基于連續(xù)采樣法的模擬接收機(jī)參數(shù)測(cè)量

劉 琳

(海軍駐揚(yáng)州七二三所軍事代表室，江蘇 揚(yáng)州 225001)

基于連續(xù)采樣法的模擬接收機(jī)參數(shù)測(cè)量

劉 琳

(海軍駐揚(yáng)州七二三所軍事代表室，江蘇 揚(yáng)州 225001)

傳統(tǒng)的模擬接收機(jī)在雷達(dá)脈沖前沿提取各參數(shù)，但對(duì)如射頻掩護(hù)、線性調(diào)頻及脈內(nèi)頻率捷變等新型調(diào)制脈沖，不能較好地測(cè)量信號(hào)。用連續(xù)采樣法實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬接收機(jī)參數(shù)的測(cè)量，在過數(shù)字門限后，連續(xù)地對(duì)接收機(jī)視頻信號(hào)進(jìn)行采樣、運(yùn)算，得到雷達(dá)參數(shù)，解決了基于前沿采樣的參數(shù)測(cè)量方法只能測(cè)量脈沖起始參數(shù)的缺點(diǎn)，為電子偵察提供了更多有用的參數(shù)。

模擬接收機(jī)；參數(shù)測(cè)量；連續(xù)采樣

0 引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，電子對(duì)抗的作用變得越來越重要，而電子偵察是電子對(duì)抗的重要環(huán)節(jié)，其中接收機(jī)對(duì)雷達(dá)參數(shù)的測(cè)量是電子偵察的關(guān)鍵，直接關(guān)系到偵察任務(wù)的完成。隨著技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)脈沖形式多樣，傳統(tǒng)單一頻率的脈沖形式越來越少，出現(xiàn)了多種形式的調(diào)制脈沖，如射頻掩護(hù)、線性調(diào)頻以及脈內(nèi)頻率捷變等形式。傳統(tǒng)的基于脈沖前沿提取雷達(dá)參數(shù)的模擬接收機(jī)已經(jīng)不能滿足需求，本文在分析傳統(tǒng)模擬接收機(jī)不足的基礎(chǔ)上，提出了一種基于連續(xù)采樣的模擬接收機(jī)，并給出了實(shí)現(xiàn)步驟。

1 傳統(tǒng)模擬接收機(jī)參數(shù)測(cè)量原理

模擬接收機(jī)的主要任務(wù)是盡可能真實(shí)地提取雷達(dá)脈沖信息，送給信號(hào)處理分析。傳統(tǒng)的模擬接收機(jī)一般在雷達(dá)脈沖的前沿提取幅度、頻率、到達(dá)時(shí)間和方位信息等雷達(dá)參數(shù)，根據(jù)一定的準(zhǔn)則判斷脈沖后沿，得到脈寬信息，結(jié)束單個(gè)脈沖的測(cè)量。

圖1為傳統(tǒng)的模擬接收機(jī)參數(shù)測(cè)量原理框圖[1]。模擬接收機(jī)的輸入信號(hào)有全向射頻和定向射頻，全向射頻完成除到達(dá)方向(DOA)以外各參數(shù)的測(cè)量，定向射頻完成DOA的測(cè)量，所有這些參數(shù)的測(cè)量都是在脈沖同步測(cè)量信號(hào)(PCMD)的作用下完成的。傳統(tǒng)的模擬接收機(jī)是將輸入的全向射頻信號(hào)分為2路：一路送對(duì)數(shù)視頻檢波放大器(DLVA)；另一路送數(shù)字瞬時(shí)測(cè)頻(DIFM)裝置，完成射頻(RF)頻率的測(cè)量，并產(chǎn)生射頻頻率準(zhǔn)備就緒(RFRDY)指令。DLVA輸出的視頻信號(hào)又分為3路：一路與模擬門限比較，當(dāng)前沿大于門限時(shí)給出PCMD同步測(cè)量脈沖，同步測(cè)量信號(hào)的各參數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生門信號(hào)/視頻門限(VIDGTE)的前沿；一路用于完成脈沖幅度(PA)、到達(dá)時(shí)間(TOA)的測(cè)量，并產(chǎn)生脈沖幅度準(zhǔn)備就緒(PARDY)、到達(dá)時(shí)間準(zhǔn)備就緒(TOARDY)指令；另一路進(jìn)行采樣保持，采樣保持后的信號(hào)下降3 dB作為后沿門限，信號(hào)與后沿門限比較，產(chǎn)生門信號(hào)/VIDGTE的后沿。對(duì)門信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到信號(hào)的脈沖寬度(PW)，同時(shí)產(chǎn)生脈沖寬度準(zhǔn)備就緒(PWRDY)指令。各個(gè)參數(shù)準(zhǔn)備就緒后形成脈沖描述字準(zhǔn)備就緒(PDWRDY)指令，與各參數(shù)一起送信號(hào)處理[2]。測(cè)量時(shí)序圖如圖2所示。

