一种干扰宽带雷达的DRFM高速采样实现系统和方法与流程

一种干扰宽带雷达的drfm高速采样实现系统和方法
技术领域
1.本发明属于电子对抗技术领域，具体涉及一种干扰宽带雷达的drfm高速采样实现系统和方法。


背景技术：

2.数字射频存储器(简称drfm)是电子对抗领域产生相干干扰信号的关键装置，其通过对接收到的雷达信号进行中频采样获得雷达信号样本，然后对该样本在时域/频域/能量域/调制域/极化域进行干扰复合调制，产生和雷达信号相干的干扰信号。
3.频率捷变雷达、脉压压缩雷达采用宽带调制技术，带宽可达数ghz。根据奈奎斯特采样定理可知，drfm需要ghz量级的采样频率，宽带a/d转换器的采样率高，通常具有低位数，分辨率低，这就会使drfm产生虚假电平输出，从而降低雷达干扰效能。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种干扰宽带雷达的drfm高速采样实现系统和方法，采用多通道复用 串并结构流水线技术，通过设置多个低速a/d采样通道得到雷达信号样本，对a/d采样信号进行串并结构转换，从而在低速采样率条件下实现了较高分辨率，对宽带雷达具有较好的干扰效能。
5.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种干扰宽带雷达的drfm高速采样实现系统，所述系统包括开关滤波器组、m路低速a/d转换器、串并结构、外部存储器、干扰控制器、d/a转换器和合路器；
7.所述开关滤波器组，用于接收宽带雷达信号，将宽带雷达信号分成m路子带，开关滤波器组输出接m路低速a/d转换器；
8.所述m路低速a/d转换器，用于在频域上覆盖宽带雷达信号频谱；
9.所述串并结构对a/d转换器的输出进行n次移位处理后，将数据发送给外部存储器；
10.所述干扰控制器，用于控制外部存储器进行干扰调制，调制后数据由外部存储器发送给移位寄存器，移位寄存器输出接d/a转换器，得到m路子带模拟信号，m路子带模拟信号经合路器输出宽带中频干扰信号。
11.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
12.上述的开关滤波器组包括输入单刀m掷开关组、滤波器组、混频器组、放大器组、输出单刀m掷开关组和开关驱动电路；
13.所述m掷开关组由pin二极管组成，二极管的导通和截止状态由开关驱动电路控制；
14.滤波器组采用腔体idd结构交指滤波器；
15.混频器组采用二极管混频器，混频输出信号接放大器。
16.上述的串并结构采用n位移位寄存器，所述a/d转换器的位数为n，ad转换器的n路
输出接n路移位寄存器，移位寄存器将a/d转换器输出的每一位数据进行移位处理，n次移位处理后的数据发送给外部存储器。
17.上述的干扰控制器，控制drfm在时域、频域、能量域、调制域和极化域对存储于外部存储器中的数据进行干扰复合调制，得到干扰信号样本；
18.在时域，干扰控制器控制雷达信号检波脉冲进行时域延迟δt，设光速为c，则干扰距离目标δs＝c
·
δt/2；
19.在频域，干扰控制器控制外部存储器进行数字混频调制，产生目标运动的多普勒信号；
20.在能量域，控制干扰信号的功率，使干扰信号功率为雷达回波信号的3～10db；
21.在调制域，对雷达信号的频率值随时间的变化特征进行调制；
22.在极化域，干扰控制器控制外部存储器进行雷达信号极化调制，产生和雷达信号极化一致的干扰信号，用于干扰变极化雷达。
23.上述的数字混频调制具体为：
24.利用正交变换结构对采样信号进行多相正交变换，得到多相正交信号：
25.(sin0(2πf0t),cos0(2πf0t))，(sin1(2πf0t),cos1(2πf0t))
……
，(sin
n
(2πf0t),cos
n
(2πf0t))；
26.利用多相dds产生多相正交多普勒调制信号：
27.(sin0(2πf
d
t),cos0(2πf
d
t))，(sin1(2πf
d
t),cos1(2πf
d
t))
……
，(sin
n
(2πf
d
t),cos
n
(2πf
d
t))；
28.根据式(1)中的三角函数，将多相正交信号与多相正交多普勒调制信号进行相乘后相加即可得到数字频移信号序列，对该序列进行串并转换得到数字混频信号；
29.cos[2π(f0 f
d
)t]＝cos(2πf0t)cos(2πf
d
t)
‑
sin(2πf0t)sin(2πf
d
t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0030]
f0为正交的输入信号载频，f
d
为多普勒频移。
[0031]
一种干扰宽带雷达的drfm高速采样实现方法，包括：
[0032]
步骤1：接收宽带雷达信号，开关滤波器组对宽带雷达信号进行m分路，得到m个子带；
