| 标题 | 窗谱比值校正法在雷达干扰系统自校中的应用 |
| 范文 | 刘能 傅其祥 谢晓霞 王伟 摘 要： 全极化有源假目标干扰系统，具有调制、转发任意极化形式假目标的能力，由于H，V极化通道之间幅相特性存在着不可避免的差异，降低了后续数字信号处理精度，从而影响了系统的干扰效果。针对这一问题，应用对频谱的比值校正法，解决了离散频谱的幅值和相位的精确求解问题，较好地校正了H，V极化通道之间的幅相不一致，并且在基于FPGA+DSP的数字信号处理板上实现了该方法，实验证明该方法校准效果良好，有较强的应用价值。 关键词： 全极化有源假目标干扰系统； 比值校正法； 幅相一致性校正； FPGA+DSP 中图分类号： TN874?34 文献标识码： A 文章编号： 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 在全极化有源假目标干扰系统中，H，V两路极化通道接收雷达信号，完成低噪声放大、变频、滤波、采样、存储、调制、转发假目标干扰，为了使干扰效果达到最大，要求正交双极化通道幅相稳定、一致、可控。但在实际系统中，通道间原始幅相一致性很难控制，幅相特性的不一致，对假目标极化形式会造成很大的影响，必须对其加以校正[1?2]。 实际系统中常用FFT和谱分析方法进行校正，由于FFT和谱分析只能在有限区间内进行，不可避免地存在由于时域截断（矩形窗）产生的能量泄漏，使谱峰值变小，精度降低[3]。在数字信号处理中，由FFT得到的幅值谱是离散谱，是信号频谱与窗函数频谱作复卷积后，按归一化频率分辨率[Δw=2πN]等间隔域抽样的结果。如果周期性信号的频率正好在某一谱线上，得到的频率、幅值和相位是准确的。在一般情况下，信号频率在两条谱线之间，由于谱线不在主瓣中心，由峰值谱线反映的频率、相位和幅值都不准确。加矩形窗时最大幅值误差可达36.4%，相位误差可达90°。增加采样长度可以降低误差出现的机率，但不会彻底消除。对幅值谱进行校正的比值法，可以解决离散频谱没有对正峰顶、有能量泄漏带来较大误差的问题，显著提高了估计精度[4]。 2 幅相一致性修正实现 通过自校修正H，V两路极化的幅相差异，自校的方法是在H，V两路极化通道的前端输入相同的单频信号，在极化通道末端接收信号，运用上述峰值搜寻方法，精确估算两路信号的幅度和相位，计算H，V通道间极化补偿系数。根据系统5 MHz带宽的指标需求，在中心频率[f0±2.5 ]MHz范围内，以0.1 MHz为步进频率，接收通道和发射通道各进行51个频率点的自校，建立对应频率点的幅度/相位数据表，以供调制时进行通道补偿。 2.1 干扰系统组成 干扰系统包含了射频分系统及数字分系统，射频分系统完成信号的放大、变频、滤波、检波等处理，数字分系统完成中频信号的采样、I/Q解调、滤波、存储、幅相一致性测量、干扰调制和转发等处理[8]。其中，射频分系统接收通道的自校信号由自校源信号激励，而发射通道自校信号由发射信号激励，并通过开关切换至另一接收通道进行相互校准。数字分系统中，FPGA与DSP均为可编程器件，大大提高了系统的灵活性。根据不同的信号处理需求，可以通过改变具体算法来实现不同的功能，系统中FPGA对接收数据进行缓存、预处理之后，DSP再对数据进行比较复杂的处理。干扰系统组成示意图如图1所示。 FPGA作为系统时序及逻辑控制的核心部件，包含串口通信模块、串/并转换模块、采集信号接收模块、正交解调模块、FIR滤波模块、地址映射模块、状态机控制模块，主要完成以下功能：与PC机之间数据通信，接收串口数据，重组接收数据，上传系统当前状态及自校结果；检波模块的输出作为是否启动解调等后续模块的标志位；通过正交解调、低通滤波，确保频率成分，减少带外误差；通过IP核双口RAM、FIFO完成地址映射[9]，双口RAM构建数据传输通道，FIFO构建指令交互通道，其中FIFO1中指令从FPGA传输至DSP端，FIFO2中指令从DSP传输至FPGA端；状态机控制模块实现了模块间的逻辑控制，控制模块的先后运行顺序，其控制流程图如图2所示。 DSP数据处理程序包含自校和极化调制等模块。自校模块是整个干扰系统有效实施干扰的前提，由于H，V两路极化通道存在着不一致性，通过自校将两路接收通道、发射通道的幅相差计算得到，作为后续调制的补偿。极化调制模块具有调制、转发任意极化形式噪声，压制干扰、假目标干扰和模拟任意极化散射矩阵的雷达目标的能力。 4 结 语 本文充分利用了FPGA和DSP进行高速信号处理的特点，通过采用基于窗谱比值校正法的峰值搜寻方法，提取离散频谱的幅度和相位参数。该方法解决了频谱泄漏对信号的频域参量提取的影响，具有数据处理量少、精确度高的特点。实验结果表明其能较好地解决系统H，V极化通道之间存在的幅相特性不一致的问题。本方法不仅适用于极化通道，也适用于相控阵雷达系统及其他相控阵射频系统。 参考文献 [1] 冀映辉，蔡炜，陈铭.一种高速多通道A/D幅相一致性修正的实现方法[J].微计算机应用，2011，32（6）：66?70. [2] 师鹏宇，殷友廷.通道间相位差求解算法分析[J].雷达与对抗，2011，31（1）：35?37. [3] 程佩青.数字信号处理教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2001. [4] 丁康，谢明，杨志坚.离散频谱分析与校正理论与技术[M].北京：科学出版社，2008. [5] 杨志坚，丁康.离散频谱校正理论研究及其在发动机振动分析中的应用[D].广州：华南理工大学，2009. [6] XU Chuan?yan， DING Kang， YANG Zhijian， et al. Influence of additive white Gaussian noise on the interpolation method of discrete spectrum [J]. Advanced Materials Research， 2012， 383/390： 2951?2957. [7] 李冬海，周海中.