数字射频存储器模块的电路设计

1、引言

电子对抗的最终目的之一是破坏敌方的无线电通信，最 直接有效的手段是采用通信干扰方式，扰乱对方的通信。而雷达干扰机是根据雷达的工作原理发射适当的干扰信号进人雷达接收设备，利用雷达干扰设备破坏或干扰对方雷达对目标回波信号的检测，进而不能及时获得充足的信息，使其效能降低或完全失效。

数字储频是七十年代发展起来的新技术。基于DRFM 的电子对抗系统发展很快。其最初用途是以数字式存储复制功能取代ECM系统中的模拟式循环微波存储功能。随着雷达种类的增加，近年来，数字储频已成为电子对抗领域中的关键技术，在雷达的信号模拟、杂波信号模拟、无源干扰信号模拟方面得到广泛应用。DRFM及其技术的发展改进。能够适应多变、快变和复杂时频 调制的威胁信号环境，能够促使干扰信号与被干扰的雷达信号之间的相参性，具有过去的其他技术手段无法达到的良好干扰效果。DRFM及其基本技术系列的改进 开辟了ECM的一个新领域。

2、DRFM的干扰类型和工作原理

数字射频存储器(DRFM)是一种可储存任意射频信号，并在延迟可编程时间后精确输出的存储设备。数字储频不但具有瞬时带宽处理能力，而且存储频率精度高， 不丢失相位信息信号，保真度好，可存储任意时间长度，连续复制与原雷达信号完全一致的假目标，并可分时复用，对多目标威胁有对抗的能力，而且具有跟踪雷达 信号拖引功能，能够对信号进行历险分析等优点，可用于有效地干扰采用多普勒技术和脉压技术的雷达。

2.1 DRFM的干扰类型

DRFM可用于产生各种欺骗干扰信号和遮盖干扰信号,如表l所示，其基本功能是用数字方法存储接收的射频信号，再适当重构和调制存储的输入信号波形。DRFM除了 可在时间上延迟调制之外，还可以加一定的调制，若在输出时加上一定的调制，则可实现速度、距离的欺骗信号或速度距离二维信号，还可通过添加目标使滤波器产 生假目标的欺骗干扰，它将日趋成为对付多种新体制雷达的关键技术。

随着数字储频技术在军事仪器中的应用和技术的不断改进，器件的效率日益提高，数字储频结构也发生了一系列变化，图l为基本I-Q DRFM的原理框图。

图1 DRFM的基本结构

2.2 DRFM的工作原理

由于数字射频存储系统的输入信号都是经过下变频到基带信号后的中频信号，恢复时再上变频到信号频率，所以对DRFM的研究是对数字中频(DIFM)进行。数据采集过程主要是由A/D转换、数据存储、D／A转换这3部分组成。

基本原理为：
①根据接收信号频率，调谐本振，使双路下变频器的输出位于基带内，以便截获雷达脉冲信号。
②下变频。一般由正交下变频和本振组成，产生基带同相信号，和正交信号Q。
③基带I、Q信号的数字化。用A／D转换器实现：SNR(dB)=6b+1.76 (1)
④将数字化的I、Q信号存储在双端口存储器中；
⑤信号存储后.便可对其进行各种干扰的幅相调制，以实施欺骗干扰；
⑥以某一时钟周期(100 MHz)将存储器中的I、Q信号读出，重构基带信号。即对存储的数字信号进行D／A转换；
⑦重构RF信号。对基I、Q信号上变频，完成对原始信号的相干复制。因为对上下变频时采用相同的本振，所以干扰信号在频率上实现对雷达信号的瞄准；
⑧通过控制器，实现DRFM的各种工作方式选择，完成不同应用要求。当DRFM中的存储器与计算机相连时，还可实现对存储信号的特征分析，或用于产生所需的信号波形。下变频电路结构如图2所示。

图2 下变频电路结构

3、信号调制模块在DRFM结构中的应用

3.1 信号调制的原理

一 个正弦载波，有幅度、频率和相位3个参量，因此，既可把调制信号的信息加载到载波的线性变化(幅度变化)中，还可体现在载波的频率和相位变化中。这种对高 频载波的频率和相位的调制，分别称为调频和调相，其本质已不再是原信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，致使产生与频谱搬移不同的新的频率分量的调制过程。

