數(shù)字射頻存儲(chǔ)器模塊電路設(shè)計(jì)

1 引言
    電子對(duì)抗的最終目的之一是破壞敵方的無線電通信，最直接有效的手段是采用通信干擾方式，擾亂對(duì)方的通信。而雷達(dá)干擾機(jī)是根據(jù)雷達(dá)的工作原理發(fā)射適當(dāng)?shù)母蓴_信號(hào)進(jìn)人雷達(dá)接收設(shè)備，利用雷達(dá)干擾設(shè)備破壞或干擾對(duì)方雷達(dá)對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的檢測(cè)，進(jìn)而不能及時(shí)獲得充足的信息，使其效能降低或完全失效。
    數(shù)字儲(chǔ)頻是七十年代發(fā)展起來的新技術(shù)．基于DRFM的電子對(duì)抗系統(tǒng)發(fā)展很快。其最初用途是以數(shù)字式存儲(chǔ)復(fù)制功能取代ECM系統(tǒng)中的模擬式循環(huán)微波存儲(chǔ)功能。隨著雷達(dá)種類的增加，近年來，數(shù)字儲(chǔ)頻已成為電子對(duì)抗領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，在雷達(dá)的信號(hào)模擬、雜波信號(hào)模擬、無源干擾信號(hào)模擬方面得到廣泛應(yīng)用。DRFM及其技術(shù)的發(fā)展改進(jìn)。能夠適應(yīng)多變、快變和復(fù)雜時(shí)頻調(diào)制的威脅信號(hào)環(huán)境，能夠促使干擾信號(hào)與被干擾的雷達(dá)信號(hào)之間的相參性，具有過去的其他技術(shù)手段無法達(dá)到的良好干擾效果。DRFM及其基本技術(shù)系列的改進(jìn)開辟了ECM的一個(gè)新領(lǐng)域。

2 DRFM的干擾類型和工作原理
    數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)是一種可儲(chǔ)存任意射頻信號(hào)，并在延遲可編程時(shí)間后精確輸出的存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)字儲(chǔ)頻不但具有瞬時(shí)帶寬處理能力，而且存儲(chǔ)頻率精度高，不丟失相位信息信號(hào)，保真度好，可存儲(chǔ)任意時(shí)間長度，連續(xù)復(fù)制與原雷達(dá)信號(hào)完全一致的假目標(biāo)，并可分時(shí)復(fù)用，對(duì)多目標(biāo)威脅有對(duì)抗的能力，而且具有跟蹤雷達(dá)信號(hào)拖引功能，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行歷險(xiǎn)分析等優(yōu)點(diǎn)，可用于有效地干擾采用多普勒技術(shù)和脈壓技術(shù)的雷達(dá)。
2．1 DRFM的干擾類型
    DRFM可用于產(chǎn)生各種欺騙干擾信號(hào)和遮蓋干擾信號(hào),如表l所示，其基本功能是用數(shù)字方法存儲(chǔ)接收的射頻信號(hào)，再適當(dāng)重構(gòu)和調(diào)制存儲(chǔ)的輸入信號(hào)波形。DRFM除了可在時(shí)間上延遲調(diào)制之外，還可以加一定的調(diào)制，若在輸出時(shí)加上一定的調(diào)制，則可實(shí)現(xiàn)速度、距離的欺騙信號(hào)或速度距離二維信號(hào)，還可通過添加目標(biāo)使濾波器產(chǎn)生假目標(biāo)的欺騙干擾，它將日趨成為對(duì)付多種新體制雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)。

    隨著數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)在軍事儀器中的應(yīng)用和技術(shù)的不斷改進(jìn)，器件的效率日益提高，數(shù)字儲(chǔ)頻結(jié)構(gòu)也發(fā)生了一系列變化，圖l為基本I-Q DRFM的原理框圖。

