數(shù)字射頻存儲(chǔ)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)仿真研究

0 引 言
    數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)是現(xiàn)代電子對(duì)抗系統(tǒng)中有源雷達(dá)干擾機(jī)的主要組成部分，用于將接收到的雷達(dá)信號(hào)精確地復(fù)制后再返回該雷達(dá)系統(tǒng)，以此來(lái)混淆該系統(tǒng)。正是應(yīng)用DRFM的精確復(fù)制雷達(dá)信號(hào)的特點(diǎn)，DRFM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種雷達(dá)回波信號(hào)發(fā)生器、雷達(dá)綜合測(cè)試儀和各類通用信號(hào)源的研制。為了更好地保真復(fù)制各類信號(hào)，為研究數(shù)字射頻存儲(chǔ)器提供可靠的仿真理論依據(jù)是本文的主要研究?jī)?nèi)容。

1 基本原理
    數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)的基本工作原理：首先將輸入射頻信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)，經(jīng)A／D變換后成為數(shù)字信號(hào)，寫入高速存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要重發(fā)這一信號(hào)時(shí)，在控制器控制下讀出此數(shù)字信號(hào)并由D／A變換為模擬信號(hào)。然后用同一本振作上變頻，得到射頻輸出信號(hào)，完成對(duì)輸人信號(hào)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。
    首先對(duì)量化過程進(jìn)行分析，現(xiàn)假設(shè)基帶輸入信號(hào)為一個(gè)正弦信號(hào)gi(t)=Esinωit，量化位數(shù)為N，經(jīng)過量化后的信號(hào)可用階梯波y(t)表示，y(t)可以被認(rèn)為是N對(duì)矩形波的疊加。如果A／D變換的量化位數(shù)為m，那么正或負(fù)半周的量化臺(tái)階數(shù)為N=2m-1。
    階梯波的表達(dá)式為：

    E2n+1就是量化產(chǎn)生的諧波分量幅度，可由該式計(jì)算各階諧波的功率。
    在采樣的過程中，為簡(jiǎn)便起見，以一位量化信號(hào)作為輸入，則輸入信號(hào)為：

   
    式中：E，ωi分別為輸入信號(hào)的幅度和角頻率。設(shè)采樣脈沖信號(hào)為fs(t)，采樣后的信號(hào)為fo(t)，則采樣過程在時(shí)域上的數(shù)學(xué)表示式為fo(t)=fi(t)fs(t)，在DRFM中采用等間隔均勻采樣，采樣周期為Ts，采樣時(shí)鐘頻率ωs=2πfs。在實(shí)際電路中，采樣是在采樣脈沖上升的瞬間完成的。因此采樣脈沖的寬度可以看成一個(gè)窄脈寬，用τs。來(lái)表示。采樣脈沖的傅里葉級(jí)數(shù)為：
   
式中：Es，τs，Ts和ωs分別為采樣信號(hào)的幅度、脈寬、周期和角頻率。則：

    在式(6)中，第一項(xiàng)是基帶的諧波信號(hào)，是由量化所產(chǎn)生的頻譜成分，只有在基帶濾波器內(nèi)，諧波將成為寄生信號(hào)，所有nωi>ωs／2的項(xiàng)將被濾除(n取奇數(shù))；第二項(xiàng)則完全在濾波器外，不用考慮；第三項(xiàng)是交調(diào)信號(hào)，滿足(mωs-nωi)<ωs／2的所有成分，將成為交調(diào)寄生信號(hào)，它們是信號(hào)諧波與時(shí)鐘諧波的交叉調(diào)制引起的。若以D表示脈沖信號(hào)占空比，且忽略第二項(xiàng)，則式(6)變?yōu)椋?/p>

    式(8)，式(9)即為計(jì)算1 b量化DRFM的高次諧波和交調(diào)信號(hào)幅度的方法。

2 仿真模型
    通過建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用當(dāng)前功能強(qiáng)大的Matlab中Simulink工具箱可以很好地實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的仿真。采樣與量化過程的仿真建模如圖1所示。

    信號(hào)發(fā)生部分采用Signal Generator模塊產(chǎn)生正弦波；噪聲源采用Gaussian Noise Generator，Zero-Order Hold模塊實(shí)現(xiàn)采樣功能。Compare To Zero模塊實(shí)現(xiàn)單比特量化，Uniform Encoder模塊實(shí)現(xiàn)多比特量化。各路信號(hào)分別經(jīng)Data Type Conversion轉(zhuǎn)換為合適的數(shù)據(jù)格式，送入Spectrum Scope顯示頻譜。該模型同時(shí)顯示四路信號(hào)經(jīng)處理后的頻譜，四路信號(hào)由同一信號(hào)源產(chǎn)生，以使得結(jié)果更具可比較性。為了盡量模擬實(shí)際環(huán)境，加入了均值為0、方差為0．01的高斯噪聲。

3 仿真分析
    (1)輸入信號(hào)頻率fi=10 MHz，經(jīng)理論分析計(jì)算得到表1。

    對(duì)模型進(jìn)行仿真得到結(jié)果如圖2所示((a)～(d)分別對(duì)應(yīng)于仿真模型的四個(gè)支路)。
    (2)輸入信號(hào)頻率fi=20 MHz。經(jīng)理論分析計(jì)算得到表2；對(duì)模型進(jìn)行仿真結(jié)得到結(jié)果如圖3所示((a)～(d)分別對(duì)應(yīng)于仿真模型的四個(gè)支路)。

    由理論圖表及仿真圖形可知，該組仿真方案沒有諧波產(chǎn)生，頻譜圖中僅有45 MHz處的基波和15 MHz，75 MHz處的交調(diào)，這一現(xiàn)象是由于信號(hào)頻率過高，以致于諧波頻率過高而被基帶濾波器除去。盡管沒有諧波產(chǎn)生，但是交調(diào)的功率很大，對(duì)系統(tǒng)的高性能工作同樣是一個(gè)不利因素。

4 結(jié) 語(yǔ)
    綜上所述，根據(jù)采樣與量化過程仿真分析可以得出：
    (1)采樣和量化使信號(hào)頻譜發(fā)生變化，出現(xiàn)了新的頻率分量——諧波和交調(diào)，降低了DRFM的有效發(fā)射功率，使得系統(tǒng)的工作能力變差。
    (2)噪聲污染會(huì)使頻譜變得更加復(fù)雜，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，輸出信噪比取決于輸入信噪比和系統(tǒng)內(nèi)部信噪比，因此噪聲的存在必將降低DRFM的信噪比。
    (3)總的來(lái)講，諧波分量隨頻率增加降低，而交調(diào)分量隨頻率增加升高，也就是說高次諧波幅度較低次的小，而高次交調(diào)幅度較低次的大。
    (4)當(dāng)信號(hào)頻率和采樣率一定時(shí)，提高采樣率或增加量化位數(shù)都可以起到抑制寄生信號(hào)的作用。具體來(lái)講，提高采樣率對(duì)交調(diào)有很好的抑制作用，而對(duì)諧波作用不明顯；增加量化位數(shù)對(duì)交調(diào)和諧波都有很好抑制作用。