基于多相滤波技术的ESM／ELINT接收机的设计与实现

基于多相滤波技术的ESM／ELINT接收机的设计与实现

本文针对雷达技术发展对接收机的发展提出的新要求，研究了目前市场上现有的接收机技术，提出了基于多相滤波技术的ESM/ELINT接收机技术，并在硬件设计与实现方面进行了详细的论证和描述，进一步提高了国内在雷达信号采集处理等方面技术水平。

标签：多相滤波接收机

随着雷达技术的发展，对雷达数字接收机提出了越来越高的要求，雷达数字接收机的瞬时带宽会越来越宽，采样频率会越来越高，由于信号处理能力和采样能力之间的差距有可能长期存在，因此如何解决解决数据“瓶颈”是数字接收机的关键问题之一。宽带数字接收机作为新一代数字接收机，其实现方案是目前研究的一个热点，国内外对此都有一定的研究。目前市场产品一是利用基于PCI总线的工控机作为主机，利用TI公司的DSP芯片TMS320C31作为处理器实现多路并行FFT，瞬时带宽为1GHz，采样频率为125MHz，通道延时为0.3nS。二是宽带高效下变频基于FPGA实现的引导式接收机。

一、总体设计与实现

多相滤波ESM/ELINT接收机由数据采集处理器和主计算机两部分构成。数据采集处理器主要实现宽带信号的采集和处理，给出信号的有关参数。主计算机主要实现信号的分选和识别。数据采集处理器由四部分构成：第一部分是用来实现宽带信号高速带通采样的数据采集卡，其采样频率为 2.25GHz，量化位数为8bit，信号的输入频率范围为1.1GH～2.7GHz。数据采集卡和多相滤波器之间通过专用的高速数据总线连接，实现信号的实时传输。第二部分是多相滤波器，该滤波器将整个输入频段划分成16个子信道，每个子信道的有效宽度为19.25MHz，输出数据位数为8bit，输出数据率为68.125Mbyte/S，该滤波器可以采用FPGA实现。第三部分是用来进行信道化后处理的并行处理阵列，并行处理阵列可以利用多DSP并行处理卡构成，由于多相滤波ESM/ELINT接收机的输出信道出现同时到达信号的概率并不高，因此在每个信道处理过程中可以不考虑同时到达信号问题，但整个1GHz频带内很可能会出现同时到达多信号，因此每个信道都有自己独立的并行处理卡。处理卡和多相滤波器之间利用专用高速数据总线连接，处理结果通过计算机通用总线送主计算机进行后续处理。第四部分是并行存储阵列，这部分由硬盘阵列和相应的控制电路构成，每一个信道可以对应一组硬盘，由并行处理卡上的存储器构成海量缓冲器，以保证信号的连续存储，采用这种方式可以有效解决宽带信号的实时录取问题，可录取的信号宽度将会扩展到1GHz。基于多相滤波技术的ESM/ELINT接收机硬件结构，如下图所示：

二、多相濾波器的设计与实现

多相滤波器的设计是实现ESM/ELINT接收机的核心问题，为此设计了一种基于延时采样的交叉信道化多相滤波器。由于采样频率高达2.25GHz，相应的多

相滤波器输入端的数据率将高达 2.25GBps，为降低输入数据率，必须增加输入数据总线宽度，当输入数据总线宽度达到256位时，输入数据率可以降到采样速率的1/16，这样就可以解决输入数据的传输问题。另外，多相滤波器有16个输出信道，每个信道都采用8bit输出，这样输出数据线也需要128根。利用交叉信道化技术实现多相滤波器。采集卡A和B的采样频率均为2.25GHz，两块采集卡同步工作，延时时间为0.6ns，在保证时序正确的情况下可以利用这两块采集卡实现2.25GHz的采样。数据采集卡A和B的采样数据同时送到多相滤波器A 和B，这两块采集卡的输出数据线各有128根，输出数据率和前面介绍的相同，多相滤波器A和B的输入数据线仍为256根。在交叉信道化条件下，多相滤波器A和B分别有16个输出，输出数据线都为128根，输出数据率也保持不变。由于多相滤波器A和B是分开实现的，因此每一片FPGA的输入输出数据线就可以控制在400根以下，大大降低了多相滤波器的实现难度。

多相滤波ESM/ELINT接收机当采完一帧数据后，首先进行数据调理，将输入数据分配到多相滤波器相应的输入端，然后进行多相滤波将输入信号划分到不同的信道，再对每一个信道进行信号检测、参数测量和预分选。参数测量部分除了给出脉冲频率、宽度和重复间隔外，还要给出脉冲的幅度并识别出脉内调制类型给出调制参数。参数测量的结果经过预分选后送主机进行最后的型号识别和个体识别。当接收机执行情报侦察任务时，接收机主要是对侦察时记录的数据进行事后分析来获取需要的信息，在这种情况下并行处理阵列通常只对信号进行检测，当有信号时就启动存储阵列开始记录，在盲采状态下也可以不检测信号直接存储。

三、多相滤波ESM/ELINT接收机的功能特点

多相滤波ESM/ELINT接收机主要有以下功能特点：首先，这种接收机的量化位数高，信号处理能力强，能够通过脉内分析获得信号的细微特征，具有型号识别和个体识别能力。其次，这种接收机使用灵活、应用范围广。第三，这种接收机的每个子信道都有单独的信号处理器，因此具有较高的截获概率。第四，这种接收机具有事后分析能力，能够处理复杂疑难信号。第五，这种接收机可以实现大带宽的实时信号存储。

为实现对大时间带宽积信号的处理，可以采用频率宽开的ELINT数字接收机，可以充分发挥软件化侦察的优势，也是数字接收机的最终发展方向。当高速信号处理技术发展到一定阶段后，其它类型的数字接收机都有可能被全宽开的数字接收机代替，或许在将来的某一天，人们可以摆脱硬件对接收机性能的限制，实现软件化接收机。

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