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        一種S波段噪聲干擾激勵(lì)源設(shè)計(jì)方法

        2012-04-25 05:52:00杰,陳
        艦船電子對抗 2012年3期
        關(guān)鍵詞:混頻器噪聲源變頻

        羅 杰,陳 林

        (1.船舶重工集團(tuán)公司723所,揚(yáng)州 225001;2.池州學(xué)院,池洲 247000)

        0 引 言

        隨著科技的發(fā)展,雷達(dá)干擾和抗干擾技術(shù)就如矛和盾一樣,在不斷迅速地向前發(fā)展著,干擾的樣式越來越多,相應(yīng)的抗干擾樣式也越來越多、越來越復(fù)雜[1]?,F(xiàn)在的電子對抗中,針對雷達(dá)設(shè)備的干擾手段也變化多端,雷達(dá)干擾是用電子方法破壞對方雷達(dá)的正常工作,使雷達(dá)不能正確探測和跟蹤真正的目標(biāo)。為了提高雷達(dá)的抗干擾性能,雷達(dá)在生產(chǎn)和使用中都需要采取各種措施來檢驗(yàn)雷達(dá)的抗干擾能力?;诖?,針對雷達(dá)的干擾裝置也在不斷衍生。而作為其中的代表,噪聲干擾是一種重要的電子干擾技術(shù),廣泛應(yīng)用于對雷達(dá)、通信網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行壓制性干擾。噪聲干擾通常分為瞄準(zhǔn)式、阻塞式和掃頻式3種類型,噪聲波形主要包括直接噪聲、噪聲調(diào)頻和噪聲調(diào)相,噪聲波形通常由噪聲干擾激勵(lì)源產(chǎn)生。

        本文提出了一種S波段噪聲干擾激勵(lì)源的設(shè)計(jì)方法,從功能、組成以及工作原理等方面做出了闡述。

        1 噪聲干擾激勵(lì)源介紹

        噪聲干擾激勵(lì)源作為一種干擾裝置,其主要優(yōu)點(diǎn)是需要了解敵方雷達(dá)的信息很少,噪聲干擾機(jī)不需要詳細(xì)了解雷達(dá)的信號特征和處理信號的環(huán)節(jié),只需要知道雷達(dá)的工作頻率,干擾設(shè)備比較簡單,對傳統(tǒng)雷達(dá)目標(biāo)檢測系統(tǒng)的干擾效果好。

        噪聲干擾的主要缺點(diǎn)是:對于脈沖多普勒(PD)雷達(dá)來說,噪聲很容易被雷達(dá)相干處理,使其不能達(dá)到有效干擾的目的;且壓制性干擾信號從雷達(dá)的主瓣進(jìn)入時(shí),干擾機(jī)的方向易被暴露;同時(shí)若雷達(dá)采用一些先進(jìn)技術(shù)如超低旁瓣天線、相干旁瓣對消器或旁瓣匿影器等,就會(huì)使得噪聲干擾相對失效[2]。

        1.1 噪聲源功能

        本文所設(shè)計(jì)的噪聲源,其工作頻率為2.7~3.2 GHz,可以產(chǎn)生窄帶瞄準(zhǔn)噪聲、寬帶阻塞噪聲、掃頻噪聲等噪聲信號,要求噪聲分布函數(shù)為高斯、均勻等概率分布。

        1.2 噪聲源實(shí)現(xiàn)原理

        噪聲干擾激勵(lì)源中噪聲的產(chǎn)生可以有很多途徑,可以通過噪聲管、數(shù)字調(diào)諧振蕩器(DTO)、壓控振蕩器(VCO)以及直接數(shù)字合成器(DDS)等多種方法來實(shí)現(xiàn)。采用噪聲管來產(chǎn)生噪聲,其噪聲密度較高,但其工作帶寬不夠;采用DTO以及VCO來產(chǎn)生噪聲,有頻率準(zhǔn)確度不夠、頻率隨溫度漂移等缺點(diǎn)。隨著DDS器件的發(fā)展和成熟,現(xiàn)今大多采用DDS來產(chǎn)生噪聲干擾信號。

        本文所介紹的噪聲干擾源以DDS為核心,由FPGA通過串口接收外部控制計(jì)算機(jī)的命令,產(chǎn)生DDS的頻率控制字,通過在FPGA中產(chǎn)生噪聲數(shù)據(jù),從而產(chǎn)生各種干擾信號,其原理如圖1所示。

        圖1 噪聲模擬器實(shí)現(xiàn)原理圖

        1.3 主要性能指標(biāo)