圖1 參數(shù)測(cè)量原理框圖

圖2 參數(shù)測(cè)量時(shí)序圖

由上可見，傳統(tǒng)的接收機(jī)在脈沖的前沿采樣，對(duì)整個(gè)脈寬內(nèi)的頻率和幅度變化沒有體現(xiàn)。

2 傳統(tǒng)的模擬接收機(jī)的不足

隨著技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)脈沖形式多樣，傳統(tǒng)的單一頻率的脈沖形式越來越少，出現(xiàn)多種形式的調(diào)制脈沖，如射頻掩護(hù)、線性調(diào)頻以及脈內(nèi)頻率捷變等形式。以一種比較極端的脈內(nèi)頻率捷變形式的雷達(dá)信號(hào)為例，如圖3所示。每個(gè)脈沖由多個(gè)頻率、幅度不同的子脈沖構(gòu)成，且脈沖系列中子脈沖的頻率和幅度變化規(guī)律并不相同。

圖3 脈內(nèi)頻率捷變形式雷達(dá)信號(hào)波形

如果還是采用傳統(tǒng)的模擬接收機(jī)前沿采樣的做法，只能測(cè)得前沿的頻率，前后2個(gè)脈沖組的前沿頻率又是不一樣的，這樣就會(huì)送出2個(gè)不同的頻率值，同時(shí)對(duì)于脈沖組內(nèi)的其它頻率信息也是無能為力的，這樣會(huì)丟失大量的脈沖信息，不能真實(shí)地體現(xiàn)接收到的外部情況。

3 情報(bào)偵察的解決方法

傳統(tǒng)模擬接收機(jī)采用前沿采樣的處理方式，會(huì)丟失大量脈沖內(nèi)信息。目前以中頻數(shù)字采樣技術(shù)為代表的情報(bào)偵察接收機(jī)較好地解決了這個(gè)問題。其方法是將接收到的雷達(dá)信號(hào)通過變頻處理變化到中頻上，高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件將中頻信號(hào)采集保存在緩存中，處理器讀取緩存里的數(shù)據(jù)，分析出這個(gè)信號(hào)的脈沖信息。

情報(bào)偵察的處理能力和處理速度與硬件配置與軟件算法相關(guān)很大，總的來講，情報(bào)偵察的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)模擬接收機(jī)的處理速度，這是因?yàn)椋?/p>

(1) 硬件配置。對(duì)中頻的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的最高采樣速度目前可以做到GHz級(jí)，即其中頻帶寬只能做到GHz級(jí)；即使做到了GHz級(jí)帶寬的采樣，由于在該中頻中會(huì)有大量的不需要處理的信息，如何將不需處理信息濾除，保留需要處理的信息，現(xiàn)在普遍采用的方法是減少中頻處理帶寬，對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行情報(bào)偵察，以掃描或者設(shè)置的方式來處理。

(2) 軟件算法。處理器對(duì)中頻采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，由于是對(duì)未知信號(hào)分析，接收到的信號(hào)可能是簡(jiǎn)單調(diào)制脈沖、捷變信號(hào)、參差、抖動(dòng)、線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻等，處理器需要以多種算法來判斷雷達(dá)類型，得到脈沖信息。