[0033]
步骤2：m个低速a/d转换器对m个子带进行a/d采样，得到雷达信号数字样本；
[0034]
步骤3：将a/d采样数据输入给n位移位寄存器进行流水线处理后存储于外部存储器中；
[0035]
步骤4：干扰控制器控制drfm对存储于外部存储器中的数据进行干扰复合调制，得到干扰信号样本；
[0036]
步骤5：对步骤4输出数据进行流水线处理后进行m路低速d/a转换；
[0037]
步骤6：m路d/a转换输出信号经合路器，得到宽带雷达相干干扰信号。
[0038]
上述的步骤4中，干扰控制器控制drfm在时域、频域、能量域、调制域和极化域对存储于外部存储器中的数据进行干扰复合调制，得到干扰信号样本。
[0039]
本发明具有以下有益效果：
[0040]
1、本发明采用多通道复用 串并结构流水线技术实现drfm高速采样。多通道复用技术采用多路低速a/d在频域上覆盖宽带雷达信号频谱，从而降低系统对a/d采样率的要求；串并结构流水线技术采用n位移位寄存器结构，通过串并转换,将存储器时钟频率降低
至原来a/d采样率的1/n。该方法使a/d转换器可以在低速率条件下允许使用更多位数，从而降低虚假分量以及存储器钟控信号的速率。
[0041]
2、本发明多路低速a/d采样通过开关切换的方式覆盖宽带雷达信号的频谱。宽带雷达信号通过宽带开关滤波器组输出多路信号，这些信号通过开关切换方式依次接入a/d采样通道，从而降低a/d采样频率，多路a/d采样信号可重构生成宽带雷达干扰信号。
[0042]
3、本发明串并结构流水线技术采用一组n位移位寄存器来实现，该技术降低了存储器钟控信号速率，移位寄存器每n个时钟周期取一次数据，因此存储器钟控信号的速率为低速a/d采样频率的1/n。
[0043]
4、本发明采用开关滤波器组来实现对宽带雷达信号在频域上的分路，其输出接多路低速a/d转换器，具有良好的带外抑制和带内特性。开关滤波器组由输入单刀多掷开关、滤波器组、混频器组、放大器组、输出单刀多掷开关、开关驱动控制电路组成。开关电路由pin二极管组成，开关时间短，二极管正压导通、负压截止，二极管的导通和截止状态由驱动控制电路控制。
[0044]
5、本发明干扰控制器控制drfm在时域/频域/能量域/调制域/极化域进行干扰复合调制，产生和雷达信号相干的宽带雷达干扰信号。
[0045]
6、drfm对宽带雷达信号进行相干干扰调制后，输出干扰信号数字样本至d/a转换器，d/a转换器对数字信号进行数模转换，多路d/a转换输出结果经合路器输出宽带雷达相干干扰信号，在低速采样率条件下实现了较高分辨率，对宽带雷达具有较好的干扰效能。
附图说明
[0046]
图1为本发明干扰宽带雷达的drfm高速采样系统和方法实现框图；
[0047]
图2为本发明开关滤波器组电原理图；
[0048]
图3为本发明串并结构流水线技术原理图；
[0049]
图4为本发明串并结构流水线技术框图；
[0050]
图5为本发明数字混频调制框图；
[0051]
图6为本发明系统工作流程图。
具体实施方式
[0052]
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0053]
一种干扰宽带雷达的drfm高速采样实现系统，采用多通道复用 串并结构流水线技术实现drfm高速采样，如图1所示，包括开关滤波器组、m路低速a/d转换器、串并结构、外部存储器、干扰控制器、d/a转换器和合路器。
[0054]
开关滤波器组接收宽带雷达中频信号，将宽带雷达信号分成m路子带，开关滤波器组输出接m路低速a/d转换器，m路低速a/d转换器在频域上覆盖宽带雷达信号频谱；
[0055]
a/d转换器的位数为n，ad转换器的n路输出接n路移位寄存器；
[0056]
串并结构流水线技术采用n位移位寄存器结构，移位寄存器将a/d转换器输出的每一位数据进行移位处理，n次移位处理后的数据发送给外部存储器，存储器时钟频率降低至原来a/d采样率的1/n，使a/d转换器可以在低速率条件下允许使用更多位数，从而降低虚假分量以及存储器钟控信号的速率。
[0057]
干扰控制器控制外部存储器进行干扰调制，调制后数据由外部存储器发送给移位寄存器，移位寄存器输出接d/a转换器，得到m路子带模拟信号，m路子带模拟信号经合路器输出宽带中频干扰信号。
[0058]
设宽带雷达信号带宽为2ghz，频率范围50mhz～2050mhz。开关滤波器组将宽带雷达信号分为12路并行信道，每个信道的带宽为167mhz。每个信道采用采样率f
s
＝500mhz的8位a/d转换器，存储器利用一组8位移位寄存器将采样率降低到f
s
/8＝62.5mhz。干扰输出采用一组工作在500mhz的8位d/a转换器对干扰信号进行重构。
[0059]
