n的三角波分别接到n个高速比较器的N端；

S5、每个高速比较器P端和N端的信号进行比较，若P端的信号幅值大，高速比较器输出1，否则输出0；

S6、每个高速比较器得到的结果进行FFT处理得到n个频谱；

S7、将n个频谱叠加得到新的频谱；

S8、将叠加得到的频谱进行最大功率检测，得到最大功率所在频点，得到信号载波频率，并判断载波频率是否为目标雷达信号频率。

Images