2．2 DRFM的工作原理
    由于數(shù)字射頻存儲(chǔ)系統(tǒng)的輸入信號(hào)都是經(jīng)過下變頻到基帶信號(hào)后的中頻信號(hào)，恢復(fù)時(shí)再上變頻到信號(hào)頻率，所以對(duì)DRFM的研究是對(duì)數(shù)字中頻(DIFM)進(jìn)行。數(shù)據(jù)采集過程主要是由A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、D／A轉(zhuǎn)換這3部分組成?；驹頌椋孩俑鶕?jù)接收信號(hào)頻率，調(diào)諧本振，使雙路下變頻器的輸出位于基帶內(nèi)，以便截獲雷達(dá)脈沖信號(hào)。②下變頻。一般由正交下變頻和本振組成，產(chǎn)生基帶同相信號(hào)，和正交信號(hào)Q。③基帶I、Q信號(hào)的數(shù)字化。用A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)：SNR(dB)=6b+1．76 (1)④將數(shù)字化的I、Q信號(hào)存儲(chǔ)在雙端口存儲(chǔ)器中；⑤信號(hào)存儲(chǔ)后．便可對(duì)其進(jìn)行各種干擾的幅相調(diào)制，以實(shí)施欺騙干擾；⑥以某一時(shí)鐘周期(100 MHz)將存儲(chǔ)器中的I、Q信號(hào)讀出，重構(gòu)基帶信號(hào)。即對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換；⑦重構(gòu)RF信號(hào)。對(duì)基I、Q信號(hào)上變頻，完成對(duì)原始信號(hào)的相干復(fù)制。因?yàn)閷?duì)上下變頻時(shí)采用相同的本振，所以干擾信號(hào)在頻率上實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的瞄準(zhǔn)；⑧通過控制器，實(shí)現(xiàn)DRFM的各種工作方式選擇，完成不同應(yīng)用要求。當(dāng)DRFM中的存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)信號(hào)的特征分析，或用于產(chǎn)生所需的信號(hào)波形。下變頻電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 信號(hào)調(diào)制模塊在DRFM結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
3．1 信號(hào)調(diào)制的原理
    一個(gè)正弦載波，有幅度、頻率和相位3個(gè)參量，因此，既可把調(diào)制信號(hào)的信息加載到載波的線性變化(幅度變化)中，還可體現(xiàn)在載波的頻率和相位變化中。這種對(duì)高頻載波的頻率和相位的調(diào)制，分別稱為調(diào)頻和調(diào)相，其本質(zhì)已不再是原信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，致使產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率分量的調(diào)制過程。
    (1)調(diào)頻 所謂頻率調(diào)制，是指瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)而變化，即：

   
    式中：Kf為頻率偏移常數(shù)。這時(shí)，相位偏移為：

   
    則調(diào)頻信號(hào)為：

   
    調(diào)頻信號(hào)的頻譜與輸入信號(hào)頻譜之間不再是頻譜搬移的關(guān)系，因此無法寫出調(diào)頻信號(hào)的頻譜的明確表達(dá)式，但調(diào)頻信號(hào)的98％功率帶寬與調(diào)頻指數(shù)和輸入信號(hào)的帶寬有關(guān)。調(diào)頻指數(shù)定義為最大的頻偏與輸入信號(hào)帶寬fm的比值，即：

   
    調(diào)頻信號(hào)的帶寬可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式近似計(jì)算為：

   
    (2)調(diào)相所謂相位調(diào)制是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)而線性變化：

   
    式中：Kp是常數(shù)。于是，調(diào)相信號(hào)表示為

   
    由于瞬時(shí)頻率和相位之間的關(guān)系為微分與積分的關(guān)系，因此調(diào)頻、調(diào)相信號(hào)之間具有類似的頻率。調(diào)相信號(hào)可看成是輸入信號(hào)微分后的調(diào)頻信號(hào)。因此，調(diào)相信號(hào)的帶寬也可用調(diào)頻信號(hào)的帶寬表示：

3．2 調(diào)相模塊的一種實(shí)現(xiàn)方法
    隨著高速采集器件和RAM的不斷發(fā)展，數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)在獲得更高采樣率、更高分辨率、更大存儲(chǔ)容量以及更低的功耗和成本方面已經(jīng)有了很大改善，數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)已經(jīng)不僅僅在信號(hào)的復(fù)制和延遲上做要求，而是提出了更高的干擾條件．可以完成圖4所示的結(jié)構(gòu)，在高速D／A轉(zhuǎn)換之前，加入新的調(diào)相(調(diào)頻)模塊，相當(dāng)于在DRFM中將存儲(chǔ)的信號(hào)，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間的延遲后進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)相(調(diào)頻)，產(chǎn)生與雷達(dá)信號(hào)頻率、相位發(fā)生變化的射頻信號(hào)，即可達(dá)到干擾雷達(dá)判斷回波信號(hào)的目的，實(shí)現(xiàn)速度、距離的欺騙干擾。也可用圖5所示方式表達(dá)加入了信號(hào)處理后，DRFM的基本結(jié)構(gòu)。