多通道复用技术采用开关滤波器组来实现，如图2所示。开关滤波器组由输入单刀m掷开关组、滤波器组、混频器组、放大器组、输出单刀m掷开关组、开关驱动电路组成。
[0060]
单刀m掷开关组由pin二极管组成，开关时间短，二极管正压导通、负压截止，二极管的导通和截止状态由驱动控制电路控制。
[0061]
滤波器采用腔体idd结构交指滤波器，带外抑制高。
[0062]
混频器采用常规的二极管混频器，混频输出信号接放大器。
[0063]
开关滤波器组输入端为宽带雷达中频信号，设信号带宽为50～2050mhz。
[0064]
将输入信号划分为12个频段的子带，即m＝12，每个子带167mhz带宽。每个子带信号经混频后输出第一中频然后进行放大，12路子带信号接一个输出单刀多掷开关，可分时切换12路子带的雷达信号。例如，当选频信号频率为50m～217m时，控制pin二极管开关将第1路设置为打开，其他开关设置为截止，第1路开关及滤波器处于工作状态，其他路的滤波器由于相应的开关截止而处于停止工作的关断状态。
[0065]
串并结构流水线技术原理如图3所示。它采用抽头延迟线结构，设a/d采样率为f
s
，则延迟线延迟量为δt＝1/f
s
。设有8个抽头，那么开关必须仅以1/8的速率合上才能存储完所有的样本，时钟周期t＝8δt，时钟频率f＝f
s
/8。这种降低的带宽技术付出的代价是增加了所需的硬件量，降低带宽允许使用更多位数的a/d转换器，这就降低了虚假分量以及存储器钟控信号的速率。
[0066]
将图3中的延迟线用移位寄存器来实现，如图4所示。移位寄存器位数n＝8，a/d采样频率为f
s
，n位移位寄存器的时钟频率为f
s
的1/n。图中n＝8，则移位寄存器的时钟频率为f
s
/8。
[0067]
干扰控制器控制drfm在时域/频域/能量域/调制域/极化域进行干扰复合调制，生成干扰宽带雷达的相干干扰信号。
[0068]
在时域，干扰控制器控制雷达信号检波脉冲进行时域延迟δt，设光速为c，则干扰距离目标δs＝c
·
δt/2；
[0069]
在频域，干扰控制器控制外部存储器进行数字混频调制，如图5所示，产生目标运动的多普勒信号；
[0070]
在能量域，控制干扰信号的功率，使干扰信号功率约为雷达回波信号的3～10db；
[0071]
在调制域，对雷达信号的频率值随时间的变化特征进行调制；
[0072]
在极化域，干扰控制器控制外部存储器进行雷达信号极化调制，产生和雷达信号极化一致的干扰信号，用于干扰变极化雷达。
[0073]
数字混频方法可以表示为三角函数运算：
[0074]
cos[2π(f0 f
d
)t]＝cos(2πf0t)cos(2πf
d
t)
‑
sin(2πf0t)sin(2πf
d
t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0075]
数字混频调制过程如图5所示，分别利用正交变换结构和多相dds可以得到正交的输入信号载频f0和为多普勒频移f
d
。
[0076]
利用正交变换结构对采样信号进行多相正交变换，得到多相正交信号：
[0077]
(sin0(2πf0t),cos0(2πf0t))，(sin1(2πf0t),cos1(2πf0t))
……
，(sin
n
(2πf0t),cos
n
(2πf0t))；
[0078]
利用多相dds产生多相正交多普勒调制信号：
[0079]
(sin0(2πf
d
t),cos0(2πf
d
t))，(sin1(2πf
d
t),cos1(2πf
d
t))
……
，(sin
n
(2πf
d
t),cos
n
(2πf
d
t))；
[0080]
根据式(1)中的三角函数，将多相正交信号与多相正交多普勒调制信号进行相乘后相加即可得到数字频移信号序列，对该序列进行串并转换得到数字混频信号。
[0081]
参见图6，本发明系统的工作流程，即一种干扰宽带雷达的drfm高速采样实现方法，包括：
[0082]
步骤1：接收宽带雷达信号，开关滤波器组对宽带雷达信号进行m分路，得到m个子带；
[0083]
步骤2：m个低速a/d转换器对m个子带进行a/d采样，得到雷达信号数字样本；
[0084]
步骤3：将a/d采样数据输入给n位移位寄存器进行流水线处理后存储于外部存储器中；
[0085]
步骤4：干扰控制器控制drfm对存储于外部存储器中的数据进行干扰复合调制，得到干扰信号样本；
[0086]
步骤5：对步骤4输出数据进行流水线处理后进行m路低速d/a转换；
[0087]
步骤6：m路d/a转换输出信号经合路器，得到宽带雷达相干干扰信号。
[0088]
所述步骤4中，干扰控制器控制drfm在时域、频域、能量域、调制域和极化域对存储于外部存储器中的数据进行干扰复合调制，得到干扰信号样本。
[0089]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。