數字射頻存儲系統關鍵技術仿真研究

0 引 言
??? 數字射頻存儲器(DRFM)是現代電子對抗系統中有源雷達干擾機的主要組成部分，用于將接收到的雷達信號精確地復制后再返回該雷達系統，以此來混淆該系統。正是應用DRFM的精確復制雷達信號的特點，DRFM技術已經廣泛應用于各種雷達回波信號發生器、雷達綜合測試儀和各類通用信號源的研制。為了更好地保真復制各類信號，為研究數字射頻存儲器提供可靠的仿真理論依據是本文的主要研究內容。

1 基本原理
??? 數字射頻存儲(DRFM)的基本工作原理：首先將輸入射頻信號下變頻為中頻信號，經A／D變換后成為數字信號，寫入高速存儲器中。當需要重發這一信號時，在控制器控制下讀出此數字信號并由D／A變換為模擬信號。然后用同一本振作上變頻，得到射頻輸出信號，完成對輸人信號的存儲轉發。
??? 首先對量化過程進行分析，現假設基帶輸入信號為一個正弦信號gi(t)=Esinωit，量化位數為N，經過量化后的信號可用階梯波y(t)表示，y(t)可以被認為是N對矩形波的疊加。如果A／D變換的量化位數為m，那么正或負半周的量化臺階數為N=2m-1。
??? 階梯波的表達式為：

??? E2n+1就是量化產生的諧波分量幅度，可由該式計算各階諧波的功率。
??? 在采樣的過程中，為簡便起見，以一位量化信號作為輸入，則輸入信號為：

???
??? 式中：E，ωi分別為輸入信號的幅度和角頻率。設采樣脈沖信號為fs(t)，采樣后的信號為fo(t)，則采樣過程在時域上的數學表示式為fo(t)=fi(t)fs(t)，在DRFM中采用等間隔均勻采樣，采樣周期為Ts，采樣時鐘頻率ωs=2πfs。在實際電路中，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窄脈寬，用τs。來表示。采樣脈沖的傅里葉級數為：
???
式中：Es，τs，Ts和ωs分別為采樣信號的幅度、脈寬、周期和角頻率。則：

在式(6)中，第一項是基帶的諧波信號，是由量化所產生的頻譜成分，只有在基帶濾波器內，諧波將成為寄生信號，所有nωi>ωs／2的項將被濾除(n取奇數)；第二項則完全在濾波器外，不用考慮；第三項是交調信號，滿足(mωs-nωi)<ωs／2的所有成分，將成為交調寄生信號，它們是信號諧波與時鐘諧波的交叉調制引起的。若以D表示脈沖信號占空比，且忽略第二項，則式(6)變為：

??? 式(8)，式(9)即為計算1 b量化DRFM的高次諧波和交調信號幅度的方法。

2 仿真模型
??? 通過建立數學模型，應用當前功能強大的Matlab中Simulink工具箱可以很好地實現該系統的仿真。采樣與量化過程的仿真建模如圖1所示。

??? 信號發生部分采用Signal Generator模塊產生正弦波；噪聲源采用Gaussian Noise Generator，Zero-Order Hold模塊實現采樣功能。Compare To Zero模塊實現單比特量化，Uniform Encoder模塊實現多比特量化。各路信號分別經Data Type Conversion轉換為合適的數據格式，送入Spectrum Scope顯示頻譜。該模型同時顯示四路信號經處理后的頻譜，四路信號由同一信號源產生，以使得結果更具可比較性。為了盡量模擬實際環境，加入了均值為0、方差為0．01的高斯噪聲。

3 仿真分析
??? (1)輸入信號頻率fi=10 MHz，經理論分析計算得到表1。

??? 對模型進行仿真得到結果如圖2所示((a)～(d)分別對應于仿真模型的四個支路)。

(2)輸入信號頻率fi=20 MHz。經理論分析計算得到表2；對模型進行仿真結得到結果如圖3所示((a)～(d)分別對應于仿真模型的四個支路)。

??? 由理論圖表及仿真圖形可知，該組仿真方案沒有諧波產生，頻譜圖中僅有45 MHz處的基波和15 MHz，75 MHz處的交調，這一現象是由于信號頻率過高，以致于諧波頻率過高而被基帶濾波器除去。盡管沒有諧波產生，但是交調的功率很大，對系統的高性能工作同樣是一個不利因素。

4 結 語
??? 綜上所述，根據采樣與量化過程仿真分析可以得出：
??? (1)采樣和量化使信號頻譜發生變化，出現了新的頻率分量——諧波和交調，降低了DRFM的有效發射功率，使得系統的工作能力變差。
??? (2)噪聲污染會使頻譜變得更加復雜，對于一個系統，輸出信噪比取決于輸入信噪比和系統內部信噪比，因此噪聲的存在必將降低DRFM的信噪比。
??? (3)總的來講，諧波分量隨頻率增加降低，而交調分量隨頻率增加升高，也就是說高次諧波幅度較低次的小，而高次交調幅度較低次的大。
??? (4)當信號頻率和采樣率一定時，提高采樣率或增加量化位數都可以起到抑制寄生信號的作用。具體來講，提高采樣率對交調有很好的抑制作用，而對諧波作用不明顯；增加量化位數對交調和諧波都有很好抑制作用。