窗譜比值校正法在雷達干擾系統自校中的應用

劉能　傅其祥　謝曉霞　王偉

摘 要： 全極化有源假目標干擾系統，具有調制、轉發任意極化形式假目標的能力，由于H，V極化通道之間幅相特性存在著不可避免的差異，降低了后續數字信號處理精度，從而影響了系統的干擾效果。針對這一問題，應用對頻譜的比值校正法，解決了離散頻譜的幅值和相位的精確求解問題，較好地校正了H，V極化通道之間的幅相不一致，并且在基于FPGA+DSP的數字信號處理板上實現了該方法，實驗證明該方法校準效果良好，有較強的應用價值。

關鍵詞： 全極化有源假目標干擾系統； 比值校正法； 幅相一致性校正； FPGA+DSP

中圖分類號： TN874?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0039?04

Abstract： Full polarimetric active decoy system has the ability to modulate and transmit the false targets with arbitrary polarization forms. Because the unavoidable differences of amplitude and phase between horizontal and vertical polarization channels reduce the accuracy of the following digital signal processing， and affect the jamming effect， author corrects the difference by applying the ratio correction method of frequency spectrum. The accurate solution of amplitude and phase of the discrete spectrum was realized. The method was realized with FPGA and DSP. Experiments prove the calibration effect and strong application value of this method.

Keywords： full polarimetric active decoy system； ratio correction method； amplitude?phase consistency correction； FPGA plus DSP

0 引 言

在全極化有源假目標干擾系統中，H，V兩路極化通道接收雷達信號，完成低噪聲放大、變頻、濾波、采樣、存儲、調制、轉發假目標干擾，為了使干擾效果達到最大，要求正交雙極化通道幅相穩定、一致、可控。但在實際系統中，通道間原始幅相一致性很難控制，幅相特性的不一致，對假目標極化形式會造成很大的影響，必須對其加以校正[1?2]。

實際系統中常用FFT和譜分析方法進行校正，由于FFT和譜分析只能在有限區間內進行，不可避免地存在由于時域截斷（矩形窗）產生的能量泄漏，使譜峰值變小，精度降低[3]。在數字信號處理中，由FFT得到的幅值譜是離散譜，是信號頻譜與窗函數頻譜作復卷積后，按歸一化頻率分辨率[Δw=2πN]等間隔域抽樣的結果。如果周期性信號的頻率正好在某一譜線上，得到的頻率、幅值和相位是準確的。在一般情況下，信號頻率在兩條譜線之間，由于譜線不在主瓣中心，由峰值譜線反映的頻率、相位和幅值都不準確。加矩形窗時最大幅值誤差可達36.4%，相位誤差可達90°。增加采樣長度可以降低誤差出現的機率，但不會徹底消除。對幅值譜進行校正的比值法，可以解決離散頻譜沒有對正峰頂、有能量泄漏帶來較大誤差的問題，顯著提高了估計精度[4]。

2 幅相一致性修正實現

通過自校修正H，V兩路極化的幅相差異，自校的方法是在H，V兩路極化通道的前端輸入相同的單頻信號，在極化通道末端接收信號，運用上述峰值搜尋方法，精確估算兩路信號的幅度和相位，計算H，V通道間極化補償系數。根據系統5 MHz帶寬的指標需求，在中心頻率[f0±2.5 ]MHz范圍內，以0.1 MHz為步進頻率，接收通道和發射通道各進行51個頻率點的自校，建立對應頻率點的幅度/相位數據表，以供調制時進行通道補償。

2.1 干擾系統組成

干擾系統包含了射頻分系統及數字分系統，射頻分系統完成信號的放大、變頻、濾波、檢波等處理，數字分系統完成中頻信號的采樣、I/Q解調、濾波、存儲、幅相一致性測量、干擾調制和轉發等處理[8]。其中，射頻分系統接收通道的自校信號由自校源信號激勵，而發射通道自校信號由發射信號激勵，并通過開關切換至另一接收通道進行相互校準。數字分系統中，FPGA與DSP均為可編程器件，大大提高了系統的靈活性。根據不同的信號處理需求，可以通過改變具體算法來實現不同的功能，系統中FPGA對接收數據進行緩存、預處理之后，DSP再對數據進行比較復雜的處理。干擾系統組成示意圖如圖1所示。

