干扰时序控制模块中射频滤波器的改进

2013-04-25刘禹

舰船电子对抗 2013年2期

刘禹

（船舶重工集团公司723所，扬州 225001）

0 引言

干扰时序控制模块是引导式雷达有源干扰设备的重要组成之一，能提供各种与目标雷达脉冲同步的干扰时间窗口，从而使雷达有源干扰设备可在时域上对多批威胁目标进行有限干扰资源的合理分配，实现对多批不同射频、不同方位和不同类型的威胁目标同时进行有效的干扰。干扰时序控制模块一般由多参数数字滤波器和重频跟踪器组成。首先多参数数字滤除器根据电子侦察设备对雷达信号的分选结果对来自接收机的密集雷达脉冲流进行方位、频率、脉宽、脉幅等多参数滤波，将欲跟踪的雷达脉冲分离出来。然后重频跟踪器利用可变计时器进行时域相关处理，形成各种预到达波门输出［1］。

1 存在的不足

在多参数数字滤波器中，射频滤波器是最重要的滤波器。在频率、方位、脉宽、脉幅等测量值中，接收机测得的频率值比较稳定、可靠，较能反映雷达辐射信号的特征。所以干扰时序控制模块通常单独使用射频滤波器或加上其它滤波器对雷达脉冲进行滤波分离。过去的射频滤波器由1组上、下限比较器构成，下限比较器装订的参考值是雷达信号射频带宽的最小值，上限比较器装订的是最大值。雷达脉冲流经过射频滤波器时，射频参数在上、下限之间的通过，其余滤除。经过滤除、稀释后的雷达脉冲信号送入重频跟踪器进行时域跟踪。

图1 上下限比较射频滤波器工作原理图

当雷达信号射频带宽较大时（如捷变频雷达），射频滤波器的装订上、下限间距也相应增大，如果在某些情况又不能结合其它滤波器进行滤波，会使送入重频跟踪器的雷达脉冲混杂其它频段接近的非目标雷达信号，导致重频跟踪器受到干扰，输出的预到达波门时域上偏离目标，影响了干扰效果。

另外，在跟踪过程中，若雷达的方位、频率发生变化，则干扰时序控制模块根据电子侦察设备的分选结果进行滤波参数更新。由于电子侦察设备对雷达辐射源的参数更新是通过积累一定数量雷达脉冲后通过分选算法获得的，因此，一般参数更新滞后于雷达辐射源的实际变化，导致干扰时序控制模块不能稳定跟踪目标，影响了干扰效果。

所以，干扰时序控制模块的射频滤波器需提高精细化滤波能力，实现射频滤波参数自动修正功能。

2 改进的方法

随着电子工业技术的快速发展，现场可编程门阵列（FPGA）在信号处理领域的应用越来越广泛。利用FPGA内的块随机存储器（BLOCK RAM）资源构造一个简单双口随机存储器（DPRAM）替代原来的上下限比较器，可以提高滤波器精细化滤波的能力［2］。以处理1组14位二进制数的射频（RF）码为例。如果RF的最小量化单位为1 MHz，每个RF转换为十进制的数值即为该雷达脉冲的射频值，可假设该雷达有8 000 MHz和8 100 MHz 2个工作射频。设计1个存储位宽为1位，存储深度为16 384（214）的DPRAM，端口A为RF滤波参数装订口，其中ADDRA［13∶0］为端口A的14位地址总线，DINA为1位数据总线，WEA为写使能信号，CLKA为写时钟。RF滤波参数装订时，要滤波通过的RF码，以该数值为地址，向DPRAM写入数据“1”；要滤除的RF码，以该数值为地址，向DPRAM数据位写入数据“0”。

本例中，以8 000和8 100为地址值，写入“1”，其余0～16 383内的地址值上都写入“0”。端口B为RF比较和结果输出口。其中ADDRB［13：0］为端口B的14位地址总线，ENB为读使能信号，CLKB为读时钟，DOUTB为读数据输出。RF比较时，以接收机输出的RF码为地址，RF＿READY信号为读使能，不断读取DPRAM相应地址的数据。本例中，若RF码是8 000或8 100，且对应的RF＿READY有效，则DOUTB输出值为“1”，表明该RF码与装订值一致，该雷达脉冲可通过射频滤波。若RF码不是上述两值，DOUTB输出值为“0”，表明该RF码与装订值不一致，该雷达脉冲被滤除。

