基于多相濾波技術(shù)的ESM/ELINT接收機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

柴樺　高俊杰

摘要：本文針對(duì)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展對(duì)接收機(jī)的發(fā)展提出的新要求，研究了目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的接收機(jī)技術(shù)，提出了基于多相濾波技術(shù)的ESM/ELINT接收機(jī)技術(shù)， 并在硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行了詳細(xì)的論證和描述，進(jìn)一步提高了國(guó)內(nèi)在雷達(dá)信號(hào)采集處理等方面技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：多相濾波 接收機(jī)

隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)提出了越來(lái)越高的要求，雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬會(huì)越來(lái)越寬，采樣頻率會(huì)越來(lái)越高，由于信號(hào)處理能力和采樣能力之間的差距有可能長(zhǎng)期存在，因此如何解決解決數(shù)據(jù)“瓶頸”是數(shù)字接收機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。寬帶數(shù)字接收機(jī)作為新一代數(shù)字接收機(jī)，其實(shí)現(xiàn)方案是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)此都有一定的研究。目前市場(chǎng)產(chǎn)品一是利用基于PCI總線(xiàn)的工控機(jī)作為主機(jī)，利用TI公司的DSP芯片TMS320C31作為處理器實(shí)現(xiàn)多路并行FFT，瞬時(shí)帶寬為1GHz，采樣頻率為125MHz，通道延時(shí)為0.3nS。二是寬帶高效下變頻基于FPGA實(shí)現(xiàn)的引導(dǎo)式接收機(jī)。

一、總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

多相濾波ESM/ELINT接收機(jī)由數(shù)據(jù)采集處理器和主計(jì)算機(jī)兩部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集處理器主要實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)的采集和處理，給出信號(hào)的有關(guān)參數(shù)。主計(jì)算機(jī)主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分選和識(shí)別。數(shù)據(jù)采集處理器由四部分構(gòu)成：第一部分是用來(lái)實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)高速帶通采樣的數(shù)據(jù)采集卡，其采樣頻率為2.25GHz，量化位數(shù)為8bit，信號(hào)的輸入頻率范圍為1.1GH～2.7GHz。數(shù)據(jù)采集卡和多相濾波器之間通過(guò)專(zhuān)用的高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸。第二部分是多相濾波器，該濾波器將整個(gè)輸入頻段劃分成16個(gè)子信道，每個(gè)子信道的有效寬度為19.25MHz，輸出數(shù)據(jù)位數(shù)為8bit，輸出數(shù)據(jù)率為68.125Mbyte/S，該濾波器可以采用FPGA實(shí)現(xiàn)。第三部分是用來(lái)進(jìn)行信道化后處理的并行處理陣列，并行處理陣列可以利用多DSP并行處理卡構(gòu)成，由于多相濾波ESM/ELINT接收機(jī)的輸出信道出現(xiàn)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的概率并不高，因此在每個(gè)信道處理過(guò)程中可以不考慮同時(shí)到達(dá)信號(hào)問(wèn)題，但整個(gè)1GHz頻帶內(nèi)很可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)到達(dá)多信號(hào)，因此每個(gè)信道都有自己獨(dú)立的并行處理卡。處理卡和多相濾波器之間利用專(zhuān)用高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接，處理結(jié)果通過(guò)計(jì)算機(jī)通用總線(xiàn)送主計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。第四部分是并行存儲(chǔ)陣列，這部分由硬盤(pán)陣列和相應(yīng)的控制電路構(gòu)成，每一個(gè)信道可以對(duì)應(yīng)一組硬盤(pán)，由并行處理卡上的存儲(chǔ)器構(gòu)成海量緩沖器，以保證信號(hào)的連續(xù)存儲(chǔ)，采用這種方式可以有效解決寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)錄取問(wèn)題，可錄取的信號(hào)寬度將會(huì)擴(kuò)展到1GHz。基于多相濾波技術(shù)的ESM/ELINT接收機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

