基于FPGA的寬帶數(shù)字信道化接收機(jī)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代電磁信號(hào)環(huán)境越來越復(fù)雜密集，要求電子戰(zhàn)接收機(jī)必須具有很寬的處理帶寬、高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍、多信號(hào)并行處理和大量信息實(shí)時(shí)處理的能力。而數(shù)字信道化接收機(jī)不僅可以較好地滿足上述要求，還可實(shí)現(xiàn)監(jiān)視信道內(nèi)信號(hào)的全概率截獲。

數(shù)字信道化過程是寬帶數(shù)字接收機(jī)的核心，目前廣泛采用基于多相濾波的數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)先用高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A／D）進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到的高速數(shù)據(jù)流經(jīng)抽取降低數(shù)據(jù)速率后進(jìn)入多相濾波器組，該濾波器組是由一個(gè)原型濾波器調(diào)制到多個(gè)支路?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）中豐富的乘法器、鎖存器及數(shù)字信號(hào)處理算法IP核等資源，可以非常靈活地實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)字信道化接收處理算法。本文采用基于多相濾波器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一種高效高速的寬帶數(shù)字信道化接收機(jī)，并在Altera公司的EP3SE110F1152C4上綜合實(shí)現(xiàn)，輸出載頻、相位信息。

1 信道化接收機(jī)的基礎(chǔ)理論

1.1 信道劃分

為建立實(shí)信號(hào)多信道接收機(jī)的數(shù)學(xué)模型，首先，對(duì)實(shí)信號(hào)的數(shù)字譜作如下信道劃分：

式（1）中，ωk為第k信道的歸一化中心角頻率；K為劃分信道數(shù)。圖1給出對(duì)應(yīng)k=8時(shí)，實(shí)信道的頻譜分配情況。需要指出的是由于實(shí)信號(hào)的頻譜是對(duì)稱的，所以只有4個(gè)獨(dú)立的信道。

圖1 實(shí)信號(hào)的信道劃分示意圖

采用上述方法進(jìn)行信道劃分有些頻點(diǎn)無法識(shí)別，為確保整個(gè)覆蓋帶寬內(nèi)無盲區(qū)，信道的劃分選擇相鄰信道50％交疊，即擴(kuò)大每個(gè)信道的處理帶寬，如圖2所示。

圖2 50％交疊的信道劃分示意圖

1. 2 多相濾波器組結(jié)構(gòu)

本文采用高速高效數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)完成信道化接收，其數(shù)學(xué)模型如圖3所示。

圖3 高速高效數(shù)字信道化接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖3中K為系統(tǒng)劃分的信道數(shù)，M為每個(gè)信道的抽取倍數(shù)且K=FM。H（n）為原型低通濾波器的單位沖擊響應(yīng)，K個(gè)帶通濾波器都是通過該原型濾波器調(diào)制生成的，即均勻?yàn)V波器組的多相濾波分量。