一种数字信道化接收机参数编码方法

一种数字信道化接收机参数编码方法

【摘要】研究了一种基于多波束比幅测角的数字信道化接收机参数编码方法。描述了数字信道化接收机的参数编码流程；详细论述编码过程中的几个关键问题，特别是通道间幅度测量同步和脉冲到达角（DOA）测量方法。运用该参数编码方法的数字信道化接收机的脉冲描述字（PDW）编码与典型接收机的一致。该方法已成功应用于ESM系统的侦察接收机中。

【关键词】数字信道化接收机；参数编码；幅度同步；比幅测角

1.引言

在现代电子战（EW）数字化接收机的设计中，信道化处理是最重要的环节之一，目前也被认为是用现代技术实现宽带数字化的主要途径[1]。为了求出输入信号的传统的脉冲描述字（PDW）的五大参数，必须对信道化后的输出进一步处理，也就是对参数编码方法进行设计。参数编码是EW接收机中比较复杂的部分，对参数编码方法的研究也很多。但国内外很少有相关文献的报道，即使取得了一些成果也较少公开发表，这主要是由于参数编码方法缺乏一个可以广泛接受的评估标准。因此，数字信道化接收机设计的难点通常认为在于信道化后续的参数编码方法的设计。文中对参数编码方法中几个关键问题进行了论述。

2.数字信道化接收机简介

数字信道化接收机原理框图如图1所示，一共有4个接收通道：3个定向通道和1个全向通道。每个通道的模拟前端输出模拟中频信号，经过高速宽带ADC 采样转换成高速数字信号。所有通道的数字信道化处理模块将ADC输出的数字信号分析成多个子信道的复信号输出。

除定向通道2外，其他3个通道的数字信道化输出信号经过幅度测量模块得到幅度参数。“参数编码模块”（图中虚线框所示）在定向通道2的数字信道化输出信号进入后，对信号进行时域参数测量和角度测量。其中，角度测量是通过比幅测向实现的。因此，在进行角度测量之前，定向通道2向其他3个通道发送通道间幅度同步信号，随后这3个通道相继将各自的经过同步的幅度测量值回送给定向通道2用于测角。最后，对测得的参数进行脉冲描述字（PDW）编码，形成完整的PDW输出。

3.参数编码

3.1 参数编码流程

传统的脉冲描述字（PDW）的五大参数包括：脉冲宽度（PW）、脉冲频率（RF）、脉冲幅度（PA）、脉冲到达时间（TOA）及脉冲到达角（DOA）[2]。在此的参数编码对象即为这五大参数。参数编码流程主要包括：幅频参数测量

（Cordic测幅相，相位差分法测频），时域参数测量，角度测量（通道间幅度同步，4波束比幅测角），PDW编码输出[3]。

幅频参数测量是指信号幅度和频率的测量。codic算法和相位差分法的组合方法来实现瞬时测频和幅度是比较经典的方法。该方法的优点易于在可编程器件中实现，能够实时实现幅度和频率的测量，同时还能保证有较高的参数测量精度。时域参数测量包括测量脉冲宽度和脉冲到达时间（TOA）。常见的时域参数测量方法是计数法，在此就不再赘述。角度测量方法比较常见的是多波束比幅测角法和相位干涉仪测角法。多波束比幅测角法的算法简单、工程实现较容易，在测角精度要求不是特别高的情况得到广泛应用。本设计中就采用该方法。多波束比幅测角是通过比较多个波束同时收到的同一脉冲信号的幅度关系，计算得到脉冲信号到达角。该方法中两个关键技术是通道间幅度测量同步和比幅测角，它们直接影响测角精度。

3.2 通道间幅度测量同步

定向通道2需要回读其他3个通道的幅度测量值与自身测得的幅度一起才能进行比幅测角。为了保证比幅测角的精度，要求4个通道尽量是取同一个脉冲内的同一时刻点的幅度值作为该脉冲的幅度测量值，也就是通道间幅度测量同步。

通道间幅度测量同步是以其中一个通道的检测与测量为主，其他通道作为辅助检测通道根据该通道的检测时刻去测量参数。选中间通道作为主通道，其他3个通道作为辅助通道配合主通道测量即可。

（1）获取信道号

定向通道2必须知道当前信号所处的信道号。

幅度测量是在前一级数字信道化的子信道内完成的，因此幅度同步要同步到子信道一级。定向通道2完成各个子信道的幅度测量后，随即进行过门限检测，获得有信号输出的子信道的信道号。

（2）同步传输

定向通道2将获取的信道号同步发送给其他3个通道。这3个通道在收到同步信道号后，计算同步传输信道号的延迟时间，随后按照信道号和延迟时间去取相应子信道对应时刻的幅度测量值，最终将幅度测量值同步发送回定向通道2。

（3）回读幅度后处理

经过同步回读的各通道的幅度测量值首先需要与定向通道2的幅度测量值对齐，随后必须保证对所有4个通道的幅度测量值的处理完全相同。

经过上述处理后，可实现4个通道的幅度测量值同步。

3.3 多波束比幅测角

（1）比幅测角基本原理

在本系统中采用的是比幅测向。模拟前端一共有4个天线，3个定向天线和一个全向天线，其中3个定向天线的波束方向特性相同，可进行360度电扫。三个定向天线波束在-3dB位置重叠。全向天线波束均匀覆盖360度。它们的波束指向如图2所示：

图2 天线波束指向示意图

当目标位于3个定向天线波束内时，可根据相互之间的幅度大小关系计算得到目标位于3个波束内的角度位置。当目标位于3个定向天线波束外时，则可根据全向天线波束与3个定向天线波束收到的目标信号的幅度大小关系判断出目标位于定向天线波束外，进而不对目标测角。

（2）三波束比幅测向算法

传统的两波束比幅测角算法如下：

设各天线增益相同，其3dB波束宽度均为，波束顶点位置为。假设信号入射的方位角处于第m个天线轴线附近，由于天线的方向图在偏离轴线±的角度范围内通常可以认为是高斯型，因此第m个天线接收信号幅度为：