1、收稿日期:2 0 2 2 0 7 0 4基于高集成小型化测量分选识别信号的设计程路尧(解放军3 1 0 0 1部队,北京 1 0 0 0 9 4)摘要:提出了一种高集成小型化测量分选识别信号的方法,将多个模块集成在一块高密度多层印制板上,采用高性能数字信号处理器(D S P)为核心的标准化信号处理板来实现。该设计已成功应用于某机载平台。关键词:高集成;小型化;信号分选识别 中图分类号:T N 9 7 1.1文献标识码:A文章编号:C N 3 2-1 4 1 3(2 0 2 3)0 4-0 0 7 3-0 3D O I:1 0.1 6 4 2 6/j.c n k i.j c d z d k.2
2、0 2 3.0 4.0 1 6D e s i g n o f S i g n a l S o r t i n g a n d I d e n t i f i c a t i o n B a s e d o n H i g hI n t e g r a t i o n a n d M i n i a t u r i z a t i o n M e a s u r e m e n t CHE NG L u y a o(U n i t 3 1 0 0 1 o f P L A,B e i j i n g 1 0 0 0 9 4,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s
3、 p a p e r,a m e t h o d o f s i g n a l s o r t i n g a n d i d e n t i f i c a t i o n b a s e d o n h i g h i n t e g r a t e d a n d m i n i a t u r i z e d m e a s u r e m e n t i s p r o p o s e d.M u l t i p l e m o d u l e s a r e i n t e g r a t e d o n a h i g h-d e n s i t y m u l t i l a
4、 y-e r p r i n t e d b o a r d,a n d a s t a n d a r d i z e d s i g n a l p r o c e s s i n g b o a r d t a k i n g a h i g h-p e r f o r m a n c e d i g i t a l s i g-n a l p r o c e s s o r(D S P)a s t h e c o r e i s u s e d.T h e d e s i g n h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t
5、 o a n a i r b o r n e p l a t f o r m.K e y w o r d s:h i g h i n t e g r a t i o n;m i n i a t u r i z a t i o n;s i g n a l s o r t i n g a n d i d e n t i f i c a t i o n 0 引 言信号分选识别在雷达对抗侦察中是必不可少的环节之一1,也是雷达对抗领域亟待解决的关键问题。随着雷达反对抗技术的发展,传统的信号分选识别技术很难适应雷达对抗的要求2-3。现代雷达对抗中高集成小型化的趋势越发明显,基于高集成小型化的测量分选信号设
6、计,可以广泛地应用于雷达对抗或雷达仿真模拟等领域4。1 数字测频及脉冲测量设计与原理雷达信号分选识别之前首先要进行数字测频及脉冲测量,本文设计中的数字测频及脉冲测量模块主要由模数转换器(A D C)、数字信道化模块、求模检测模块、测频模块、脉冲描述字(P DW)形成模块等组成,其组成原理框图如图1所示。图1 数字测频及脉冲测量模块组成原理框图 数字测频及脉冲测量模块通过宽带A D C对所检测的信号进行高速采样,通过一组连续的线性相位数字带通滤波器覆盖中频带宽。数字滤波器组对输入的离散时间序列有重叠的块进行划分、加权,做短时傅里叶变换(S T F T)来完成。这种实现由一个原形低通滤波器h(n)
7、和S T F T调制算法两部分构2 0 2 3年8月舰 船 电 子 对 抗A u g.2 0 2 3第4 6卷第4期S H I P B OA R D E L E C T R ON I C C OUN T E RME A S UR EV o l.4 6 N o.4成。S T F T将原形滤波器复调制到离散傅里叶变换(D F T)的各个频率间隔的中心,构成均匀的滤波器组。原形滤波器用来加窗数据,窗口沿着数据滑动,然后进行D F T运算,给出频率相对时间的输出。S T F T原理框图如图2所示。图2 S T F T原理框图(1)对1 2 8信道的信道化为了满足原型滤波器响应,滤波器系数有5 1 2阶
8、,这样滤波器的长度和D F T的长度不一致。把输入数据 分 成8段 进 行 折 叠 相 加,然 后 做1 2 8点D F T。D F T滤波器组的快速实现,大多采用折叠的办法。信道化原理框图如图3所示。图3 信道化处理原理(2)对于每个子信道的输出带宽是输入带宽的1/1 2 8,可以进行1 2 8倍的抽取,减少数据率。这等效于前后2个D F T运算跳过M个采样点。实信号的D F T信道化模型如图4所示。(3)对于求模检测对D F T滤波器组输出的1 2 8个信道复信号进行求模,并做过门限检测,同时给出信号的相位信息为:X(k,m)=R(k,m)+jI(k,m)(1)A(k,m)=R(k,m)2