綜上所述，情報(bào)偵察結(jié)合了接收機(jī)和信號(hào)處理的功能，解決了完整提取脈沖信息的問題。但由于信號(hào)處理的時(shí)間消耗，其實(shí)時(shí)性不能和傳統(tǒng)模擬接收機(jī)相比。

4 連續(xù)采樣模擬接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)

考慮采用連續(xù)采樣的方法對(duì)脈內(nèi)頻率捷變諸如此類形式的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。連續(xù)采樣測(cè)量框圖如圖4所示，連續(xù)采樣測(cè)量時(shí)序圖如圖5所示。

圖4 連續(xù)采樣測(cè)量框圖

用時(shí)鐘(例如40 MHz)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行連續(xù)采樣，在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)中與數(shù)字門限比較，產(chǎn)生PCMD、門信號(hào)VIDGTE，并比較相鄰采樣脈沖的PA、RF等，提取更多的信息。此方法用于某偵察機(jī)項(xiàng)目及某測(cè)頻系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了500 MHz帶寬-82 dBm的測(cè)頻靈敏度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了線性調(diào)頻信號(hào)的測(cè)量，能給出載頻的起始頻率、中間頻率以及終止頻率。

圖5 連續(xù)采樣測(cè)量時(shí)序圖

連續(xù)采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)參數(shù)的測(cè)量主要分為下面幾步:

(1) PCMD的產(chǎn)生

連續(xù)采樣得到的視頻信號(hào)幅度PA值，在FPGA中與數(shù)字門限比較，大于門限則產(chǎn)生PCMD。

(2) 門信號(hào)VIDGTE的產(chǎn)生

PCMD的前沿即為門信號(hào)VIDGTE的前沿。當(dāng)采樣的PA值小于門限時(shí)，則認(rèn)為脈沖結(jié)束，此時(shí)產(chǎn)生門信號(hào)VIDGTE的后沿。

(3) 頻率的測(cè)量

在門信號(hào)內(nèi)，每一個(gè)采樣時(shí)鐘對(duì)頻率連續(xù)測(cè)量，產(chǎn)生一串RF碼，鎖存第1個(gè)RF碼，后一個(gè)RF碼與前一個(gè)鎖存的RF碼比較。超出容差時(shí)，則認(rèn)為頻率跳變，此時(shí)給出RFRDY鎖存標(biāo)志，并鎖存后一個(gè)RF碼用作下一步的比較。實(shí)際操作時(shí)，可以考慮連續(xù)2個(gè)(或3個(gè))超容差時(shí)認(rèn)為頻率跳變。

5 結(jié)束語

通過對(duì)雷達(dá)脈沖的連續(xù)采樣，不僅可以得到每個(gè)脈沖前沿的頻率、幅度等信息，還可以得到脈沖寬度內(nèi)的頻率、幅度的詳細(xì)信息，真實(shí)反映了雷達(dá)脈沖的信息。

[1] 林象平.雷達(dá)對(duì)抗原理[M].西安：西北電訊工程學(xué)院出版社，1985.

[2] JAMES T.寬帶數(shù)字接收機(jī)[M].楊小牛，陸安南，金飚譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

MeasurementofAnalogReceiverParametersBasedonContinuousSamplingMethod

LIU Lin

(Naval Representative Office Based in The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Traditional analog receiver extracts each parameter at the front edge of radar pulse,but can not measure signals well to new modulation pulses such as radio frequency shield,linear frequency modulation and impulse frequency agility,etc.This paper proposes a continuous sampling method to measure the parameters of analog receiver.Over the digital threshold,it can continuously samples and calculates the receiver video signals to gain the radar parameters,which solves the problem that the parameter measurement method based on front-edge sampling only can measure the original parameters of pulses,provides more available parameters for electronic reconnaissance.

analog receiver;parameter measurement;continuous sampling

TN957.52

A

CN32-1413(2017)05-0084-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.05.018

2017-04-21