弹箭与制导学报

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2022 , Vol. 42 >Issue 4: 8 - 11

DOI: https://doi.org/10.15892/j.cnki.djzdxb.2022.04.002

宽带雷达干扰的DRFM高速采样技术研究

  • 杨会军 1 ,
  • 程啟华 2 ,
  • 蒋姝 1
展开
  • 1 南京工程学院信息与通信工程学院,南京 211167
  • 2 南京工程学院工业中心,南京 211167

杨会军(1979—),男,河南长葛人,高级工程师,博士,研究方向:电子对抗技术。

收稿日期: 2022-04-07

  网络出版日期: 2025-05-29

基金资助

国家自然科学基金(62001214)

南京工程学院引进人才科研启动基金(YKJ201972)

南京工程学院引进人才科研启动基金(YKJ201973)

收起

Research on DRFM High Speed Sampling Technology for Wideband Radar Jamming

  • YANG Huijun 1 ,
  • CHENG Qihua 2 ,
  • JIANG Shu 1
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  • 1 School of Information and Communication Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China
  • 2 Industrial Center, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China

Received date: 2022-04-07

  Online published: 2025-05-29

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摘要

宽带雷达干扰系统对A/D器件提出了较高的要求,针对A/D器件在高采样率条件下分辨率不足的问题,提出了一种基于“多通道+串并流水线”的高速采样技术。该技术利用开关滤波器组将宽带雷达信号在频域分成多路信号,对每一路信号进行串并转换处理,使A/D转换器在低速率条件下允许使用更多的位数,从而降低干扰信号虚假分量以及存储器钟控信号的速率,可以有效提高宽带雷达的干扰效能。

关键词： 高速采样; 串并结构; 宽带雷达; 干扰

本文引用格式

杨会军 , 程啟华 , 蒋姝 . 宽带雷达干扰的DRFM高速采样技术研究[J]. 弹箭与制导学报, 2022 , 42(4) : 8 -11 . DOI: 10.15892/j.cnki.djzdxb.2022.04.002

Abstract

Wideband radar jamming system has a high demand on A/D devices. In this paper, a high speed sampling technology based on “multichannel and series to parallel pipeline” is proposed to solve the problem of low resolution of A/D devices under high sampling rate. The technology uses switched filter banks to divide the wideband radar signal into multiple signals in the frequency domain and the serial to parallel conversion of each signal is processed. In this way, the A/D converter allows more bits to be used in the low rate condition, thus reducing the rate of the jamming signal false component and the memory clock control signal. It can effectively improve the jamming efficiency of wideband radar.

Key words： high-speed sampling; series to parallel structure; wideband radar; jamming

0 引言

数字射频存储器(DRFM)是电子对抗领域产生相干干扰信号的关键装置,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、调制域和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[1-2]。
频率捷变雷达、脉冲压缩雷达等宽带雷达[3-5]采用信号调制技术,带宽可达数GHz,具有高距离分辨力。根据奈奎斯特采样定理可知,对宽带雷达进行干扰时,DRFM的采样率约为雷达信号带宽的2.5倍,这对A/D转换器提出了较高的要求。高速A/D转换器通常具有低位数,分辨率较低,这将使DRFM产生虚假分量,降低了宽带雷达的干扰效能。针对该问题,提出了一种宽带雷达干扰的DRFM高速采样技术,该技术采用“多通道+串并流水线”技术实现DRFM高速采样,可以在较低采样率条件下获得较高的干扰储频带宽,提高宽带雷达的干扰效能[6]。

1 基于“多通道+串并流水线”的高速采样技术

A/D转换器的采样率和采样位数之间存在矛盾,提高采样率将会降低采样位数,从而导致DRFM产生虚假分量,降低了雷达干扰效能。“多通道+串并流水线”结构图包括开关滤波器组、串并流水线处理和合路器,如图1所示。在A/D采样率有限的条件下,利用开关滤波器组[7]将宽带雷达信号在频域分成多路信号,对每一路信号进行串并流水线处理,使A/D转换器可以在低速率条件下允许使用更多位数,从而降低干扰信号虚假分量以及存储器钟控信号的速率。DRFM通过高速采样[8-9]得到宽带雷达信号样本,干扰控制器对每一路雷达信号样本进行调制得到单路雷达干扰信号,多路干扰信号合路得到宽带雷达干扰信号。
图1 “多通道+串并流水线”结构示意图
多通道技术采用开关滤波器组来实现,如图2所示。
图2 开关滤波器组原理框图
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。单刀M掷开关组由PIN二极管组成,可分时切换M路子带的雷达信号。二极管的导通和截止状态由开关驱动电路控制。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转换器在频域覆盖宽带雷达信号频谱。当输出干扰信号时,多路A/D采样信号调制后重构宽带雷达干扰信号。
图3为串并流水线采用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RAM,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采样率的1/N。
图3 串并流水线技术原理框图

