0 引言

　　信道化接收機是在并行多通道接收機基礎上提出的全概率頻分信道化接收機，它克服了多部接收機并行工作、多通道 下變頻等方案具有的設備復雜，各通道性能不一致和可靠性差的缺點。數(shù)字信道化接收機具備大的瞬時帶寬、較高的靈 敏度、大的動態(tài)范圍，能夠檢測和處理同時到達的信號、準確的參數(shù)測量能力和一定的信號識別能力。直接信道化接收 機的運算量大且輸出速率與采樣速率相同，實現(xiàn)困難，后續(xù)處理的壓力很大，高速ADO與慢速信號處理器（FPGA，DSP） 是一個“瓶頸”；基于多相濾波的信道化接收機抽取在濾波之前，運算量小，且輸出速率低，便于FPGA實現(xiàn)，這使得在 一片F(xiàn)PGA中實現(xiàn)數(shù)字信道化成為可能。本文利用信道頻率重疊的方法連續(xù)覆蓋整個瞬時帶寬，然后利用Rife算法測頻， 根據(jù)信道重疊的特點，消除虛假信號。系統(tǒng)帶寬為875 MHz（62.5～937.5 MHz），可以處理兩個同時到達的信號，并實 時給出PDW。

　　1  寬帶數(shù)字接收機的結(jié)構(gòu)

　　1．1 數(shù)字信道化原理

　　信道劃分的基本思想是把信號按頻率均勻地分成D個子頻段（即信道），每個信道的中心頻率為媽，然后分別移到零中頻，再通過低通濾波器濾出。由于子信道的帶寬遠小于系統(tǒng)瞬時帶寬，因此可以采用抽取的方法來降低信號的輸出速率，降低后續(xù)處理的壓力。圖1中，為低通濾波器；M↓表示對經(jīng)過低通濾波器的信號M倍抽取。對于實信號而言，在偵察接收機中，各信道輸出經(jīng)過M＝D倍抽取后，會產(chǎn)生頻譜混疊，如圖2所示。各個信道的中心頻率為，覆蓋整個頻域范圍。但 是這種接收機存在信道的虛假輸出。由圖2中可以看出，當輸人信號位于某一信道時，靠近這一信道的相鄰信道會產(chǎn)生虛 假輸出。圖2中實線表示實信道，虛線表示鏡像信道。在信道化接收機的輸出端接瞬時測頻模塊，可以消除虛假信號，同時還能提高頻率。推導計算出混疊部分頻率的點數(shù)，在固定的某一信道，將重疊部分的點只取，刪除多余的點數(shù)，即消除虛假信號，得到如圖3所示的等效濾波器組。

圖1 數(shù)字信道化原理框圖

圖2 覆蓋整個頻譜的信道分配圖

圖3 處理后的等效濾波器組

　　1．2 實信號無言區(qū)信道化接收機數(shù)學模型

　　由圖1可得第乃路信號的輸出為：

　　令j=iD+p代入上式，得：

　　定義

　　則有

　　將式（1）代入式（4）得：

　　式（5）中

　　則式（5）為：

　　這樣得到實信號數(shù)字信道化的多相濾波實現(xiàn)模型，如圖4所示。

圖4 實信號頻率信道化的多相濾波實現(xiàn)

　　1．3 算法仿真

　　仿真時，設信號的采樣頻率為2GHz，信道帶寬為62.5 MHz，共16個信道，輸人信噪比為0 dB。輸入信號樣本為1920點（每個信道120點），信號的起始點為112 ns，脈沖寬度為600 ns。在62.5～937.5MHz 間對起始點、脈寬和頻率進行測量，頻率步長為250 kHz，參數(shù)的均方根誤差如圖5～圖7所示。

圖5 起始點均方根誤差圖

　　2寬帶數(shù)字接收機的FPGA硬件實現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)模塊實現(xiàn)