基于二分法峰值的频率搜索算法[J].电子信息对抗技术，2013（1）：10?12. [8] 都佰胜.数字下变频的FPGA实现[J].电子设计工程，2009（3）：43?44. [9] 侯彦军.利用FPGA IP核来提升雷达脉冲压缩的性能[J].科技咨询导报，2007（27）：196?197. [10] 李欣，刘峰，龙腾.定点FFT在TS201上的高效实现[J].北京理工大学学报，2010，30（1）：88?91. DSP数据处理程序包含自校和极化调制等模块。自校模块是整个干扰系统有效实施干扰的前提，由于H，V两路极化通道存在着不一致性，通过自校将两路接收通道、发射通道的幅相差计算得到，作为后续调制的补偿。极化调制模块具有调制、转发任意极化形式噪声，压制干扰、假目标干扰和模拟任意极化散射矩阵的雷达目标的能力。 4 结 语 本文充分利用了FPGA和DSP进行高速信号处理的特点，通过采用基于窗谱比值校正法的峰值搜寻方法，提取离散频谱的幅度和相位参数。该方法解决了频谱泄漏对信号的频域参量提取的影响，具有数据处理量少、精确度高的特点。实验结果表明其能较好地解决系统H，V极化通道之间存在的幅相特性不一致的问题。本方法不仅适用于极化通道，也适用于相控阵雷达系统及其他相控阵射频系统。 参考文献 [1] 冀映辉，蔡炜，陈铭.一种高速多通道A/D幅相一致性修正的实现方法[J].微计算机应用，2011，32（6）：66?70. [2] 师鹏宇，殷友廷.通道间相位差求解算法分析[J].雷达与对抗，2011，31（1）：35?37. [3] 程佩青.数字信号处理教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2001. [4] 丁康，谢明，杨志坚.离散频谱分析与校正理论与技术[M].北京：科学出版社，2008. [5] 杨志坚，丁康.离散频谱校正理论研究及其在发动机振动分析中的应用[D].广州：华南理工大学，2009. [6] XU Chuan?yan， DING Kang， YANG Zhijian， et al. Influence of additive white Gaussian noise on the interpolation method of discrete spectrum [J]. Advanced Materials Research， 2012， 383/390： 2951?2957. [7] 李冬海，周海中.基于二分法峰值的频率搜索算法[J].电子信息对抗技术，2013（1）：10?12. [8] 都佰胜.数字下变频的FPGA实现[J].电子设计工程，2009（3）：43?44. [9] 侯彦军.利用FPGA IP核来提升雷达脉冲压缩的性能[J].科技咨询导报，2007（27）：196?197. [10] 李欣，刘峰，龙腾.定点FFT在TS201上的高效实现[J].北京理工大学学报，2010，30（1）：88?91. DSP数据处理程序包含自校和极化调制等模块。自校模块是整个干扰系统有效实施干扰的前提，由于H，V两路极化通道存在着不一致性，通过自校将两路接收通道、发射通道的幅相差计算得到，作为后续调制的补偿。极化调制模块具有调制、转发任意极化形式噪声，压制干扰、假目标干扰和模拟任意极化散射矩阵的雷达目标的能力。 4 结 语 本文充分利用了FPGA和DSP进行高速信号处理的特点，通过采用基于窗谱比值校正法的峰值搜寻方法，提取离散频谱的幅度和相位参数。该方法解决了频谱泄漏对信号的频域参量提取的影响，具有数据处理量少、精确度高的特点。实验结果表明其能较好地解决系统H，V极化通道之间存在的幅相特性不一致的问题。本方法不仅适用于极化通道，也适用于相控阵雷达系统及其他相控阵射频系统。 参考文献 [1] 冀映辉，蔡炜，陈铭.一种高速多通道A/D幅相一致性修正的实现方法[J].微计算机应用，2011，32（6）：66?70. [2] 师鹏宇，殷友廷.通道间相位差求解算法分析[J].雷达与对抗，2011，31（1）：35?37. [3] 程佩青.数字信号处理教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2001. [4] 丁康，谢明，杨志坚.离散频谱分析与校正理论与技术[M].北京：科学出版社，2008. [5] 杨志坚，丁康.离散频谱校正理论研究及其在发动机振动分析中的应用[D].广州：华南理工大学，2009. [6] XU Chuan?yan， DING Kang， YANG Zhijian， et al. Influence of additive white Gaussian noise on the interpolation method of discrete spectrum [J]. Advanced Materials Research， 2012， 383/390： 2951?2957. [7] 李冬海，周海中.基于二分法峰值的频率搜索算法[J].电子信息对抗技术，2013（1）：10?12. [8] 都佰胜.数字下变频的FPGA实现[J].电子设计工程，2009（3）：43?44. [9] 侯彦军.利用FPGA IP核来提升雷达脉冲压缩的性能[J].科技咨询导报，2007（27）：196?197. [10] 李欣，刘峰，龙腾.定点FFT在TS201上的高效实现[J].北京理工大学学报，2010，30（1）：88?91. |
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