2 宽带雷达干扰的DRFM高速采样系统

2.1 系统组成及原理

图4为宽带雷达干扰的DRFM高速采样系统,采用“多通道+串并流水线”技术实现DRFM高速采样,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。
图4 宽带雷达干扰的DRFM高速采样系统
宽带雷达信号通过开关滤波器组输出M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采样率,多路A/D采样信号可重构生成宽带雷达干扰信号。设A/D转换器的位数为n,则A/D转换器的n路输出接n路移位寄存器。对于每一路移位寄存器,串并流水线技术采用一组N位移位寄存器来实现,即对A/D采样输出的每一位数据进行移位处理。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采样率的1/N。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。
设宽带雷达信号带宽为2 GHz,频率范围50~2 050 MHz。开关滤波器组将宽带雷达信号分为12路并行信道,即M=12,每个信道的带宽为167 MHz。每个信道采用采样率fs=500 MHz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至fs/8=62.5 MHz。干扰输出采用一组工作在500 MHz的8位D/A转换器对干扰信号进行重构。
串并流水线采用移位寄存器来实现,设移位寄存器位数N=8,A/D采样率为fs,N位移位寄存器的时钟频率为fs的1/N,即移位寄存器的时钟频率fclock=fs/8。通过增加硬件量降低带宽,允许使用分辨率更高的A/D转换器,从而降低干扰信号的虚假分量以及存储器钟控信号的速率。
干扰控制器控制DRFM在时域、频域、能量域、调制域和极化域对采样得到的雷达信号样本进行干扰复合调制,生成宽带雷达干扰信号。在时域,干扰控制器控制雷达信号检波脉冲进行时域延迟;在频域,干扰控制器控制外部存储器进行数字混频调制,产生运动的多普勒假目标;在能量域,控制干扰信号的功率,使干扰信号功率比目标回波高3~5 dB;在调制域,根据雷达信号的频率值随时间的变化特征进行调制;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。
频域调制采用数字多普勒技术[10],由DDS信号发生器产生频域调制信号,设雷达信号频率为f0,多普勒信号频率为fd,则数字多普勒调制可以表示为三角函数运算:

cos [2π(f0+fd)t]=cos (2πf0t)cos (2πfdt)-sin (2πf0t)sin (2πfdt)

数字混频调制[11]过程如图5所示,分别利用正交变换[12]结构和多相DDS得到正交的输入信号载频f0和多普勒频移fd,对采样信号进行多相正交变换,得到多相正交信号,多相DDS产生多相正交多普勒调制信号。根据式(1)中的三角函数,分别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。
图5 数字混频调制原理框图

2.2 宽带雷达干扰系统工作流程

宽带雷达干扰系统工作流程如图6所示。
图6 宽带雷达干扰系统工作流程图
宽带雷达干扰系统工作步骤如下:
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。
2)M个低速A/D转换器对M个子带信号进行A/D采样,得到雷达信号数字样本。
3)将A/D采样数据输出至N位移位寄存器进行串并流水线处理后存储于外部存储器。
4)干扰控制器控制DRFM在时域、频域、能量域、调制域和极化域对外部存储器中的雷达信号数字样本进行干扰复合调制,得到干扰信号样本。
5)对外部存储器中的干扰信号样本进行并串转换,得到M路低速干扰信号样本,对每一路干扰数字信号进行D/A转换,产生M路低速干扰模拟信号。
6)将M路干扰模拟信号进行合路,产生和宽带雷达信号相干的宽带干扰信号。

3 仿真结果及分析

对DRFM的采样位数N和输出信号虚假分量之间的关系进行仿真研究。
设输入复信号s1(t)=ej200πt,分别采用1位A/D和5位A/D对输入信号进行采样,输出信号频谱如图7所示。由图可知,1位A/D采样的虚假分量为-10 dB,5位A/D采样的虚假分量为-35 dB。
图7 单信号采样仿真结果
改变输入信号为多信号叠加, s 2 ( t ) = ∑ k = 1 5 e j 200 π t ( 1 + 0.2 k ) ,分别采用1位A/D和5位A/D对输入信号进行采样,输出信号频谱如图8所示。由图8可知,1位A/D采样的虚假分量为-3.5 dB,5位A/D采样的虚假分量为-30 dB。
图8 多信号采样仿真结果
由仿真结果可知:采用基于“多通道+串并流水线”的高速采样技术降低A/D的采样率,使A/D转换器可以在低速率条件下使用更多位数,提高采样分辨率,降低干扰信号虚假分量,提高宽带雷达的干扰效能。

4 结论

宽带雷达干扰系统对A/D器件提出了较高要求,A/D器件的采样率和采样位数之间存在矛盾,当采样位数较低时,将会导致宽带雷达干扰信号产生较高的虚假分量。提出了一种基于“多通道+串并流水线”的高速采样技术,利用开关滤波器组将宽带雷达信号在频域分成多路信号,对每一路信号进行串并流水线处理,使A/D转换器可以在低速率条件下使用更多位数,从而降低干扰信号虚假分量以及存储器钟控信号的速率。基于“多通道+串并流水线”技术设计了宽带雷达干扰的DRFM高速采样系统,给出了系统原理及工作流程。该技术在较低采样率条件下可以实现较高的采样分辨率,降低干扰信号虚假分量,提高对宽带雷达的干扰效能。

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