9、+I(k,m)2(2)(k,m)=a r c t a nI(k,m)R(k,m)(3)图4 实信号的D F T信道化模型 求模模块的实现有2种选择:一是直接用实部的平方加虚部的平方,这种算法使用专门的乘法,但处理延时小,可以让检测时间缩小;一种是使用坐标旋转数字运算(C O R D I C)算法。由于求模的算法中包含开方运算,求相位的算法中包含除法运算以及反正切函数运算,不便于直接实现,而采用C O R D I C算法来实现。C O R D I C算法将输入的复数据看成矢量,通过旋转逼近的方法,计算三角函数。C O R I D C算法不需要任何乘除法运算,而且可以同时获得幅度和相角,其缺点是需
10、要迭代运算,运算时间较长。(4)测频通过C O R D I C算法获得信号的相位信息后,信号的瞬时频率可以通过相位差求得:f(k,m)=(k,m+1)-(k,m)2(4)式中:为输出采样间隔。对于每个子信道的输出,获得输出数据的瞬时频率,加上子信道本身的信道号,就可以获得输入信号的频率。这种测频方法需要较高的信噪比,如果需要提高测量精度,那么可以多点测量。但是多点测量会模糊掉频率不平稳的信号的频率变化,比如c h i r p信号。(5)对于时域参数测量通过前面的几个模块,信号的幅度和频率信息已经获得。P DW模块主要获得信号的时间信息,包括到达时间、脉冲宽度。系统采用绝对时间标的方法标注到达时
11、间,即系统将脉冲前沿的到达的绝对时间作为到达时间。另外,通过观察脉内的瞬时频率是否是常数,还将给出脉冲有无调制,作为脉冲描述字的一部分。最终形成P DW。47舰 船 电 子 对 抗第4 6卷 2 信号分选识别设计与原理信号分选识别模块接收来自数字测频及脉冲测量模块的P DW数据流,P DW数据流首先进入现场可编程门阵列(F P GA)滤波器,滤波器可完成多参数如射频(R F)、脉宽(PW)、脉冲重复频率(P R I)滤波。经过滤波后的数据进入先进先出(F I F O)缓存,数字信号处理器(D S P)读取F I F O中的数据进行脉冲聚类,建立辐射源脉冲相关通道,并将P DW数据存入双端口随机
12、存储器(D P R AM)。D S P实时读取D P R AM中各通道的P DW数据,满足相关条件后进行时序分析、参数平滑等处理,最终提取被干扰对象信号判断、判断结构信息送控制单元。信号分选识别模块的工作原理如图5所示。图5 信号分选识别模块原理框图F I F O、分选器和跟踪器部分称为预处理。预处理完成信号的第1步去交错分选,主处理完成信号的进一步分选与参数计算。用C语言与汇编语言混合编程。信号处理的预处理对来自数字测频及脉冲测量模块的P DW数据经滤波器进行滤波,将有效数据送到F I F O进行缓冲。滤波器中可加载R F、PW、P R I相关参数进行滤波,其参数由主处理器加载,也可由主控单
13、元加载。分选器对来自F I F O的数据进行分流处理,完成对信号的稀释。分选器按R F、PW相关,对各P DW进行粗分选,建立分选通道,并将P DW及通道号送跟踪器。跟踪器将P DW存入D P R AM中,建立初始跟踪表,以满足2种切换方式将D P R AM切换给主处理器,分选处理结果通过网络送控制单元,并通过网络接收控制单元送来的工作命令、自检命令、滤波命令、频率扫描和灵敏度控制等命令。3 实现方案分选识别单元主要由技术产生器组成。为了满 足小型化的需求,分选识别单元与目标干扰信号产生单元的多个模块集成在一块高密度多层印制板上。分选识别单元主要由D S P、大规模高性能F P-GA、高速A
14、D C、存储模块等组成,分选识别单元电路原理框图如图6所示。图6 分选识别及目标干扰信号产生单元电路原理框图信号分选识别模块采用以高性能数字信号处理器(D S P)为核心的标准化信号处理板。D S P的主频为1 GH z,板 上 有D S P和 大 容 量 的F P GA以 及D P R AM和输入/输出接口(2个网口和2个串口)。信号处理板完成预处理和主处理的功能,其中F P-GA和D S P共同完成由F I F O、分选器、跟踪器和R AM组成的预处理功能,主要包括信号的粗分选、快速告警、滤 波等功能,D S P独立完 成主处理的功能。4 结束语本文采用的高集成小型化测量分选识别信号的方法
15、已应用于某机载平台,为了保证功能、性能,以及尺寸、重量的限制,将电子载荷的脉冲测量、分选识别、回波及干扰产生3个功能高度集成,实现了高集成小型化测量分选识别及回波干扰产生技术,对高集成小型化进一步在雷达对抗或雷达仿真模拟的应用具有一定的参考意义。参考文献1 何明浩,韩俊.现代雷达辐射源信号分选与识别D.北京:科学出版社,2 0 1 6.2 刘锋,黄宇,王泽众,等.复杂调制信号的截获、分选和识别M.北京:国防工业出版社,2 0 1 5.3 国强.雷达信 号分 选理 论 研究 M.北 京:科 学出 版社,2 0 1 0.4 王鑫,王旭,洪伟.基于二维特征相似系数的雷达辐射源识别算法J.舰船电子对抗,2 0 2 0,4 3(5):3 8 4 3.57第4期程路尧:基于高集成小型化测量分选识别信号的设计