数字射频存储器系统的原理与结构

Motorola(中国)电子有限公司北亚中心 宋志勇

　　摘 要： 数字射频存储器(DRFM)采用高速采样和数字存储作为其技术基础，并已在假目标电子对抗系统设备上被日益广泛应用，本文将介绍DRFM的主要原理和各种不同结构的优缺点。

关键词： 数字射频存储器；电子对抗；雷达

引言

　　数字射频存储器(DRFM)采用高速采样和数字存储作为其技术基础，具有对射频和微波信号的存储和再现能力。DRFM的基本原理是由英国EMI电子公司的 Chris Haynes在1974年提出的，该技术已被 发达国家被广泛应用，尤其是在军用雷达和电子战领域，通过对被侦收雷达信号的存储和再现处理，出于电子对抗的目的产生虚假雷达目标信号去欺骗敌方雷达系统。

数字射频存储器

　　输入的射频信号经下变频和采样量化，量化后的数据被存储到高速存储器中。信号的再生过程需经过相反的模数转换和上变频过程，以恢复到原始信号的频率。

　　DRFM系统的瞬时带宽主要由A/D转换器的采样率决定，而系统工作频带的扩展，可通过本振工作频带的切换来实现。

　　DRFM使用双端口存储器作为高速数字存储器，以确保对信号记录和再现的同时进行，除此以外，DRFM系统可能具有的信号处理能力可以通过在高速存储器与通用数字计算机之间的数据传输和交换来扩展其应用领域。

DRFM的应用

电子对抗

　　如果装备DRFM的电子对抗系统将雷达信号截获并对其施加一定的延迟再朝雷达发射机方向发射回去时，则会被雷达系统认为是目标信号。在电子对抗系统的假目标发生子系统中，DRFM所具有的吸引力体现在以下几个方面：

* 相比于模拟方式，一旦雷达信号被截获和量化后，可以以各种不同的方式存储起来。

* 由于合适的高速存储器的采用，通过设置不同的时延来同时产生多个不同距离特征的信号。

* DRFM能设置的最小时延量可以小到等于一个采样周期。

* 在现代电子战中，系统的反应时间至关重要，而DRFM与计算机控制的内在兼容性，使这一要求更容易实现。

雷达

　　DRFM的另外一项重要的应用是可以被用作雷达系统的核心部件。通过向DRFM存储器加载人工设置的复杂数字序列，将可以生成具有雷达信号波形特征的射频信号，DRFM所记录的回波信号然后被传送到数字计算机去处理。这种方法具有宽频带的优点，允许高压缩增益和脉冲调制快速变化的同时保持信号的内在一致性。

　　除了上面所讨论的两个方面的应用以外，DRFM技术还能被拓展到其它的应用领域，例如根据需要对射频和微波脉冲的分析和综合方面，包括电子战环境模拟和测试设备，其中这方面的应用对DRFM来说更具挑战性。

DRFM的原理结构

　　DRFM可以有几种不同的原理结构来完成相同的基本任务，那就是将输入的射频信号下变频到足以适合被高速A/D转换器所采样，经量化、存储和信号处理的过程，而后再经D/A转换器输出信号反向上变频到初始频率以射频信号的形式输出。

＊单边带—最简单的DRFM结构是单边带结构。

＊双边带—输入信号均分到I和Q两个正交信道中。经采样量化转换后的I和Q在后续链路作反向正交还原。

＊相位采样—在相位采样的DRFM系统中，接收信号中被量化的是瞬时相位信息，而不是幅度信息。

＊直接数字下变换—与单边带系统结构基本一致，但是没有前置混频器，输入信号直接经带通滤波器后就进行信号的采样保持和量化。

＊直接频分—直接频分的频率降低则是通过对输入频率的对分来实现，采用了串列式频率对分器。

各种结构的性能比较分析

　　DRFM的性能主要有以下三方面的因素决定：系统结构；采样频率；量化位数。

量化噪声

　　量化噪声是由于接收信号与它被量化以后的结果差异造成的，这一点对衡量DRFM的性能是尤其重要。

　　量化噪声的功率传统上讲与正弦信号峰值功率有关，而与输入信号的平均功率无关。对于单个n位的A/D转换器来说，信噪比是：

SNR=6.02n+1.76dB。通过改善系统滤波的性能和降低A/D转换的非线性，从而可以增强系统的信噪比。

假信号电平

　　我们注意到，以上的假信号是由于相关信号的量化产生的，在DRFM系统中，假信号的产生还有如下进一步的原因：调制与解调误差；带外信号串入带内；多个同步信号的性能。

　　对于双边带系统，假信号的主要来源是调制和解调误差。在相位采样的系统中，调制和解调误差取决于调制与解调器的设计。对于正交解调的系统，其性能与双边带系统相似。

　　由于大的带外信号混入系统带宽，所有的DRFM结构都会生成假信号。这主要是取决于滤波器的性能而不是DRFM的设计。

信号畸变

　　整个系统带宽内的频率变化和DRFM系统的相位响应将导致接收信号的畸变。对于电子对抗装置来说，这一点尤其重要，这对雷达的影响将是以队列回波的形式出现，比如，在生成的错误目标信号的前后出现弱的回波信号。

结语

　　DRFM是应用高速采样和数字存储的原理，实现存储和重建射频和微波信号的技术。本文讨论了DRFM技术的基本原理及其主要应用领域。对特定的应用来说，选择哪种结构最合适有赖于将要使用的射频环境特性和所需达到的性能期望。■

节选自《电子产品世界》