FPGA作為系統時序及邏輯控制的核心部件，包含串口通信模塊、串/并轉換模塊、采集信號接收模塊、正交解調模塊、FIR濾波模塊、地址映射模塊、狀態機控制模塊，主要完成以下功能：與PC機之間數據通信，接收串口數據，重組接收數據，上傳系統當前狀態及自校結果；檢波模塊的輸出作為是否啟動解調等后續模塊的標志位；通過正交解調、低通濾波，確保頻率成分，減少帶外誤差；通過IP核雙口RAM、FIFO完成地址映射[9]，雙口RAM構建數據傳輸通道，FIFO構建指令交互通道，其中FIFO1中指令從FPGA傳輸至DSP端，FIFO2中指令從DSP傳輸至FPGA端；狀態機控制模塊實現了模塊間的邏輯控制，控制模塊的先后運行順序，其控制流程圖如圖2所示。

DSP數據處理程序包含自校和極化調制等模塊。自校模塊是整個干擾系統有效實施干擾的前提，由于H，V兩路極化通道存在著不一致性，通過自校將兩路接收通道、發射通道的幅相差計算得到，作為后續調制的補償。極化調制模塊具有調制、轉發任意極化形式噪聲，壓制干擾、假目標干擾和模擬任意極化散射矩陣的雷達目標的能力。

4 結 語

本文充分利用了FPGA和DSP進行高速信號處理的特點，通過采用基于窗譜比值校正法的峰值搜尋方法，提取離散頻譜的幅度和相位參數。該方法解決了頻譜泄漏對信號的頻域參量提取的影響，具有數據處理量少、精確度高的特點。實驗結果表明其能較好地解決系統H，V極化通道之間存在的幅相特性不一致的問題。本方法不僅適用于極化通道，也適用于相控陣雷達系統及其他相控陣射頻系統。

參考文獻

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DSP數據處理程序包含自校和極化調制等模塊。自校模塊是整個干擾系統有效實施干擾的前提，由于H，V兩路極化通道存在著不一致性，通過自校將兩路接收通道、發射通道的幅相差計算得到，作為后續調制的補償。極化調制模塊具有調制、轉發任意極化形式噪聲，壓制干擾、假目標干擾和模擬任意極化散射矩陣的雷達目標的能力。

4 結 語

本文充分利用了FPGA和DSP進行高速信號處理的特點，通過采用基于窗譜比值校正法的峰值搜尋方法，提取離散頻譜的幅度和相位參數。該方法解決了頻譜泄漏對信號的頻域參量提取的影響，具有數據處理量少、精確度高的特點。實驗結果表明其能較好地解決系統H，V極化通道之間存在的幅相特性不一致的問題。本方法不僅適用于極化通道，也適用于相控陣雷達系統及其他相控陣射頻系統。

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DSP數據處理程序包含自校和極化調制等模塊。自校模塊是整個干擾系統有效實施干擾的前提，由于H，V兩路極化通道存在著不一致性，通過自校將兩路接收通道、發射通道的幅相差計算得到，作為后續調制的補償。極化調制模塊具有調制、轉發任意極化形式噪聲，壓制干擾、假目標干擾和模擬任意極化散射矩陣的雷達目標的能力。

4 結 語

本文充分利用了FPGA和DSP進行高速信號處理的特點，通過采用基于窗譜比值校正法的峰值搜尋方法，提取離散頻譜的幅度和相位參數。該方法解決了頻譜泄漏對信號的頻域參量提取的影響，具有數據處理量少、精確度高的特點。實驗結果表明其能較好地解決系統H，V極化通道之間存在的幅相特性不一致的問題。本方法不僅適用于極化通道，也適用于相控陣雷達系統及其他相控陣射頻系統。

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