基于多相濾波技術(shù)的ESM/ELINT接收機的設(shè)計與實現(xiàn)

柴樺　高俊杰

摘要：本文針對雷達技術(shù)發(fā)展對接收機的發(fā)展提出的新要求，研究了目前市場上現(xiàn)有的接收機技術(shù)，提出了基于多相濾波技術(shù)的ESM/ELINT接收機技術(shù)， 并在硬件設(shè)計與實現(xiàn)方面進行了詳細的論證和描述，進一步提高了國內(nèi)在雷達信號采集處理等方面技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：多相濾波 接收機

隨著雷達技術(shù)的發(fā)展，對雷達數(shù)字接收機提出了越來越高的要求，雷達數(shù)字接收機的瞬時帶寬會越來越寬，采樣頻率會越來越高，由于信號處理能力和采樣能力之間的差距有可能長期存在，因此如何解決解決數(shù)據(jù)“瓶頸”是數(shù)字接收機的關(guān)鍵問題之一。寬帶數(shù)字接收機作為新一代數(shù)字接收機，其實現(xiàn)方案是目前研究的一個熱點，國內(nèi)外對此都有一定的研究。目前市場產(chǎn)品一是利用基于PCI總線的工控機作為主機，利用TI公司的DSP芯片TMS320C31作為處理器實現(xiàn)多路并行FFT，瞬時帶寬為1GHz，采樣頻率為125MHz，通道延時為0.3nS。二是寬帶高效下變頻基于FPGA實現(xiàn)的引導式接收機。

一、總體設(shè)計與實現(xiàn)

多相濾波ESM/ELINT接收機由數(shù)據(jù)采集處理器和主計算機兩部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集處理器主要實現(xiàn)寬帶信號的采集和處理，給出信號的有關(guān)參數(shù)。主計算機主要實現(xiàn)信號的分選和識別。數(shù)據(jù)采集處理器由四部分構(gòu)成：第一部分是用來實現(xiàn)寬帶信號高速帶通采樣的數(shù)據(jù)采集卡，其采樣頻率為2.25GHz，量化位數(shù)為8bit，信號的輸入頻率范圍為1.1GH～2.7GHz。數(shù)據(jù)采集卡和多相濾波器之間通過專用的高速數(shù)據(jù)總線連接，實現(xiàn)信號的實時傳輸。第二部分是多相濾波器，該濾波器將整個輸入頻段劃分成16個子信道，每個子信道的有效寬度為19.25MHz，輸出數(shù)據(jù)位數(shù)為8bit，輸出數(shù)據(jù)率為68.125Mbyte/S，該濾波器可以采用FPGA實現(xiàn)。第三部分是用來進行信道化后處理的并行處理陣列，并行處理陣列可以利用多DSP并行處理卡構(gòu)成，由于多相濾波ESM/ELINT接收機的輸出信道出現(xiàn)同時到達信號的概率并不高，因此在每個信道處理過程中可以不考慮同時到達信號問題，但整個1GHz頻帶內(nèi)很可能會出現(xiàn)同時到達多信號，因此每個信道都有自己獨立的并行處理卡。處理卡和多相濾波器之間利用專用高速數(shù)據(jù)總線連接，處理結(jié)果通過計算機通用總線送主計算機進行后續(xù)處理。第四部分是并行存儲陣列，這部分由硬盤陣列和相應(yīng)的控制電路構(gòu)成，每一個信道可以對應(yīng)一組硬盤，由并行處理卡上的存儲器構(gòu)成海量緩沖器，以保證信號的連續(xù)存儲，采用這種方式可以有效解決寬帶信號的實時錄取問題，可錄取的信號寬度將會擴展到1GHz?；诙嘞酁V波技術(shù)的ESM/ELINT接收機硬件結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

二、多相濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)