二、多相濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

多相濾波器的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)ESM/ELINT接收機(jī)的核心問(wèn)題，為此設(shè)計(jì)了一種基于延時(shí)采樣的交叉信道化多相濾波器。由于采樣頻率高達(dá)2.25GHz，相應(yīng)的多相濾波器輸入端的數(shù)據(jù)率將高達(dá)2.25GBps，為降低輸入數(shù)據(jù)率，必須增加輸入數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度達(dá)到256位時(shí)，輸入數(shù)據(jù)率可以降到采樣速率的1/16，這樣就可以解決輸入數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題。另外，多相濾波器有16個(gè)輸出信道，每個(gè)信道都采用8bit輸出，這樣輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)也需要128根。利用交叉信道化技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相濾波器。采集卡A和B的采樣頻率均為2.25GHz，兩塊采集卡同步工作，延時(shí)時(shí)間為0.6ns，在保證時(shí)序正確的情況下可以利用這兩塊采集卡實(shí)現(xiàn)2.25GHz的采樣。數(shù)據(jù)采集卡A和B的采樣數(shù)據(jù)同時(shí)送到多相濾波器A和B，這兩塊采集卡的輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)各有128根，輸出數(shù)據(jù)率和前面介紹的相同，多相濾波器A和B的輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)仍為256根。在交叉信道化條件下，多相濾波器A和B分別有16個(gè)輸出，輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)都為128根，輸出數(shù)據(jù)率也保持不變。由于多相濾波器A和B是分開(kāi)實(shí)現(xiàn)的，因此每一片F(xiàn)PGA的輸入輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)就可以控制在400根以下，大大降低了多相濾波器的實(shí)現(xiàn)難度。

多相濾波ESM/ELINT接收機(jī)當(dāng)采完一幀數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)理，將輸入數(shù)據(jù)分配到多相濾波器相應(yīng)的輸入端，然后進(jìn)行多相濾波將輸入信號(hào)劃分到不同的信道，再對(duì)每一個(gè)信道進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)、參數(shù)測(cè)量和預(yù)分選。參數(shù)測(cè)量部分除了給出脈沖頻率、寬度和重復(fù)間隔外，還要給出脈沖的幅度并識(shí)別出脈內(nèi)調(diào)制類(lèi)型給出調(diào)制參數(shù)。參數(shù)測(cè)量的結(jié)果經(jīng)過(guò)預(yù)分選后送主機(jī)進(jìn)行最后的型號(hào)識(shí)別和個(gè)體識(shí)別。當(dāng)接收機(jī)執(zhí)行情報(bào)偵察任務(wù)時(shí)，接收機(jī)主要是對(duì)偵察時(shí)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后分析來(lái)獲取需要的信息，在這種情況下并行處理陣列通常只對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)有信號(hào)時(shí)就啟動(dòng)存儲(chǔ)陣列開(kāi)始記錄，在盲采狀態(tài)下也可以不檢測(cè)信號(hào)直接存儲(chǔ)。

三、多相濾波ESM/ELINT接收機(jī)的功能特點(diǎn)

多相濾波ESM/ELINT接收機(jī)主要有以下功能特點(diǎn)：首先，這種接收機(jī)的量化位數(shù)高，信號(hào)處理能力強(qiáng)，能夠通過(guò)脈內(nèi)分析獲得信號(hào)的細(xì)微特征，具有型號(hào)識(shí)別和個(gè)體識(shí)別能力。其次，這種接收機(jī)使用靈活、應(yīng)用范圍廣。第三，這種接收機(jī)的每個(gè)子信道都有單獨(dú)的信號(hào)處理器，因此具有較高的截獲概率。第四，這種接收機(jī)具有事后分析能力，能夠處理復(fù)雜疑難信號(hào)。第五，這種接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)大帶寬的實(shí)時(shí)信號(hào)存儲(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)大時(shí)間帶寬積信號(hào)的處理，可以采用頻率寬開(kāi)的ELINT數(shù)字接收機(jī)，可以充分發(fā)揮軟件化偵察的優(yōu)勢(shì)，也是數(shù)字接收機(jī)的最終發(fā)展方向。當(dāng)高速信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展到一定階段后，其它類(lèi)型的數(shù)字接收機(jī)都有可能被全寬開(kāi)的數(shù)字接收機(jī)代替，或許在將來(lái)的某一天，人們可以擺脫硬件對(duì)接收機(jī)性能的限制，實(shí)現(xiàn)軟件化接收機(jī)。

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