數(shù)字射頻存儲器模塊電路設(shè)計

1 引言
    電子對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)備破壞或干擾對方雷達(dá)對目標(biāo)回波信號的檢測，進(jìn)而不能及時獲得充足的信息，使其效能降低或完全失效。
    數(shù)字儲頻是七十年代發(fā)展起來的新技術(shù)．基于DRFM的電子對抗系統(tǒng)發(fā)展很快。其最初用途是以數(shù)字式存儲復(fù)制功能取代ECM系統(tǒng)中的模擬式循環(huán)微波存儲功能。隨著雷達(dá)種類的增加，近年來，數(shù)字儲頻已成為電子對抗領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，在雷達(dá)的信號模擬、雜波信號模擬、無源干擾信號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)雜時頻調(diào)制的威脅信號環(huán)境，能夠促使干擾信號與被干擾的雷達(dá)信號之間的相參性，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的一個新領(lǐng)域。

2 DRFM的干擾類型和工作原理
    數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是一種可儲存任意射頻信號，并在延遲可編程時間后精確輸出的存儲設(shè)備。數(shù)字儲頻不但具有瞬時帶寬處理能力，而且存儲頻率精度高，不丟失相位信息信號，保真度好，可存儲任意時間長度，連續(xù)復(fù)制與原雷達(dá)信號完全一致的假目標(biāo)，并可分時復(fù)用，對多目標(biāo)威脅有對抗的能力，而且具有跟蹤雷達(dá)信號拖引功能，能夠?qū)π盘栠M(jìn)行歷險分析等優(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和遮蓋干擾信號,如表l所示，其基本功能是用數(shù)字方法存儲接收的射頻信號，再適當(dāng)重構(gòu)和調(diào)制存儲的輸入信號波形。DRFM除了可在時間上延遲調(diào)制之外，還可以加一定的調(diào)制，若在輸出時加上一定的調(diào)制，則可實(shí)現(xiàn)速度、距離的欺騙信號或速度距離二維信號，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，它將日趨成為對付多種新體制雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)。

    隨著數(shù)字儲頻技術(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)字射頻存儲系統(tǒng)的輸入信號都是經(jīng)過下變頻到基帶信號后的中頻信號，恢復(fù)時再上變頻到信號頻率，所以對DRFM的研究是對數(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、D／A轉(zhuǎn)換這3部分組成?；驹頌椋孩俑鶕?jù)接收信號頻率，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。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，和正交信號Q。③基帶I、Q信號的數(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信號存儲在雙端口存儲器中；⑤信號存儲后．便可對其進(jìn)行各種干擾的幅相調(diào)制，以實(shí)施欺騙干擾；⑥以某一時鐘周期(100 MHz)將存儲器中的I、Q信號讀出，重構(gòu)基帶信號。即對存儲的數(shù)字信號進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換；⑦重構(gòu)RF信號。對基I、Q信號上變頻，完成對原始信號的相干復(fù)制。因?yàn)閷ι舷伦冾l時采用相同的本振，所以干擾信號在頻率上實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)信號的瞄準(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中的存儲器與計算機(jī)相連時，還可實(shí)現(xiàn)對存儲信號的特征分析，或用于產(chǎn)生所需的信號波形。下變頻電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 信號調(diào)制模塊在DRFM結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
3．1 信號調(diào)制的原理
    一個正弦載波，有幅度、頻率和相位3個參量，因此，既可把調(diào)制信號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，是指瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號m(t)而變化，即：

   
    式中：Kf為頻率偏移常數(shù)。這時，相位偏移為：

   
    則調(diào)頻信號為：

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

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

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

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

   
    由于瞬時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)相信號之間具有類似的頻率。調(diào)相信號可看成是輸入信號微分后的調(diào)頻信號。因此，調(diào)相信號的帶寬也可用調(diào)頻信號的帶寬表示：

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)字儲頻技術(shù)在獲得更高采樣率、更高分辨率、更大存儲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)字儲頻技術(shù)已經(jīng)不僅僅在信號的復(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中將存儲的信號，經(jīng)過適當(dāng)時間的延遲后進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)相(調(diào)頻)，產(chǎn)生與雷達(dá)信號頻率、相位發(fā)生變化的射頻信號，即可達(dá)到干擾雷達(dá)判斷回波信號的目的，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)換對于干擾效果卻有很大的不同。
    圖5中信號處理發(fā)生在D／A轉(zhuǎn)換之前，調(diào)相和調(diào)頻是在數(shù)字信號的狀態(tài)下數(shù)字信號提高了信號的抗干擾能力，在遠(yuǎn)距離傳輸時產(chǎn)生的傳輸干擾比模擬信號小的多，且易糾錯。如果采用圖4中的先進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行模擬信號處理．模擬信號本身是連續(xù)的電信號，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，會引起很多失真和引進(jìn)很多干擾，信噪比會嚴(yán)重下降，傳輸?shù)倪^程越遠(yuǎn)，信號就越差。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，進(jìn)而優(yōu)化了DRFM的干擾系統(tǒng)。DRFM本身是一種高速數(shù)字存儲器件．可以在滿足奈奎斯特采樣定理的條件下對截獲到的信號作長時間相參復(fù)制，如加入信號處理模塊就可以更靈活的產(chǎn)生干擾信號，使適當(dāng)?shù)母蓴_信號進(jìn)入對方雷達(dá)接收設(shè)備，破壞對方雷達(dá)對目標(biāo)回波信號的檢測，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．加入了一種信號調(diào)制模塊，該方法突破了傳統(tǒng)時間遲延的干擾效果。可更加靈活的產(chǎn)生滿足設(shè)計要求的干擾信號，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值。