《電子技術應用》
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數(shù)字射頻存儲系統(tǒng)關鍵技術仿真研究
摘要: 數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是現(xiàn)代電子對抗系統(tǒng)中有源雷達干擾機的主要組成部分,用于將接收到的雷達信號精確地復制后再返回該雷達系統(tǒng),以此來混淆該系統(tǒng)。正是應用DRFM的精確復制雷達信號的特點,DRFM技術已經(jīng)廣泛應用于各種雷達回波信號發(fā)生器、雷達綜合測試儀和各類通用信號源的研制。為了更好地保真復制各類信號,為研究數(shù)字射頻存儲器提供可靠的仿真理論依據(jù)是本文的主要研究內容。
Abstract:
Key words :

  0 引 言

  數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是現(xiàn)代電子對抗系統(tǒng)中有源雷達干擾機的主要組成部分,用于將接收到的雷達信號精確地復制后再返回該雷達系統(tǒng),以此來混淆該系統(tǒng)。正是應用DRFM的精確復制雷達信號的特點,DRFM技術已經(jīng)廣泛應用于各種雷達回波信號發(fā)生器、雷達綜合測試儀和各類通用信號源的研制。為了更好地保真復制各類信號,為研究數(shù)字射頻存儲器提供可靠的仿真理論依據(jù)是本文的主要研究內容。

  1 基本原理

  數(shù)字射頻存儲(DRFM)的基本工作原理:首先將輸入射頻信號下變頻為中頻信號,經(jīng)A/D變換后成為數(shù)字信號,寫入高速存儲器中。當需要重發(fā)這一信號時,在控制器控制下讀出此數(shù)字信號并由D/A變換為模擬信號。然后用同一本振作上變頻,得到射頻輸出信號,完成對輸人信號的存儲轉發(fā)。

  首先對量化過程進行分析,現(xiàn)假設基帶輸入信號為一個正弦信號gi(t)=Esinωit,量化位數(shù)為N,經(jīng)過量化后的信號可用階梯波y(t)表示,y(t)可以被認為是N對矩形波的疊加。如果A/D變換的量化位數(shù)為m,那么正或負半周的量化臺階數(shù)為N=2m-1。

  階梯波的表達式為:

階梯波的表達式

  E2n+1就是量化產(chǎn)生的諧波分量幅度,可由該式計算各階諧波的功率。

  在采樣的過程中,為簡便起見,以一位量化信號作為輸入,則輸入信號為:

輸入信號
 
式中:E,ωi分別為輸入信號的幅度和角頻率。設采樣脈沖信號為fs(t),采樣后的信號為fo(t),則采樣過程在時域上的數(shù)學表示式為 fo(t)=fi(t)fs(t),在DRFM中采用等間隔均勻采樣,采樣周期為Ts,采樣時鐘頻率ωs=2πfs。在實際電路中,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窄脈寬,用τs。來表示。采樣脈沖的傅里葉級數(shù)為:

采樣脈沖的傅里葉級數(shù)
  
式中:Es,τs,Ts和ωs分別為采樣信號的幅度、脈寬、周期和角頻率。則:

采樣信號

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

脈沖信號占空比

  式(8),式(9)即為計算1 b量化DRFM的高次諧波和交調信號幅度的方法。

  2 仿真模型

  通過建立數(shù)學模型,應用當前功能強大的Matlab中Simulink工具箱可以很好地實現(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。

仿真建模

  信號發(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模塊實現(xiàn)采樣功能。Compare To Zero模塊實現(xiàn)單比特量化,Uniform Encoder模塊實現(xiàn)多比特量化。各路信號分別經(jīng)Data Type Conversion轉換為合適的數(shù)據(jù)格式,送入Spectrum Scope顯示頻譜。該模型同時顯示四路信號經(jīng)處理后的頻譜,四路信號由同一信號源產(chǎn)生,以使得結果更具可比較性。為了盡量模擬實際環(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)輸入信號頻率fi=10 MHz,經(jīng)理論分析計算得到表1。

理論分析計算

  對模型進行仿真得到結果如圖2所示((a)~(d)分別對應于仿真模型的四個支路)。

  (2)輸入信號頻率fi=20 MHz。經(jīng)理論分析計算得到表2;對模型進行仿真結得到結果如圖3所示((a)~(d)分別對應于仿真模型的四個支路)。

對模型進行仿真

  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,這一現(xiàn)象是由于信號頻率過高,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,但是交調的功率很大,對系統(tǒng)的高性能工作同樣是一個不利因素。

  4 結 語

  綜上所述,根據(jù)采樣與量化過程仿真分析可以得出:

  (1)采樣和量化使信號頻譜發(fā)生變化,出現(xiàn)了新的頻率分量——諧波和交調,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)噪聲污染會使頻譜變得更加復雜,對于一個系統(tǒng),輸出信噪比取決于輸入信噪比和系統(tǒng)內部信噪比,因此噪聲的存在必將降低DRFM的信噪比。

  (3)總的來講,諧波分量隨頻率增加降低,而交調分量隨頻率增加升高,也就是說高次諧波幅度較低次的小,而高次交調幅度較低次的大。

  (4)當信號頻率和采樣率一定時,提高采樣率或增加量化位數(shù)都可以起到抑制寄生信號的作用。具體來講,提高采樣率對交調有很好的抑制作用,而對諧波作用不明顯;增加量化位數(shù)對交調和諧波都有很好抑制作用。

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