寬帶數字信號的處理技術
寬帶數字信號在電子技術的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，也是眾多電子技術工作者研究的熱點問題，本文主要研究寬帶數字信號處理技術在電子戰(zhàn)中的應用及發(fā)展方向。
《中國電子商情通信市場》(雙月刊)創(chuàng)刊于2003年，是中國大陸創(chuàng)刊時間最早得到新聞出版署正式批準的電器元器件行業(yè)的商業(yè)雜志，也是目前國內最具規(guī)莫和知名度的行業(yè)媒體之一。依托信息產業(yè)部和中電器材總公司強大的行業(yè)信息資源。經過十幾年的積淀和發(fā)展。
寬帶數字信號處理是電子戰(zhàn)研究的主題之一。相對于窄帶而言,寬帶會導致數字動態(tài)、靈敏度、多信號處理等變差。針對這些問題,結合現代先進的電子技術,介紹了寬帶數字信號處理中的寬帶采集、陣列處理、數字信道化以及數字儲頻干擾等技術,分析了寬帶對這些技術的影響,探討了寬帶數字信號處理技術在電子戰(zhàn)中的應用及發(fā)展方向,為研究數字信號處理技術的工程師提供有益的參考。
1 對寬帶數字和信號的處理介紹
對寬帶數字和信號的處理,有數據采集和信息處理兩大部分。其中數據采集進行信號處理的前提,是后期對信號進行處理時必須先要完成的階段和過程。而對于所采集的數據進行處理,可以實現很多不同的功能,本文僅對當前常用的數字天線、數字信號的干擾和數字偵察等方面加以分析和介紹。
1.1 寬帶信號采集
寬帶信號的采集就是指在對輸入的信號在中頻波段附近加以數字量化,最常用的方法是借助模數變換器,這又可以簡稱為ADC。根據奈奎斯特的定理可以知道,要想不至于發(fā)生因信號的頻率重疊而產生模糊或失真,ADC在輸入時的帶寬一定要不大于采樣頻率的1/2倍。在工程應用中,采樣頻率的值一般為帶寬值的2.3倍左右。當ADC的值增加時,輸入帶寬的瞬時值則也可以適當有所提高。
對于寬帶采集的方法,最常用的有3種:一是ADC高速采樣;二是利用示波器進行采樣;三是借助于光采樣。其中,ADC高速采樣是通過若干個并行的比較器實現輸入信號的離散化,ADC的位數(b)和比較器數量(Ⅳ)的倍數是N=2。為了使實現的難度降低,一般要采用級聯方式,以便獲得較大的ADC位數。例如,當ADC為8位時,需要的比較器的個數為256,而如果采用2個4位的ADC進行級聯,形成一個8位ADC時,就可以把比較器的個數減少為32。一般說來,與高速率采樣相比,低速率采樣要容易得多。當采樣位數和頻率增加時,在硬件角度上實現的難度就會增大。
1.2 寬帶數字偵收技術
所謂數字寬帶偵收,其目標是為了準時或實時對輸入數據進行處理,對所采用的處理算法來說,最重要的計算速度問題。利用改進算法來提高處理數據速度的方法大體有以下幾種:(1)把大數據率變換成小數據率,例如數字信道化的形式等;(2)實現快速化的信號處理和算法,例如快速FFT方法等。在數字信道化中,當信道的個數是M時,那么單個子信道的數據率值就降為先前的1/M,這樣,就為輸入數據的準時或實時處理和計算提供了充足的時間,可是,當每一個信道都要加以關注時,就要對各個信道進行并行處理,就會在硬件的設計方面增加難度。在工程應用中,一般是將全部接收的信號利用編碼技術,折合到一部分信道內,從而不去對所有的信道進行關注。對于N點的FFT,在運算時,可以把呈離散狀態(tài)的FFT的次復數乘法減少到(N/2)log2N次,當N較大時,就會使運算速度明顯提高。
1.3 寬帶數字射頻存儲技術
當需要對相參雷達實施數字儲頻式干擾時,要是不能把頻域內出現的全部信息加以保存,就難以對其進行精確地復制,從而不能實施有效的干擾。而寬帶數字射頻,又稱為RF,則可以實現把頻域內出現的全部信息進行存儲這一功能。其步驟如下:首先,把輸入的信號變換為中頻信號,通過快速的A/D變換,成為數字式信號,然后再寫入相對高速的存儲器,同時實施干擾調制。如果需要把這種信號重新發(fā)布時,就可以方便地通過控制器讀出,然后再通過高速D/A技術,轉換為相應的模擬信號,得到適合射頻的輸出信號,從而完成存儲和轉發(fā)整個過程。
寬帶數字射頻存儲技術,又稱作DRFM。其主要功能是依據需要,利用存儲的數據實施干擾調制,然后把調制好的數據借助于高速D/A技術,再轉換成相應的干擾模擬信號,從而可以實現在距離、速度兩個方面的波門拖引,設置假目標進行欺騙等方面的干擾作用。為了使這種干擾更加有效,采用的瞬時帶寬要大于雷達信號的帶寬。瞬時帶寬的值,決定了正常工作時的ADC速率以及DAC速率,這種速率越高,對存儲器在存儲方面的要求就越高,導致對其體積和功耗就越大,成本也就相應地越高。
2 寬帶數字處理應用于電子戰(zhàn)的途徑
寬帶可以改善雷達在距離上的分辨能力;可以增加在通信時傳輸信息的容量;在現代電子戰(zhàn)中,寬帶還有更多的應用,例如,友軍的電子支援,敵我雙方的電子對抗,都是最常用的途徑和手段。
在電子戰(zhàn)中,寬帶和靈敏度之間存在著一種矛盾。對于靈敏度,可以利用如下公式進行計算。
P=-114+F+lgB+D (1)
式中:F為噪聲系數;B為接收帶寬;D為識別系數。
從公式可以看出,在其余參數不變時,帶寬增大,靈敏度就要降低。當接收帶寬條件不變時,可以借助以下兩處方法提高其靈敏度:縮小噪聲系數,減少識別系數。對于前者,沒有多少潛力可以挖掘,相應地,減少識別系數就成為最常用的方法。
3 發(fā)展趨勢
在現代電子戰(zhàn)中,對寬帶數字和信號的處理技術越來越重要,在各個軍事領域中都有重要的作用,其中以下方面將成為在今后一個時期內的重要發(fā)展方向。在工程應用中,寬帶和數據的傳輸、存儲和實時處理的速度方面存在著一定的矛盾,為了解決這一問題,需要對信號的電光轉換和處理進行大力的研究,才能有所突破。因為利用光信號處理,可以使瞬時帶寬加大,加快處理的速度,比如,利用透鏡就可以實現FFT,其計算的時間甚至可以完全忽略不計。
4 結語
在現代電子戰(zhàn)中,寬帶數字式信號的處理是必不要少的方式。本文對于寬帶技術中的信號采集、信號偵收、數字天線、信號儲頻等幾個方面的內容進行了簡單的分析,論述了常用的關鍵技術以及發(fā)展趨勢,能夠為寬帶工程技術人員提供相應的參考。
參考文獻
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