多相濾波器的設(shè)計是實現(xiàn)ESM/ELINT接收機的核心問題，為此設(shè)計了一種基于延時采樣的交叉信道化多相濾波器。由于采樣頻率高達2.25GHz，相應(yīng)的多相濾波器輸入端的數(shù)據(jù)率將高達2.25GBps，為降低輸入數(shù)據(jù)率，必須增加輸入數(shù)據(jù)總線寬度，當輸入數(shù)據(jù)總線寬度達到256位時，輸入數(shù)據(jù)率可以降到采樣速率的1/16，這樣就可以解決輸入數(shù)據(jù)的傳輸問題。另外，多相濾波器有16個輸出信道，每個信道都采用8bit輸出，這樣輸出數(shù)據(jù)線也需要128根。利用交叉信道化技術(shù)實現(xiàn)多相濾波器。采集卡A和B的采樣頻率均為2.25GHz，兩塊采集卡同步工作，延時時間為0.6ns，在保證時序正確的情況下可以利用這兩塊采集卡實現(xiàn)2.25GHz的采樣。數(shù)據(jù)采集卡A和B的采樣數(shù)據(jù)同時送到多相濾波器A和B，這兩塊采集卡的輸出數(shù)據(jù)線各有128根，輸出數(shù)據(jù)率和前面介紹的相同，多相濾波器A和B的輸入數(shù)據(jù)線仍為256根。在交叉信道化條件下，多相濾波器A和B分別有16個輸出，輸出數(shù)據(jù)線都為128根，輸出數(shù)據(jù)率也保持不變。由于多相濾波器A和B是分開實現(xiàn)的，因此每一片F(xiàn)PGA的輸入輸出數(shù)據(jù)線就可以控制在400根以下，大大降低了多相濾波器的實現(xiàn)難度。

多相濾波ESM/ELINT接收機當采完一幀數(shù)據(jù)后，首先進行數(shù)據(jù)調(diào)理，將輸入數(shù)據(jù)分配到多相濾波器相應(yīng)的輸入端，然后進行多相濾波將輸入信號劃分到不同的信道，再對每一個信道進行信號檢測、參數(shù)測量和預(yù)分選。參數(shù)測量部分除了給出脈沖頻率、寬度和重復(fù)間隔外，還要給出脈沖的幅度并識別出脈內(nèi)調(diào)制類型給出調(diào)制參數(shù)。參數(shù)測量的結(jié)果經(jīng)過預(yù)分選后送主機進行最后的型號識別和個體識別。當接收機執(zhí)行情報偵察任務(wù)時，接收機主要是對偵察時記錄的數(shù)據(jù)進行事后分析來獲取需要的信息，在這種情況下并行處理陣列通常只對信號進行檢測，當有信號時就啟動存儲陣列開始記錄，在盲采狀態(tài)下也可以不檢測信號直接存儲。

三、多相濾波ESM/ELINT接收機的功能特點

多相濾波ESM/ELINT接收機主要有以下功能特點：首先，這種接收機的量化位數(shù)高，信號處理能力強，能夠通過脈內(nèi)分析獲得信號的細微特征，具有型號識別和個體識別能力。其次，這種接收機使用靈活、應(yīng)用范圍廣。第三，這種接收機的每個子信道都有單獨的信號處理器，因此具有較高的截獲概率。第四，這種接收機具有事后分析能力，能夠處理復(fù)雜疑難信號。第五，這種接收機可以實現(xiàn)大帶寬的實時信號存儲。

為實現(xiàn)對大時間帶寬積信號的處理，可以采用頻率寬開的ELINT數(shù)字接收機，可以充分發(fā)揮軟件化偵察的優(yōu)勢，也是數(shù)字接收機的最終發(fā)展方向。當高速信號處理技術(shù)發(fā)展到一定階段后，其它類型的數(shù)字接收機都有可能被全寬開的數(shù)字接收機代替，或許在將來的某一天，人們可以擺脫硬件對接收機性能的限制，實現(xiàn)軟件化接收機。

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