本篇文章是由《高等學(xué)校計(jì)算數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)》(季刊)創(chuàng)刊于1979年，是由國家教育部主管、南京大學(xué)主辦的中央級刊物。

　　摘 要:寬帶數(shù)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(dǎo)致數(shù)字動態(tài)、靈敏度、多信號處理等變差。針對這些問題,結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的電子技術(shù),介紹了寬帶數(shù)字信號處理中的寬帶采集、陣列處理、數(shù)字信道化以及數(shù)字儲頻干擾等技術(shù),分析了寬帶對這些技術(shù)的影響,探討了寬帶數(shù)字信號處理技術(shù)在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用及發(fā)展方向,為研究數(shù)字信號處理技術(shù)的工程師提供有益的參考。

　　關(guān)鍵詞:寬帶 數(shù)字信號處理 數(shù)字波束形成 電子對抗 數(shù)字信道化

　　1 對寬帶數(shù)字和信號的處理介紹

　　對寬帶數(shù)字和信號的處理,有數(shù)據(jù)采集和信息處理兩大部分。其中數(shù)據(jù)采集進(jìn)行信號處理的前提,是后期對信號進(jìn)行處理時必須先要完成的階段和過程。而對于所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,可以實(shí)現(xiàn)很多不同的功能,本文僅對當(dāng)前常用的數(shù)字天線、數(shù)字信號的干擾和數(shù)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(shù)字量化,最常用的方法是借助模數(shù)變換器,這又可以簡稱為ADC。根據(jù)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(chǎn)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(yīng)用中,采樣頻率的值一般為帶寬值的2.3倍左右。當(dāng)ADC的值增加時,輸入帶寬的瞬時值則也可以適當(dāng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)輸入信號的離散化,ADC的位數(shù)(b)和比較器數(shù)量(Ⅳ)的倍數(shù)是N=2。為了使實(shí)現(xiàn)的難度降低,一般要采用級聯(lián)方式,以便獲得較大的ADC位數(shù)。例如,當(dāng)ADC為8位時,需要的比較器的個數(shù)為256,而如果采用2個4位的ADC進(jìn)行級聯(lián),形成一個8位ADC時,就可以把比較器的個數(shù)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(dāng)采樣位數(shù)和頻率增加時,在硬件角度上實(shí)現(xiàn)的難度就會增大。

　　1.2 寬帶數(shù)字偵收技術(shù)

　　所謂數(shù)字寬帶偵收,其目標(biāo)是為了準(zhǔn)時或?qū)崟r對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,對所采用的處理算法來說,最重要的計(jì)算速度問題。利用改進(jìn)算法來提高處理數(shù)據(jù)速度的方法大體有以下幾種:(1)把大數(shù)據(jù)率變換成小數(shù)據(jù)率,例如數(shù)字信道化的形式等;(2)實(shí)現(xiàn)快速化的信號處理和算法,例如快速FFT方法等。在數(shù)字信道化中,當(dāng)信道的個數(shù)是M時,那么單個子信道的數(shù)據(jù)率值就降為先前的1/M,這樣,就為輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)時或?qū)崟r處理和計(jì)算提供了充足的時間,可是,當(dāng)每一個信道都要加以關(guān)注時,就要對各個信道進(jìn)行并行處理,就會在硬件的設(shè)計(jì)方面增加難度。在工程應(yīng)用中,一般是將全部接收的信號利用編碼技術(shù),折合到一部分信道內(nèi),從而不去對所有的信道進(jìn)行關(guān)注。對于N點(diǎn)的FFT,在運(yùn)算時,可以把呈離散狀態(tài)的FFT的次復(fù)數(shù)乘法減少到(N/2)log2N次,當(dāng)N較大時,就會使運(yùn)算速度明顯提高。

　　1.3 寬帶數(shù)字射頻存儲技術(shù)

　　當(dāng)需要對相參雷達(dá)實(shí)施數(shù)字儲頻式干擾時,要是不能把頻域內(nèi)出現(xiàn)的全部信息加以保存,就難以對其進(jìn)行精確地復(fù)制,從而不能實(shí)施有效的干擾。而寬帶數(shù)字射頻,又稱為RF,則可以實(shí)現(xiàn)把頻域內(nèi)出現(xiàn)的全部信息進(jìn)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(shù)字式信號,然后再寫入相對高速的存儲器,同時實(shí)施干擾調(diào)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(shù),轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號,得到適合射頻的輸出信號,從而完成存儲和轉(zhuǎn)發(fā)整個過程。

　　寬帶數(shù)字射頻存儲技術(shù),又稱作DRFM。其主要功能是依據(jù)需要,利用存儲的數(shù)據(jù)實(shí)施干擾調(diào)制,然后把調(diào)制好的數(shù)據(jù)借助于高速D/A技術(shù),再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的干擾模擬信號,從而可以實(shí)現(xiàn)在距離、速度兩個方面的波門拖引,設(shè)置假目標(biāo)進(jìn)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(dá)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(dǎo)致對其體積和功耗就越大,成本也就相應(yīng)地越高。

　　2 寬帶數(shù)字處理應(yīng)用于電子戰(zhàn)的途徑

　　寬帶可以改善雷達(dá)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(xiàn)代電子戰(zhàn)中,寬帶還有更多的應(yīng)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(jìn)行計(jì)算。

　　P=-114+F+lgB+D (1)

　　式中:F為噪聲系數(shù);B為接收帶寬;D為識別系數(shù)。

　　從公式可以看出,在其余參數(shù)不變時,帶寬增大,靈敏度就要降低。當(dāng)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(shù),減少識別系數(shù)。對于前者,沒有多少潛力可以挖掘,相應(yīng)地,減少識別系數(shù)就成為最常用的方法。

　　3 發(fā)展趨勢

　　在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中,對寬帶數(shù)字和信號的處理技術(shù)越來越重要,在各個軍事領(lǐng)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(nèi)的重要發(fā)展方向。在工程應(yīng)用中,寬帶和數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和實(shí)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(zhuǎn)換和處理進(jìn)行大力的研究,才能有所突破。因?yàn)槔霉庑盘柼幚?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(shí)現(xiàn)FFT,其計(jì)算的時間甚至可以完全忽略不計(jì)。

　　4 結(jié)語

　　在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中,寬帶數(shù)字式信號的處理是必不要少的方式。本文對于寬帶技術(shù)中的信號采集、信號偵收、數(shù)字天線、信號儲頻等幾個方面的內(nèi)容進(jìn)行了簡單的分析,論述了常用的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展趨勢,能夠?yàn)閷拵Чこ碳夹g(shù)人員提供相應(yīng)的參考。

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