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數字射頻存儲器(DRFM)是現代電子對抗系統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制后再返回該雷達系統，以此來(lái)混淆該系統。正是應用DRFM的精確復制雷達信號的特點(diǎn)，DRFM技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于各種雷達回波信號發(fā)生器、雷達綜合測試儀和各類(lèi)通用信號源的研制。為了更好地保真復制各類(lèi)信號，為研究數字射頻存儲器提供可靠的仿真理論依據是本文的主要研究?jì)热荨?br />
1 基本原理 數字射頻存儲(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變換后成為數字信號，寫(xiě)入高速存儲器中。當需要重發(fā)這一信號時(shí)，在控制器控制下讀出此數字信號并由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發(fā)。 首先對量化過(guò)程進(jìn)行分析，現假設基帶輸入信號為一個(gè)正弦信號gi(t)=Esinωit，量化位數為N，經(jīng)過(guò)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變換的量化位數為m，那么正或負半周的量化臺階數為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(guò)程中，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，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。設采樣脈沖信號為fs(t)，采樣后的信號為fo(t)，則采樣過(guò)程在時(shí)域上的數學(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T(mén)s，采樣時(shí)鐘頻率ωs=2πfs。在實(shí)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(gè)窄脈寬，用τs。來(lái)表示。采樣脈沖的傅里葉級數為： 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，諧波將成為寄生信號，所有nωi＞ωs／2的項將被濾除 (n取奇數)；第二項則完全在濾波器外，不用考慮；第三項是交調信號，滿(mǎn)足(mωs-nωi)＜ωs／2的所有成分，將成為交調寄生信號，它們是信號諧波與時(shí)鐘諧波的交叉調制引起的。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的高次諧波和交調信號幅度的方法。 2 仿真模型 通過(guò)建立數學(xué)模型，應用當前功能強大的Matlab中Simulink工具箱可以很好地實(shí)現該系統的仿真。采樣與量化過(guò)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(shí)現采樣功能。Compare To Zero模塊實(shí)現單比特量化，Uniform Encoder模塊實(shí)現多比特量化。各路信號分別經(jīng)Data Type Conversion轉換為合適的數據格式，送入Spectrum Scope顯示頻譜。該模型同時(shí)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，以使得結果更具可比較性。為了盡量模擬實(shí)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(jìn)行仿真得到結果如圖2所示((a)～(d)分別對應于仿真模型的四個(gè)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(jìn)行仿真結得到結果如圖3所示((a)～(d)分別對應于仿真模型的四個(gè)支路)。 由理論圖表及仿真圖形可知，該組仿真方案沒(méi)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，這一現象是由于信號頻率過(guò)高，以致于諧波頻率過(guò)高而被基帶濾波器除去。盡管沒(méi)有諧波產(chǎn)生，但是交調的功率很大，對系統的高性能工作同樣是一個(gè)不利因素。 4 結 語(yǔ) 綜上所述，根據采樣與量化過(guò)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，出現了新的頻率分量——諧波和交調，降低了DRFM的有效發(fā)射功率，使得系統的工作能力變差。 (2)噪聲污染會(huì )使頻譜變得更加復雜，對于一個(gè)系統，輸出信噪比取決于輸入信噪比和系統內部信噪比，因此噪聲的存在必將降低DRFM的信噪比。 (3)總的來(lái)講，諧波分量隨頻率增加降低，而交調分量隨頻率增加升高，也就是說(shuō)高次諧波幅度較低次的小，而高次交調幅度較低次的大。 (4)當信號頻率和采樣率一定時(shí)，提高采樣率或增加量化位數都可以起到抑制寄生信號的作用。具體來(lái)講，提高采樣率對交調有很好的抑制作用，而對諧波作用不明顯；增加量化位數對交調和諧波都有很好抑制作用。 |