(1)调频：所谓频率调制，是指瞬时频率偏移随调制信号m(t)而变化，即：

     （2）

式中：Kf为频率偏移常数。这时，相位偏移为： 
    （3）

则调频信号为：     （4）

调频信号的频谱与输入信号频谱之间不再是频谱搬移的关系，因此无法写出调频信号的频谱的明确表达式，但调频信号的98％功率带宽与调频指数和输入信号的带宽有关。调频指数定义为最大的频偏与输入信号带宽fm的比值，即：
    （5）

调频信号的带宽可根据经验公式近似计算为：B=2△f_max+2f_m=2(β_f+1)f_m     （6）

(2)调相：所谓相位调制是指瞬时相位偏移随调制信号m(t)而线性变化：φ(t)=K_pm(t)     （7）

式中：Kp是常数。于是，调相信号表示为     （8）

由于瞬时频率和相位之间的关系为微分与积分的关系，因此调频、调相信号之间具有类似的频率。调相信号可看成是输入信号微分后的调频信号。因此，调相信号的带宽也可用调频信号的带宽表示：
    （9）

调相指数为：     （10）

设DRFM接收到的信号为：     （11）

所以可得：     （12）

图3给出调相结构模块，即对信号处理模块提供一个已知频率的信号：     （13）

经过噪声调相后可得输出信号：
     （14）
      （15）

上式化简可得：     （16）

图3 调相结构模块

3.2 调相模块的一种实现方法

随 着高速采集器件和RAM的不断发展，数字储频技术在获得更高采样率、更高分辨率、更大存储容量以及更低的功耗和成本方面已经有了很大改善，数字储频技术已 经不仅仅在信号的复制和延迟上做要求，而是提出了更高的干扰条件.可以完成图4所示的结构，在高速D／A转换之前，加入新的调相(调频)模块，相当于在 DRFM中将存储的信号，经过适当时间的延迟后进行适当的调相(调频)，产生与雷达信号频率、相位发生变化的射频信号，即可达到干扰雷达判断回波信号的目的，实现速度、距离的欺骗干扰。也可用图5所示方式表达加入了信号处理后，DRFM的基本结构。

图4 DRFM加入了调相设备之后的基本结构

图5 DRFM加入了调相设备之后的基本结构

两种表达方法很相似，只是置换了调相器和D／A转换的位置.但是这样的简单调换对于干扰效果却有很大的不同。

图 5中信号处理发生在D／A转换之前，调相和调频是在数字信号的状态下数字信号提高了信号的抗干扰能力，在远距离传输时产生的传输干扰比模拟信号小的多，且 易纠错。如果采用图4中的先进行D／A转换，再进行模拟信号处理.模拟信号本身是连续的电信号，本身就和无用的干扰信息混合在一起，传输过程中，外界的干 扰随时有可能使其受到影响而发生变化，一般经过几次放大后，会引起很多失真和引进很多干扰，信噪比会严重下降，传输的过程越远，信号就越差。综合上述原 因，结合电子作战和DRFM本身的精确复制特性，图5的结构无论是在灵敏度和准确度上都优于图4。

3.3 调相模块FPGA实现方法

图6给出数据调相电路组成的模块.双口RAM由FPGA来实现，由于FPGA的可编程逻辑，采样数 据I10-17，I20-27、Q10-17、Q20-27、数据调相器电路，输入为I10-17，Q10-17，-I10-17，-Q10-17；输出 为，I10-17，Ql0-17，I10-17，Q10-17，-I10-17，-Q10-17;输入输出组合，由控制字Sn~S1的组合决定。设计采用 了数字调相移频的原理.通过连续改变数字移相器的相移使输出信号载频偏移设定值。该方法的移频精度、稳定度取决于数字电路的时钟精度和稳定度。

图6 数据调相电路组成模块

综上所述，得到可控制的调频调相干扰信号，进而优化了DRFM的干扰系统。DRFM本身是一种高速数字存储器件.可以在满足奈奎斯特采样定理的条件下对截获 到的信号作长时间相参复制，如加入信号处理模块就可以更灵活的产生干扰信号，使适当的干扰信号进入对方雷达接收设备，破坏对方雷达对目标回波信号的检测， 达到有效干扰的目的。而且此方法有很高的抗干扰特性.设计灵活，较易实现，不失为一种新的选择。

4、结束语

本文主要分析在雷达干扰机中DRFM结构的工作原理。加入了一种信号调制模块，该方法突破了传统时间迟延的干扰效果。可更加灵活的产生满足设计要求的干扰信号，达到有效干扰目的。并提出用FPGA方法数字调相，可简单快捷达到干扰目的，优化DRFM的结构和干扰精度，为未来的电子战设备提供有效的参考价值。