　　設計在Xilinx公司的XC4VSX55單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)，包括串并轉(zhuǎn)換模塊、多相濾波模塊、信號檢測模塊、數(shù)據(jù)選擇模塊、瞬時測頻模塊以及PDW形成模塊，如圖8所示。

圖6 脈沖寬度均方根誤差圖

圖7 頻率均方根誤差圖

圖8 FPGA系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

　　（1）串／并轉(zhuǎn)換模塊主要功能是降低數(shù)據(jù)速率，進行并行處理，原始采樣速率為2 000 MSPS，分成D＝16路并行數(shù)據(jù)，每路數(shù)據(jù)速率變?yōu)?25MSPS。

　　（2）多相濾波模塊的功能是實現(xiàn)高效的多相濾波結(jié)構(gòu)。它由兩級乘法器、有限沖擊響應濾波器（FIR）和16點并行FFT組成。其中，級乘法系數(shù)隨著數(shù)據(jù)的先后次序，并按1，1，-l，-1的順序變化來改變相應數(shù)據(jù)的符號。FIR濾波器采用全并行結(jié)構(gòu)設計，原型低通濾波器的性能見表1。將原型濾波器分成16路，每相濾波器16階。第二級乘法器為一復數(shù)乘法。16點全并行FFT，采用流水線結(jié)構(gòu)，可以在一個時鐘節(jié)拍內(nèi)完成FFT運算的功能。

　　（3）信號檢測模塊的功能是對某一信道是否有信號進行判斷。多相濾波出來的信號為復數(shù)，可以對其取模，利用幅度進行門限檢測，同時可以測量到達時間和脈沖寬度。由于濾波器的暫態(tài)特性，脈沖信號通過濾波器組會產(chǎn)生“兔耳效應”，為了消除兔耳效應以及噪聲的影響，在每個信道門限檢測的后面加了一個脈寬檢測電路，把兔耳效應和噪聲引起的窄脈沖剔除掉，如圖9所示。

表1 原型低通濾波器參數(shù)

圖9 信道化濾波器組

　　（4）數(shù)據(jù)選擇模塊功能是將有信號信道的數(shù)據(jù)選出來，為后面的測頻做準備。不必在每個信道后面都接一個測頻模塊以減少后面的測頻模塊，節(jié)約芯片資源。

　　（5）瞬時測頻模塊功能是運用Rife算法估計檢測到信號的瞬時頻率，并消除鏡像信號的影響。根據(jù)門限檢測的到達時間，選取N點數(shù)據(jù)做FFT，左右各刪除N/4點，只取中間的N/2。對這N/2點做Rife插值，若譜線大于某固定值時，可以判斷該信道存在真實信號，否則為虛假信號。

　　（6）脈沖描述字形成模塊是將上述截獲的脈沖信號的到達時間、脈沖寬度和瞬時頻率的參數(shù)編碼信息用PDW的形式輸出。

　　2．2 仿真驗證

　　經(jīng)過在ISE中編譯、綜合、布局布線得到FPGA資源使用如表2所示；數(shù)字信道化接收機實現(xiàn)參數(shù)如表3所示。

表2 設計資源消耗

表3 數(shù)字信道化接收機實現(xiàn)參數(shù)

　　3結(jié)語

　　將理論算法和FPGA實現(xiàn)結(jié)合起來，分析了數(shù)字信道化的原理，提出了一種基于多相濾波的信道化接收機與Rife瞬時測頻 相結(jié)合的方法。這種方法實現(xiàn)了大帶寬的全概率接收，可以消除虛假信號，同時提高測頻。整個接收機在單片F(xiàn)PGA 中實現(xiàn)，采用并行和流水線操作，可實現(xiàn)實時檢測，生成脈沖描述字（PDW）。在信道化接收機的數(shù)字化、軟件化和小型 化發(fā)展方面具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻:

[1]. XC4VSX55 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/XC4VSX55_1550902.html.