    兩種表達(dá)方法很相似，只是置換了調(diào)相器和I)／A轉(zhuǎn)換的位置．但是這樣的簡單調(diào)換對(duì)于干擾效果卻有很大的不同。
    圖5中信號(hào)處理發(fā)生在D／A轉(zhuǎn)換之前，調(diào)相和調(diào)頻是在數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)下數(shù)字信號(hào)提高了信號(hào)的抗干擾能力，在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)產(chǎn)生的傳輸干擾比模擬信號(hào)小的多，且易糾錯(cuò)。如果采用圖4中的先進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行模擬信號(hào)處理．模擬信號(hào)本身是連續(xù)的電信號(hào)，本身就和無用的干擾信息混合在一起，傳輸過程中，外界的干擾隨時(shí)有可能使其受到影響而發(fā)生變化，一般經(jīng)過幾次放大后，會(huì)引起很多失真和引進(jìn)很多干擾，信噪比會(huì)嚴(yán)重下降，傳輸?shù)倪^程越遠(yuǎn)，信號(hào)就越差。綜合上述原因，結(jié)合電子作戰(zhàn)和DRFM本身的精確復(fù)制特性，圖5的結(jié)構(gòu)無論是在靈敏度和準(zhǔn)確度上都優(yōu)于圖4。
3．3 調(diào)相模塊FPGA實(shí)現(xiàn)方法
    圖6給出數(shù)據(jù)調(diào)相電路組成的模塊．雙口RAM由FPGA來實(shí)現(xiàn)，由于FPGA的可編程邏輯，采樣數(shù)據(jù)I10-17，I20-27、Q10-17、Q20-27、數(shù)據(jù)調(diào)相器電路，輸入為I10-17，Q10-17，-I10-17，-Q10-17；輸出為，I10-17，Ql0-17，I10-17，Q10-17，-I10-17，-Q10-17;輸入輸出組合，由控制字Sn~S1的組合決定。設(shè)計(jì)采用了數(shù)字調(diào)相移頻的原理．通過連續(xù)改變數(shù)字移相器的相移使輸出信號(hào)載頻偏移設(shè)定值。該方法的移頻精度、穩(wěn)定度取決于數(shù)字電路的時(shí)鐘精度和穩(wěn)定度。

    綜上所述，得到可控制的調(diào)頻調(diào)相干擾信號(hào)，進(jìn)而優(yōu)化了DRFM的干擾系統(tǒng)。DRFM本身是一種高速數(shù)字存儲(chǔ)器件．可以在滿足奈奎斯特采樣定理的條件下對(duì)截獲到的信號(hào)作長時(shí)間相參復(fù)制，如加入信號(hào)處理模塊就可以更靈活的產(chǎn)生干擾信號(hào)，使適當(dāng)?shù)母蓴_信號(hào)進(jìn)入對(duì)方雷達(dá)接收設(shè)備，破壞對(duì)方雷達(dá)對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的檢測(cè)，達(dá)到有效干擾的目的。而且此方法有很高的抗干擾特性．設(shè)計(jì)靈活，較易實(shí)現(xiàn)，不失為一種新的選擇。

4 結(jié)語
    主要分析在雷達(dá)干擾機(jī)中DRFM結(jié)構(gòu)的工作原理．加入了一種信號(hào)調(diào)制模塊，該方法突破了傳統(tǒng)時(shí)間遲延的干擾效果?？筛屿`活的產(chǎn)生滿足設(shè)計(jì)要求的干擾信號(hào)，達(dá)到有效干擾目的。并提出用FPGA方法數(shù)字調(diào)相，可簡單快捷達(dá)到干擾目的，優(yōu)化DRFM的結(jié)構(gòu)和干擾精度，為未來的電子戰(zhàn)設(shè)備提供有效的參考價(jià)值。