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一文看懂数字射频存储器DRFM的框图及其功能

发布时间:2018-04-20 责任编辑:lina

【导读】数字射频存储器(DRFM)是一种微波信号存储系统,用于实现射频信号存储及转发功能。数字射频存储器通过对接收到的射频信号进行高速采样、存储、变换处理和重构,实现对信号捕获和保存的高速性、干扰技术的多样性和控制的灵活性。数字射频存储器已成为电子对抗系统中的关键组成部分。
 

什么是数字射频存储器(DRFM)
 
数字射频存储器(DRFM)是一种微波信号存储系统,用于实现射频信号存储及转发功能。数字射频存储器通过对接收到的射频信号进行高速采样、存储、变换处理和重构,实现对信号捕获和保存的高速性、干扰技术的多样性和控制的灵活性。数字射频存储器已成为电子对抗系统中的关键组成部分。
 
  

 
数字射频存储器的基本工作原理
  
数字射频存储(DRFM)的基本工作原理:首先将输入射频信号下变频为中频信号,经A/D变换后成为数字信号,写入高速存储器中。当需要重发这一信号时,在控制器控制下读出此数字信号并由D/A变换为模拟信号。然后用同一本振作上变频,得到射频输出信号,完成对输人信号的存储转发。
  
首先对量化过程进行分析,现假设基带输入信号为一个正弦信号gi(t)=Esinωit,量化位数为N,经过量化后的信号可用阶梯波y(t)表示,y(t)可以被认为是N对矩形波的叠加。如果A/D变换的量化位数为m,那么正或负半周的量化台阶数为N=2m-1。阶梯波的表达式为:
  
 
E2n+1就是量化产生的谐波分量幅度,可由该式计算各阶谐波的功率。
  
在采样的过程中,为简便起见,以一位量化信号作为输入,则输入信号为:
 
  
式中:E,ωi分别为输入信号的幅度和角频率。设采样脉冲信号为fs(t),采样后的信号为fo(t),则采样过程在时域上的数学表示式为fo(t)=fi(t)fs(t),在DRFM中采用等间隔均匀采样,采样周期为Ts,采样时钟频率ωs=2πfs。在实际电路中,采样是在采样脉冲上升的瞬间完成的。因此采样脉冲的宽度可以看成一个窄脉宽,用τs。来表示。采样脉冲的傅里叶级数为:
  
  
式中:Es,τs,Ts和ωs分别为采样信号的幅度、脉宽、周期和角频率。则:
  
  
在式(6)中,第一项是基带的谐波信号,是由量化所产生的频谱成分,只有在基带滤波器内,谐波将成为寄生信号,所有nωi》ωs/2的项将被滤除(n取奇数);第二项则完全在滤波器外,不用考虑;第三项是交调信号,满足(mωs-nωi)《ωs/2的所有成分,将成为交调寄生信号,它们是信号谐波与时钟谐波的交叉调制引起的。若以D表示脉冲信号占空比,且忽略第二项,则式(6)变为:
  
  
式(8),式(9)即为计算1 b量化DRFM的高次谐波和交调信号幅度的方法。
  
数字射频存储器框图
  
如下图所示,数字射频存储器可以将接收信号转换为中频(IF)信号。然后将中频信号的带宽数字化。数字化信号被存储在存储器中传输到计算机。计算机对信号进行必要的分析和修正,使其满足干扰技术需求。
  
  
接着,修正的数字信号转换为模拟射频信号。通过使用与初始频率转换同样的本地振荡器,这个信号会被频繁地转换为接收频率。降频转换和升频转换时,使用唯一的振荡器保持了信号相位的相干性。
  
数字射频存储器可以将接收信号数字化,数字化信号传输到计算机,计算机对它进行修正,连续生成新的转发修正信号。
  
数字射频存储器的关键器件是模数转换器。模数转换器可以以每赫兹2.5个采样率进行频带数字化,它可以输出 I & Q(同步和正交)数字信号。这样就可以掌握数字化信号的相位。
  
需要注意的是,因为数字射频存储器会重构信号,每赫兹2.5个采样远大于数字化接收机每赫兹2个采样的奈奎斯特率。数字化信号通常每个采样大小有几个比特,虽然有时候使用1比特数字化采样或仅相位数字化采样。
  
计算机分析输入信号,确定信号的调制特性和参数。计算机通常分析系统接收的第一个脉冲,生成相同或不同调制参数(成系统的)的脉冲串。数模转换器生成射频输出信号要比模数转换器生成的输出信号大很多比特,可以确保在射频信号重构时信号质量不降。
 
  
宽带数字射频存储器框图
  
宽带数字射频存储器可以将一个包括多个信号的中频宽带数字化。干扰机系统要覆盖威胁信号的频率范围,输出数字射频存储器可以处理的中频信号带宽。
 
  
如下图所示,通过使用系统唯一的本地振荡器保持相位相干性,再进行频率转换和其后的接收信号恢复。数字射频存储器的带宽受限于模数转换器的采样率。带宽中存在多个信号,需要重视无杂散动态范围。
  
  
因此,模数转换器需要数字化比特的最大可用量。宽带数字射频存储器性能非常令人满意,因为它们可以处理宽带调制和频率捷变的威胁信号。模数转换器的技术发展水平存在瓶颈。宽带数字射频存储器可以处理包含多个信号的频率范围。
  
窄带数字射频存储器框图
  
窄带数字射频存储器只需要带宽足够宽,就可以处理干扰机发射的带宽最宽的信号。这意味着,窄带数字射频存储器可以使用合理技术发展水平的模数转换器。
  
如下图所示,干扰机系统将感兴趣的频率范围转换为多个窄带数字射频存储器覆盖的频率范围。数字射频存储器系统的输入信号自动分配给每个数字射频存储器。
  
  
每个数字射频存储器都会处理一个不同的信号,在支援干扰行动中发挥它的功能。然后,数字射频存储器的模拟射频输出会进行合成,转换(相干)后恢复初始的频率范围。
  
需要强调的是,窄带数字射频存储器很少出现假响应,因为每个数字射频存储器只处理一个信号。每个窄带数字射频存储器只处理一个信号。在多信号环境下,需要多个窄带数字射频存储器来处理。
  
数字射频存储器功能
  
数字射频存储器在干扰脉冲压缩雷达时特别有效。雷达通过线性调频和巴克码两种技术实现脉冲压缩,可以提高雷达的距离分辨率。
  
线性调频对每一个发射脉冲进行频率调制。在雷达接收机中,压缩滤波时间可以在信号处理前,将信号压缩到发射脉冲宽度的小部分。如果干扰机发射的干扰信号没有采用这种频率调制,有效的干信比将被压缩系数降低。数字射频存储器发射线性调频的干扰脉冲,可以保持全部的干信比。
  
巴克码压缩是指对编码模式中每个信号脉冲进行二进制相移键控(BPSK)调制。开关上移相器和抽头延迟线,将接收脉冲长度压缩到一个码元。由于没有采用巴克码的干扰脉冲无法进行脉冲压缩,有效的干信比会随着码元数量的增加而降低。数字射频存储器通过正确的巴克码发射干扰脉冲,可以保持全部的干信比。
  
数字射频存储器也可以发射相干干扰信号,可以在脉冲多普勒雷达处理器中占据一个通道。这样可以使脉冲多普勒雷达无法在多个多普勒通道中分辨出干扰信号脉冲。
 
 

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