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《电子科技大学》 2004年
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新型宽带数字接收机

何伟  
【摘要】:宽带数字接收机是新一代雷达信号侦察系统的重要组成部分,它用尽可能靠近射频端的模数转换器(ADC)来实现对信号的宽开监视,再利用数据率转换系统来降低后续数据处理流量并同时完整保留目标信号信息,最后用DSP、FPGA等可编程器件对所截获的低速率信号进行处理。其优势在于数字接收机可以通过后端可编程器件软件的改变来实现对多种信号的接收或不同信号处理方法的应用。但前端宽带ADC变换器的高速数据流与后端DSP处理能力的不匹配是实现宽带数字接收机的最大挑战。本文研究的引导式宽带数字接收机实现有效的数据率转换的方法为带通采样或高效数字下变频,但它们的实现都建立在目标信号载频获得的基础上。本文的主要工作即围绕利用ADC输出数据,在一定信噪比和短数据长度的条件下,如何用快速算法以一定精度来估计信号的频率展开。 首先介绍了两种应用于高概率数字接收机的高效数据率转换方法。一种是利用带通采样定理实现线性内插滤波抽取的改进采样方法;另外一种方法是利用多相结构的计算效率,将常规数字下变频器中的混频、滤波运算移至抽取之后进行的高效数字下变频方法。 短数据瞬时测频是实现宽带数字接收机的关键技术之一。在电子侦察环境采集到的数据,在短的时间内可假定为正弦信号。按采样方式不同可以分为复采样和实采样。Kay法(相位差分加权方法)适合于处理单复正弦信号,但Kay法有明显的SNR阈值,本文对Kay法的阈值进行了详细的分析,指出了阈值存在的原因,并提出了几种降低阈值的方法。由于Kay法应用于实信号时需先进行正交采样,增加了运算量,提出了两种能直接处理单实正弦信号的短数据快速测频算法,一种算法基于扩展的PRONY方法,一种基于线性拟合。这两种方法硬件可实现性强,能满足工程需要。 研究提出了一种利用三次插值多项式来进行频率估计的算法,算法仅利用4个经DFT变换后的数据来进行频率估计,频率估计精度在短数据条件下也能达到要求。而且该算法具有运算量较小、可以处理多信号、对信号信噪比要求不高的优点。还对三次插值算法进行了进一步的研究,利用六个数据点来进行频率估计。 本文研究了在双或多个信号的情况下快速测频的实现。基于PRONY方法提出了能直接处理双信号的快速测频算法。介绍了两个可以用于多信号测 电子科技大学博士论文 频的技术:频率信道化和过零点谱分析。前面提到的插值算法也能用于多信 号测频,但算法的基础是先进行谱峰的搜索,如果多信号同时到达,言普峰搜 索存在的问题是有可能出现信号的错峰不能被正确判别的问题。基于递归算 法,提出了一种在非监督的方式下来检测强弱信号及信号的个数并估计信号 的参数的新的方法。 对宽带数字接收机的快速测频模块的可实现途径进行详细讨论,利用硬 件描述语言和FPGA器件实现了新的除法器和开方运算,给出了单实信号测 频算法和插值测频算法的硬件仿真结果,验证了方案的可行性。
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