一文看懂?dāng)?shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）的框圖及其功能

什么是數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）是一種微波信號(hào)存儲(chǔ)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)功能。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器通過(guò)對(duì)接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行高速采樣、存儲(chǔ)、變換處理和重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)捕獲和保存的高速性、干擾技術(shù)的多樣性和控制的靈活性。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器已成為電子對(duì)抗系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的基本工作原理

數(shù)字射頻存儲(chǔ)（DRFM）的基本工作原理：首先將輸入射頻信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)，經(jīng)A／D變換后成為數(shù)字信號(hào)，寫(xiě)入高速存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要重發(fā)這一信號(hào)時(shí)，在控制器控制下讀出此數(shù)字信號(hào)并由D／A變換為模擬信號(hào)。然后用同一本振作上變頻，得到射頻輸出信號(hào)，完成對(duì)輸人信號(hào)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。

首先對(duì)量化過(guò)程進(jìn)行分析，現(xiàn)假設(shè)基帶輸入信號(hào)為一個(gè)正弦信號(hào)gi（t）=Esinωit，量化位數(shù)為N，經(jīng)過(guò)量化后的信號(hào)可用階梯波y（t）表示，y（t）可以被認(rèn)為是N對(duì)矩形波的疊加。如果A／D變換的量化位數(shù)為m，那么正或負(fù)半周的量化臺(tái)階數(shù)為N=2m-1。階梯波的表達(dá)式為：

E2n+1就是量化產(chǎn)生的諧波分量幅度，可由該式計(jì)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(hào)作為輸入，則輸入信號(hào)為：

式中：E，ωi分別為輸入信號(hào)的幅度和角頻率。設(shè)采樣脈沖信號(hào)為fs（t），采樣后的信號(hào)為fo（t），則采樣過(guò)程在時(shí)域上的數(shù)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(jí)數(shù)為：

式中：Es，τs，Ts和ωs分別為采樣信號(hào)的幅度、脈寬、周期和角頻率。則：

在式（6）中，第一項(xiàng)是基帶的諧波信號(hào)，是由量化所產(chǎn)生的頻譜成分，只有在基帶濾波器內(nèi)，諧波將成為寄生信號(hào)，所有nωi》ωs／2的項(xiàng)將被濾除（n取奇數(shù)）；第二項(xiàng)則完全在濾波器外，不用考慮；第三項(xiàng)是交調(diào)信號(hào)，滿足（mωs-nωi）《ωs／2的所有成分，將成為交調(diào)寄生信號(hào)，它們是信號(hào)諧波與時(shí)鐘諧波的交叉調(diào)制引起的。若以D表示脈沖信號(hào)占空比，且忽略第二項(xiàng)，則式（6）變?yōu)椋?/p>

式（8），式（9）即為計(jì)算1 b量化DRFM的高次諧波和交調(diào)信號(hào)幅度的方法。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器框圖

如下圖所示，數(shù)字射頻存儲(chǔ)器可以將接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻（IF）信號(hào)。然后將中頻信號(hào)的帶寬數(shù)字化。數(shù)字化信號(hào)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行必要的分析和修正，使其滿足干擾技術(shù)需求。

接著，修正的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬射頻信號(hào)。通過(guò)使用與初始頻率轉(zhuǎn)換同樣的本地振蕩器，這個(gè)信號(hào)會(huì)被頻繁地轉(zhuǎn)換為接收頻率。降頻轉(zhuǎn)換和升頻轉(zhuǎn)換時(shí)，使用唯一的振蕩器保持了信號(hào)相位的相干性。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器可以將接收信號(hào)數(shù)字化，數(shù)字化信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)它進(jìn)行修正，連續(xù)生成新的轉(zhuǎn)發(fā)修正信號(hào)。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的關(guān)鍵器件是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以以每赫茲2.5個(gè)采樣率進(jìn)行頻帶數(shù)字化，它可以輸出 I & Q（同步和正交）數(shù)字信號(hào)。這樣就可以掌握數(shù)字化信號(hào)的相位。

需要注意的是，因?yàn)閿?shù)字射頻存儲(chǔ)器會(huì)重構(gòu)信號(hào)，每赫茲2.5個(gè)采樣遠(yuǎn)大于數(shù)字化接收機(jī)每赫茲2個(gè)采樣的奈奎斯特率。數(shù)字化信號(hào)通常每個(gè)采樣大小有幾個(gè)比特，雖然有時(shí)候使用1比特?cái)?shù)字化采樣或僅相位數(shù)字化采樣。

