基于FPGA的多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化設(shè)計

摘要：隨著現(xiàn)代電子戰(zhàn)中電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，軍用接收機(jī)需具備同時處理多個信道信號的能力，即具備全概率截獲能力。信道化接收機(jī)可將一個復(fù)雜信號分成多個信道，從而方便后續(xù)處理。文中利用一種簡化的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了該種信道化方案的可行性，并節(jié)省了邏輯資源。

在電子戰(zhàn)中，傳統(tǒng)上主要采用掃頻式搜索接收機(jī)，但其截獲概率受搜索速度的影響較為嚴(yán)重，且因其受到搜索速度與分辨率之間關(guān)系的制約，所以掃頻式接收機(jī)對跳頻信號的截獲效果很不理想。信道化接收機(jī)是對某個頻段的信號全概率接收的接收機(jī)，而基于多相結(jié)構(gòu)的信道化接收機(jī)相對于傳統(tǒng)意義上的信道化接收機(jī)對同一頻段信號而言所需硬件資源更少，且更易于實(shí)現(xiàn)。其相對傳統(tǒng)的信道化接收機(jī)憑借其高效的多相結(jié)構(gòu)，使其在多信道處理方面得到了廣泛應(yīng)用，是接收機(jī)的發(fā)展趨勢。

1 多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化原理

1.1 信道的劃分

因?qū)嵭盘栴l譜具有對稱特性，所以其頻帶劃分較為特殊，這里只對[0，π]上的頻譜進(jìn)行信道劃分。若劃分K個信道，各信道的中心頻率為ωk=kπ/K+π/2K，其中，k=0，1，…，K-1。

由傅里葉變換可知，低通濾波器的頻譜包括正負(fù)對稱的兩部分。為使信道的劃分如圖1所示，需將濾波函數(shù)的頻譜全部移到正半軸，這里對濾波器的頻譜函數(shù)做如下變換

此時反映到頻域如圖2所示，因此，采用復(fù)FIR濾波器對輸入的實(shí)信號進(jìn)行濾波。

1.2 基于多相結(jié)構(gòu)濾波器的信道化原理

信道化的主要過程為，先將每個信道乘以，對信號做頻域的搬移，再經(jīng)過低通濾波器，濾除高頻分量，并將頻率均降到基帶，做下變頻，最終進(jìn)行抽取。信道化結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖中，ωk表示第k信道的中心頻率，H(z)表示低通濾波器。但問題在于，每個信道的信號做完一系列計算之后，再作抽取，中間會有較多數(shù)據(jù)的計算損耗。因此，需要一種簡化的方法使計算變得更加高效。

根據(jù)圖3可知

此時只剩低通濾波和抽取兩部分，可用Noble等效再次化簡，為此先對FIR濾波器作如下變換

根據(jù)Noble等效，可將抽取移到FIR濾波之前，如圖5所示。

結(jié)合圖5并縱觀整個系統(tǒng)，容易發(fā)現(xiàn)x(n)可看成經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換之后分別進(jìn)入各個信道，即x(n)的第n=mM+k周期的數(shù)據(jù)進(jìn)入第k信道做運(yùn)算。
此時已經(jīng)完成多相濾波的結(jié)構(gòu)簡化，回到本文的信道化方案中，根據(jù)式(3)和圖4，將z用 代替，則式(4)可作如下變換

則有最終的信道化高效結(jié)構(gòu)如圖6所示，令每個信道FIR濾波器的輸出為yr(nM)，則總輸出為