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被动雷达导引头数字信道化接收机研究及实现

作　者: 张文旭
导　师: 司锡才
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 被动雷达导引头数字信道化接收机多相滤波加权重叠相加动态信道化
分类号: TN851
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

低截获概率(LPI)雷达及捷变频雷达的出现,给传统的被动雷达导引头接收机带来了极大的挑战。为了适应宽带信号的接收,使其具有对同时到达的多部雷达信号的处理能力,本课题围绕数字信道化接收机及其在被动雷达导引头中的应用展开研究。主要研究了数字信道化的高效结构、动态信道化接收技术以及信道化后续处理技术。以工程应用为背景,设计并实现了一套数字信道化接收机,并对其性能进行了测试及分析。在均匀数字信道化方面,分析了复信号和实信号频带划分方式,并从滤波器组低通实现结构出发,推导了一种具有普遍性的多相滤波结构。针对不同的频带划分方式,分别推导并给出了复信号在不同条件下(临界抽取或非临界抽取、偶型排列或奇型排列)的各种信道化高效结构模型以及实信号对应不同频带划分下的信道化结构模型。在此基础上,提出了一种实信号无混叠无盲区的信道化高效结构和一种基于加权重叠相加结构的信道化高效结构,并对各信道化高效结构的运算量进行了对比分析。针对数字信道化技术在被动雷达导引头中的应用,提出了一种提高信号分选通道灵敏度的数字信道化接收方案,同时为信号分选提供了新的分选参数(相位差信息)。讨论了实信号偶型排列信道化结构中信道0存在的仅有实部,而无虚部输出的问题,并提出了一种基于希尔伯特变换的I、Q信道产生方法,解决了信道0不能直接用于参数分析的问题。并对数字信道化高效结构的实现方法进行了研究。在动态信道化接收方面,根据信号重构理论,推导了并给出了基于DFT滤波器组的高效动态信道化结构和基于WOLA的高效动态信道化结构。上述两种结构均可以实现非均匀信道划分,根据信道检测的结果实现动态信道化接收,解决了宽带信号跨信道的问题。信道化后续处理方面,采用了CORDIC算法实现了信号包络和瞬时相位提取,并采用相位差分算法实现了频率测量。采用相位干涉仪测向原理,分别提取两路中频信号的瞬时相位并做差、解卷绕后得到相位差信息。针对均匀信道化子带信道带宽较宽,可能存在多信号问题,采用了FFT谱分析的方法对各子带信道进行谱分析,并对其FPGA实现的资源占用情况进行了评估。在系统实现方面,采用了国家半导体公司的高速ADC08D1000和ALTERA公司的FPGA芯片设计并实现了一套数字信道化接收机。对系统各项功能和技术指标进行了详细测试,并对测试结果进行了分析,提出了一些改进意见。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-21
  1.1 研究背景及意义  13-14
  1.2 宽带数字接收机研究现状  14-19
    1.2.1 ADC技术发展现状  14-15
    1.2.2 宽带数字接收机体制  15-17
    1.2.3 宽带数字接收机国内外研究现状  17-19
  1.3 论文的主要工作  19-21
第2章数字信道化技术  21-44
  2.1 数字信道化接收机数学模型  21-24
    2.1.1 数字滤波器组与信道化  21-22
    2.1.2 滤波器组频带划分  22-24
  2.2 数字信道化接收机实现结构  24-38
    2.2.1 基于多相滤波器组高效信道化结构  24-33
    2.2.2 无混叠无盲区的高效信道化结构  33-35
    2.2.3 基于加权重叠相加的信道化结构  35-38
  2.3 各高效信道化结构分析  38-40
    2.3.1 复信号高效结构分析  38-39
    2.3.2 实信号高效结构分析  39-40
  2.4 数字信道化高效结构仿真  40-43
  2.5 本章小结  43-44
第3章数字信道化在PRS中的应用  44-61
  3.1 提高PRS分选通道灵敏度技术  44-46
    3.1.1 测频方案选择  44-46
    3.1.2 分选通道灵敏度计算  46
  3.2 基于希尔伯特变换的I/Q信道产生  46-55
    3.2.1 希尔伯特变换与离散希尔伯特变换  47-48
    3.2.2 实信号偶型排列信道0处理方法  48-51
    3.2.3 计算机仿真  51-55
  3.3 数字信道化高效结构实现  55-60
    3.3.1 数据率转换实现  56-57
    3.3.2 分支滤波器实现  57-58
    3.3.3 复系数乘法实现  58-59
    3.3.4 并行流水FFT实现  59-60
  3.4 本章小结  60-61
第4章动态可重构信道化接收机  61-76
  4.1 基于DFT滤波器组的动态重构信道化接收机  62-67
    4.1.1 信号重构理论  62-63
    4.1.2 信号精确重构条件  63-65
    4.1.3 实信号偶型排列动态重构信道化高效结构  65-67
  4.2 基于WOLA结构的动态信道化接收机  67-73
    4.2.1 信号精确重构条件  67-70
    4.2.2 基于FFT的短时傅立叶分析与综合  70-72
    4.2.3 基于WOLA的动态信道化高效结构  72-73
  4.3 计算机仿真分析  73-75
  4.4 本章小结  75-76
第5章信道化后续处理技术  76-96
  5.1 CORDIC算法研究  76-81
    5.1.1 CORDIC算法原理  76-78
    5.1.2 CORDIC算法实现数字鉴相  78-79
    5.1.3 CORDIC算法鉴相范围分析  79
    5.1.4 计算机仿真  79-81
  5.2 瞬时频率测量方法  81-85
    5.2.1 相位差分测频  81
    5.2.2 相位解卷绕  81-83
    5.2.3 测频算法仿真  83-85
  5.3 比相数字接收技术  85-89
    5.3.1 比相数字接收原理  85-86
    5.3.2 相位差提取方法  86
    5.3.3 计算机仿真  86-89
  5.4 FFT谱分析研究  89-94
    5.4.1 FFT谱分析的频率分辨率  89-90
    5.4.2 信道化后另接FFT  90-91
    5.4.3 FFT谱分析的FPGA实现  91-93
    5.4.4 FFT谱分析仿真  93-94
  5.5 本章小结  94-96
第6章数字信道化接收机设计与实现  96-125
  6.1 系统功能及设计指标  96
    6.1.1 系统主要功能  96
    6.1.2 系统设计指标  96
  6.2 系统硬件组成  96-98
  6.3 数字信道化接收机的FPGA实现  98-104
    6.3.1 数据率转换模块  98-100
    6.3.2 多相滤波器组模块  100-101
    6.3.3 并行FFT模块  101-103
    6.3.4 CORDIC算法模块  103
    6.3.5 DIFM模块  103-104
  6.4 数字信道化接收机测试  104-124
    6.4.1 系统时钟性能测试  105-109
    6.4.2 信道判决测试  109
    6.4.3 信号包络与瞬时相位提取测试  109-113
    6.4.4 数字测频测试  113-114
    6.4.5 相位差测试  114-120
    6.4.6 多信号信道化测试  120-122
    6.4.7 灵敏度与动态范围测试  122-123
    6.4.8 系统资源与其他指标测试  123-124
  6.5 本章小结  124-125
结论  125-127
参考文献  127-138
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果  138-140
致谢  140

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