計(jì)算機(jī)分析輸入信號(hào)，確定信號(hào)的調(diào)制特性和參數(shù)。計(jì)算機(jī)通常分析系統(tǒng)接收的第一個(gè)脈沖，生成相同或不同調(diào)制參數(shù)（成系統(tǒng)的）的脈沖串。數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成射頻輸出信號(hào)要比模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成的輸出信號(hào)大很多比特，可以確保在射頻信號(hào)重構(gòu)時(shí)信號(hào)質(zhì)量不降。

寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器框圖

寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器可以將一個(gè)包括多個(gè)信號(hào)的中頻寬帶數(shù)字化。干擾機(jī)系統(tǒng)要覆蓋威脅信號(hào)的頻率范圍，輸出數(shù)字射頻存儲(chǔ)器可以處理的中頻信號(hào)帶寬。

如下圖所示，通過(guò)使用系統(tǒng)唯一的本地振蕩器保持相位相干性，再進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換和其后的接收信號(hào)恢復(fù)。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的帶寬受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率。帶寬中存在多個(gè)信號(hào)，需要重視無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍。

因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要數(shù)字化比特的最大可用量。寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器性能非常令人滿意，因?yàn)樗鼈兛梢蕴幚韺拵д{(diào)制和頻率捷變的威脅信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)發(fā)展水平存在瓶頸。寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器可以處理包含多個(gè)信號(hào)的頻率范圍。

窄帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器框圖

窄帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器只需要帶寬足夠?qū)?，就可以處理干擾機(jī)發(fā)射的帶寬最寬的信號(hào)。這意味著，窄帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器可以使用合理技術(shù)發(fā)展水平的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

如下圖所示，干擾機(jī)系統(tǒng)將感興趣的頻率范圍轉(zhuǎn)換為多個(gè)窄帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器覆蓋的頻率范圍。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器系統(tǒng)的輸入信號(hào)自動(dòng)分配給每個(gè)數(shù)字射頻存儲(chǔ)器。

每個(gè)數(shù)字射頻存儲(chǔ)器都會(huì)處理一個(gè)不同的信號(hào)，在支援干擾行動(dòng)中發(fā)揮它的功能。然后，數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的模擬射頻輸出會(huì)進(jìn)行合成，轉(zhuǎn)換（相干）后恢復(fù)初始的頻率范圍。

需要強(qiáng)調(diào)的是，窄帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器很少出現(xiàn)假響應(yīng)，因?yàn)槊總€(gè)數(shù)字射頻存儲(chǔ)器只處理一個(gè)信號(hào)。每個(gè)窄帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器只處理一個(gè)信號(hào)。在多信號(hào)環(huán)境下，需要多個(gè)窄帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)器來(lái)處理。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器功能

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器在干擾脈沖壓縮雷達(dá)時(shí)特別有效。雷達(dá)通過(guò)線性調(diào)頻和巴克碼兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮，可以提高雷達(dá)的距離分辨率。

線性調(diào)頻對(duì)每一個(gè)發(fā)射脈沖進(jìn)行頻率調(diào)制。在雷達(dá)接收機(jī)中，壓縮濾波時(shí)間可以在信號(hào)處理前，將信號(hào)壓縮到發(fā)射脈沖寬度的小部分。如果干擾機(jī)發(fā)射的干擾信號(hào)沒(méi)有采用這種頻率調(diào)制，有效的干信比將被壓縮系數(shù)降低。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器發(fā)射線性調(diào)頻的干擾脈沖，可以保持全部的干信比。

巴克碼壓縮是指對(duì)編碼模式中每個(gè)信號(hào)脈沖進(jìn)行二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）調(diào)制。開(kāi)關(guān)上移相器和抽頭延遲線，將接收脈沖長(zhǎng)度壓縮到一個(gè)碼元。由于沒(méi)有采用巴克碼的干擾脈沖無(wú)法進(jìn)行脈沖壓縮，有效的干信比會(huì)隨著碼元數(shù)量的增加而降低。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器通過(guò)正確的巴克碼發(fā)射干擾脈沖，可以保持全部的干信比。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器也可以發(fā)射相干干擾信號(hào)，可以在脈沖多普勒雷達(dá)處理器中占據(jù)一個(gè)通道。這樣可以使脈沖多普勒雷達(dá)無(wú)法在多個(gè)多普勒通道中分辨出干擾信號(hào)脈沖。