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數(shù)字射頻存儲器(DRFM)是現(xiàn)代電子對抗系統(tǒng)中有源雷達干擾機的主要組成部分，用于將接收到的雷達信號精確地復(fù)制后再返回該雷達系統(tǒng)，以此來混淆該系統(tǒng)。正是應(yīng)用DRFM的精確復(fù)制雷達信號的特點，DRFM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種雷達回波信號發(fā)生器、雷達綜合測試儀和各類通用信號源的研制。為了更好地保真復(fù)制各類信號，為研究數(shù)字射頻存儲器提供可靠的仿真理論依據(jù)是本文的主要研究內(nèi)容。 1 基本原理 數(shù)字射頻存儲(DRFM)的基本工作原理：首先將輸入射頻信號下變頻為中頻信號，經(jīng)A／D變換后成為數(shù)字信號，寫入高速存儲器中。當(dāng)需要重發(fā)這一信號時，在控制器控制下讀出此數(shù)字信號并由D／A變換為模擬信號。然后用同一本振作上變頻，得到射頻輸出信號，完成對輸人信號的存儲轉(zhuǎn)發(fā)。 首先對量化過程進行分析，現(xiàn)假設(shè)基帶輸入信號為一個正弦信號gi(t)=Esinωit，量化位數(shù)為N，經(jīng)過量化后的信號可用階梯波y(t)表示，y(t)可以被認為是N對矩形波的疊加。如果A／D變換的量化位數(shù)為m，那么正或負半周的量化臺階數(shù)為N=2m-1。 階梯波的表達式為： E2n+1就是量化產(chǎn)生的諧波分量幅度，可由該式計算各階諧波的功率。 在采樣的過程中，為簡便起見，以一位量化信號作為輸入，則輸入信號為： 式中：E，ωi分別為輸入信號的幅度和角頻率。設(shè)采樣脈沖信號為fs(t)，采樣后的信號為fo(t)，則采樣過程在時域上的數(shù)學(xué)表示式為 fo(t)=fi(t)fs(t)，在DRFM中采用等間隔均勻采樣，采樣周期為Ts，采樣時鐘頻率ωs=2πfs。在實際電路中，采樣是在采樣脈沖上升的瞬間完成的。因此采樣脈沖的寬度可以看成一個窄脈寬，用τs。來表示。采樣脈沖的傅里葉級數(shù)為： 式中：Es，τs，Ts和ωs分別為采樣信號的幅度、脈寬、周期和角頻率。則： 在式(6)中，第一項是基帶的諧波信號，是由量化所產(chǎn)生的頻譜成分，只有在基帶濾波器內(nèi)，諧波將成為寄生信號，所有nωi＞ωs／2的項將被濾除 (n取奇數(shù))；第二項則完全在濾波器外，不用考慮；第三項是交調(diào)信號，滿足(mωs-nωi)＜ωs／2的所有成分，將成為交調(diào)寄生信號，它們是信號諧波與時鐘諧波的交叉調(diào)制引起的。若以D表示脈沖信號占空比，且忽略第二項，則式(6)變?yōu)椋?br /> 式(8)，式(9)即為計算1 b量化DRFM的高次諧波和交調(diào)信號幅度的方法。 2 仿真模型 通過建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用當(dāng)前功能強大的Matlab中Simulink工具箱可以很好地實現(xiàn)該系統(tǒng)的仿真。采樣與量化過程的仿真建模如圖1所示。 信號發(fā)生部分采用Signal Generator模塊產(chǎn)生正弦波；噪聲源采用Gaussian Noise Generator，Zero-Order Hold模塊實現(xiàn)采樣功能。Compare To Zero模塊實現(xiàn)單比特量化，Uniform Encoder模塊實現(xiàn)多比特量化。各路信號分別經(jīng)Data Type Conversion轉(zhuǎn)換為合適的數(shù)據(jù)格式，送入Spectrum Scope顯示頻譜。該模型同時顯示四路信號經(jīng)處理后的頻譜，四路信號由同一信號源產(chǎn)生，以使得結(jié)果更具可比較性。為了盡量模擬實際環(huán)境，加入了均值為 0、方差為0．01的高斯噪聲。 3 仿真分析 (1)輸入信號頻率fi=10 MHz，經(jīng)理論分析計算得到表1。 對模型進行仿真得到結(jié)果如圖2所示((a)～(d)分別對應(yīng)于仿真模型的四個支路)。 (2)輸入信號頻率fi=20 MHz。經(jīng)理論分析計算得到表2；對模型進行仿真結(jié)得到結(jié)果如圖3所示((a)～(d)分別對應(yīng)于仿真模型的四個支路)。 由理論圖表及仿真圖形可知，該組仿真方案沒有諧波產(chǎn)生，頻譜圖中僅有45 MHz處的基波和15 MHz，75 MHz處的交調(diào)，這一現(xiàn)象是由于信號頻率過高，以致于諧波頻率過高而被基帶濾波器除去。盡管沒有諧波產(chǎn)生，但是交調(diào)的功率很大，對系統(tǒng)的高性能工作同樣是一個不利因素。 4 結(jié) 語 綜上所述，根據(jù)采樣與量化過程仿真分析可以得出： (1)采樣和量化使信號頻譜發(fā)生變化，出現(xiàn)了新的頻率分量——諧波和交調(diào)，降低了DRFM的有效發(fā)射功率，使得系統(tǒng)的工作能力變差。 (2)噪聲污染會使頻譜變得更加復(fù)雜，對于一個系統(tǒng)，輸出信噪比取決于輸入信噪比和系統(tǒng)內(nèi)部信噪比，因此噪聲的存在必將降低DRFM的信噪比。 (3)總的來講，諧波分量隨頻率增加降低，而交調(diào)分量隨頻率增加升高，也就是說高次諧波幅度較低次的小，而高次交調(diào)幅度較低次的大。 (4)當(dāng)信號頻率和采樣率一定時，提高采樣率或增加量化位數(shù)都可以起到抑制寄生信號的作用。具體來講，提高采樣率對交調(diào)有很好的抑制作用，而對諧波作用不明顯；增加量化位數(shù)對交調(diào)和諧波都有很好抑制作用。 |