图2 DPRAM射频滤波器工作原理图

DPRAM射频滤波器和上下限比较射频滤波器相比，具有参数装订灵活，频点个数无限制，可进行精细比较等优点；但是由于采用了同步时序电路，处理延时要比采用异步组合电路的上下限比较射频滤波器大。

对于干扰时序控制模块而言，滤波输出延时增加会导致重频跟踪器部分波门（如瞄频波门）输出延时增加，影响对窄脉冲的瞄频精度，进而影响雷达有源干扰设备干扰效果。所以必须对2种射频滤波器处理延时进行量化分析，以确定DPRAM射频滤波器是否实用。现以XILINX公司的SPARTAN－6系列FPGA XC6SLX150T－FGG9003I为例，通过时序仿真，计算DPRAM射频滤波器的处理延时［3］。FPGA开发软件为ISE 12.4，仿真软件为 Model－Sim SE PLUS 6.5。首先在开发软件中用VHDL语言编写1个包含上下限比较射频滤波器和DPRAM射频滤波器的验证工程。DPRAM射频滤波器的设计通过Block Memory Generator工具生成1个位宽1位、深度为16 384的DPRAM并加入工程。为验证工程还须编写测试激励程序，模拟对滤波器的参数装订过程以及雷达脉冲的射频数据流。从最接近实际情况考虑，选择布线后时序仿真对2种滤波器的性能和延时情况进行比较。图3～5为仿真情况，其中rf＿pass0是上下限比较射频滤波器的输出信号，rf＿pass1是DPRAM射频滤波器的输出信号。

仿真时，通过多次调整测试激励程序中输入信号和DPRAM的读时钟频率，可以得出2个结果：（1）上下限比较射频滤波器的输出延时不随输入信号的变化而变化，始终约为8.34 ns。这是因为上下限比较射频滤波器由异步组合电路构成，布局布线固化后，延时和时钟无关。（2）DPRAM射频滤波器的输出延时随输入信号的和读时钟频率的变化而变化（测试数据见表1），但总的变化范围不大。这是因为DPRAM射频滤波器由同步逻辑电路构成，布局布线固化后，延时和逻辑延时、互连延时、管脚延时等相关。时钟频率的变化只是其中的一部分，所以提高读时钟频率并不能明显降低系统延时。将2种滤波器相比较，DPRAM射频滤波器处理延时较大，但通过提高时钟频率的方法，可以将增加的最大延时控制在8.5 ns。改进后的干扰时序控制器波门输出延时增加有限，对如瞄频精度等设备性能影响很小。所以，DPRAM射频滤波器在参数设置的灵活性和准确性上有很大提高，能够实现精细化滤波的功能，可以取代下限比较射频滤波器。

图3 两种射频滤波器时序仿真图

图4 上下限比较射频滤波器输出延时时序仿真图

图5 DPRAM射频滤波器输出延时时序仿真图

表1 DPRAM射频滤波器输出延时测试值

3 进一步改进

在精细化滤波的基础上，采用双路并行DPRAM射频滤波器，可以实现射频滤波参数的跟踪和自动修正。干扰时序控制模块工作时，先在射频滤波器1中装订粗略的参数，或仅使用其它滤波器的输出进行重频跟踪。射频滤波器2中不装订参数，其DPRAM存储区清零。重频跟踪器只接收射频滤波器1或其它滤波器输出信号。此时，重频跟踪器由于滤波输出信号的质量不高，不能连续稳定跟踪。而在重频跟踪器能稳定跟踪的时段内，将输出波门反馈到射频滤波器2中，作为DPRAM的写入信号，以此时雷达脉冲流中RF码数值为地址，向DPRAM写入数据“1”。通过这种方法，不断将跟踪上的雷达脉冲的射频参数装订到射频滤波器2的DPRAM中。射频滤波器2装订的频点数量达到或超过射频滤波器1的频点数量后，重频跟踪器改为接收射频滤波器2的输出而不是射频滤波器1的。重频跟踪器继续自动装订射频滤波器2的参数，直到所有频点都已经写入滤波器。射频滤波器2的滤波参数是实时装订且不断更新的，输出的滤波信号更加完整准确。这样确保重频跟踪器稳定跟踪，提高了干扰效果，同时射频滤波器2的参数可以输出，由此可计算出频率捷变雷达的中心频率和捷变范围，提高了雷达有源干扰的频率干扰的准确度。