DRFM量化信号频谱分析*

2010-04-26杨正洪宋小全

舰船电子工程 2010年5期

王坤杨正洪宋小全

(63921部队1) 北京 100094)(63880部队2) 洛阳 471003)

1 DRFM原理简介[1]

在现代电子战中,大多欺骗式干扰机都使用了数字射频存储(DRFM)技术。DRFM使用数字方法对输入的射频信号精确存储,然后重构或调制输入信号。时域上对输入的脉冲加以适当的时延调制能产生距离欺骗干扰信号,频域上对信号载频加以适当的频移可以产生速度欺骗干扰信号,同时加以时延和频移调制则可以产生距离-速度二维欺骗干扰信号。

典型的正交采样I-Q双通道DRFM原理框图如图1所示。

2 量化信号频谱特性分析

图1 典型的I-Q双通道DRFM原理框图

DRFM的主要研究课题都是以如何“高保真”复制输入信号为前提,信号的多比特量化会给信号带来谐波和杂散[1],下面对ADC模数转换过程进行数学分析:

假设模数变换器(ADC)输入电压动态范围为0-DV,有效量化位数(ENOB)为Nbit,采样率为FS。则ADC量化电平Δ为:Δ=D/2N

为了分析问题的简便,进一步假设ADC的有效量化位数为1bit,量化示意图如图2所示,输入信号幅度超过D/2量化结果为1,否则量化结果为0。

图2 1bit量化示意图

由式(3)知,DRFM中1-bit量化后信号的频谱含有pfi+qFS(p和q为整数)的频率成份,除了输入信号频率fi外,还包含 fi的各次谐波以及fi和采样频率FS的交调信号分量。

在图1中,DRFM的基带滤波器能将大部分频率成分滤掉,假设基带低通滤波器的截止频率为FC,则只有p fi+qFS＜FC能够在 DRFM 中输出,成为欺骗式干扰机的谐波和寄生信号。

当A=D时,信号电压变化范围刚好铺满整个ADC的输入动态范围,如果既考虑量化又考虑采样带来的误差[1],采样后信号的信噪比可以表征为:

3 基于Matlab的仿真分析

图3 有效量化位数对DRFM信号频谱的影响

使用软件Matlab对图1所示DRFM框图建模,采用IQ正交采样的方法,研究有效量化位数和采样率对DRFM输出信号频谱的影响如下:

1)假设 A=D=2,采样率FS=200MHz,输入信号频率fi=70MHz,基带滤波器截止频率FC=FS/2,采样后信号FFT点数N=2048,ADC有效量化位数分别为1bit、2bit、3bit时采样信号频谱如图3(a,b,c)所示。

2)假设A=D=2,ADC有效量化位数分别为2bit,输入信号频率 fi=70MHz,基带滤波器截止频率FC=FS/2,采样后信号FFT点数N=2048,采样率FS分别为200MHz,400MHz,800MHz时采样信号频谱如图4(a,b,c)所示。

图4 采样率对DRFM信号频谱的影响

由图3和图4得出结论:输入信号不变时,提高ADC的有效量化位数和采样率能够改善DRFM输出信号的信噪比。但是过高的采样率和量化位数会增加DRFM存储器容量及处理器CPU的负担,实际设计时ADC有效量化位数一般根据输入信号的信噪比来选择[2],采样率根据指标要求的信号带宽及存储器的容量、当前器件水平等因素来选择。