        頻率范圍:2.7~3.2 GHz;瞄準(zhǔn)噪聲帶寬:10 k Hz~50 MHz,步長10 k Hz;阻塞噪聲帶寬:50~500 MHz,步長50 MHz;掃頻噪聲帶寬:50~500 MHz,步長50 MHz;調(diào)制方式:調(diào)頻、調(diào)相;諧波/雜散:優(yōu)于50 d Bc;輸出功率:≥10 d Bm。

        2 設(shè)計(jì)方法

        噪聲干擾激勵(lì)源的設(shè)計(jì)包括時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、DDS模塊設(shè)計(jì)、噪聲數(shù)據(jù)產(chǎn)生、DDS+變頻電路設(shè)計(jì),下面分別進(jìn)行相應(yīng)介紹。

        2.1 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

        噪聲源中噪聲產(chǎn)生模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)采樣率為2 GHz,采用ADI公司的AD9516時(shí)鐘芯片為外部時(shí)鐘源,用于控制DAC的采樣頻率,以保證系統(tǒng)時(shí)鐘統(tǒng)一。其控制電路圖如圖2所示。

        由于AD9739的時(shí)鐘輸入是高壓差分信號(HVDS)格式,時(shí)鐘管理器AD9516輸出后需經(jīng)過低壓偽發(fā)射極耦合邏輯(LVPECL)→HVDS的轉(zhuǎn)換,故選擇芯片為ADCLK914。

        2.2 DDS模塊設(shè)計(jì)

        DDS采用ADI公司的AD9737實(shí)現(xiàn)。AD9737的最高轉(zhuǎn)換速率可達(dá)2.5 GHz,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位可達(dá)14 bit,同時(shí)可對高達(dá)3.6 GHz的信號進(jìn)行直接數(shù)字頻率合成(DDS)。由于噪聲源中需要DDS輸出的最高頻率為800 MHz,故需要在電路中增加平衡變壓器設(shè)計(jì)。AD9739在2 GHz轉(zhuǎn)換輸出800 MHz時(shí),其雜散優(yōu)于50 d Bc。本模擬器設(shè)計(jì)中需要DDS的輸出頻率范圍為300~800 MHz。

        噪聲源信號產(chǎn)生主要由AD9739、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)等組成。EPROM 用于接收雙口隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)下載所需產(chǎn)生的各種噪聲信號數(shù)據(jù)并存儲(chǔ),根據(jù)外部控制信號選擇相應(yīng)的頻率數(shù)據(jù)送FPGA,F(xiàn)PGA將頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成AD9739所需的格式,以一定時(shí)序下載給AD9739芯片。AD9739在FPGA的控制下產(chǎn)生各種需要的噪聲信號。

        2.3 噪聲數(shù)據(jù)產(chǎn)生

        噪聲源的函數(shù)分布服從高斯和均勻分布,高斯分布和均勻分布的隨機(jī)噪聲數(shù)據(jù)在MATLAB下產(chǎn)生,生成的數(shù)據(jù)以文件的方式保存在FPGA軟件中,F(xiàn)PGA處理器根據(jù)輸出的帶寬,確定噪聲干擾的系數(shù),將隨機(jī)數(shù)寫入FPGA中,再實(shí)施干擾,其數(shù)據(jù)仿真結(jié)果如圖3、圖4所示。

        圖3 均勻噪聲數(shù)據(jù)

        產(chǎn)生高斯分布和均勻分布隨機(jī)噪聲數(shù)據(jù)的程序如下:

        圖4 高斯噪聲數(shù)據(jù)

        2.4 DDS+變頻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

        由于最終需要設(shè)計(jì)的噪聲源為S波段,工作頻率為2.7~3.2 GHz,而AD9739所產(chǎn)生的信號頻率較低,故需要將DDS輸出的信號進(jìn)行變頻。變頻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié),在本方法中選擇1次變頻完成頻率搬移,選擇的本振信號頻率為3.5 GHz,通過混頻產(chǎn)生2.7~3.2 GHz的信號。為了盡量減少混頻過程中所產(chǎn)生的交調(diào)信號,混頻器的選擇直接影響噪聲源的指標(biāo),在此需要選擇高IP3的混頻器。在選擇混頻器的時(shí)候,應(yīng)該進(jìn)行混頻分析,針對分析結(jié)果選擇相應(yīng)適合的混頻器。以本方案為例,本變頻方案中,會(huì)有1LO-2RF、1LO-3RF等組合分量在2.7~3.2 GHz頻帶內(nèi),所以選擇的混頻器需要對這些組合分量有很好的抑制,本噪聲源的變頻網(wǎng)絡(luò)原理如圖5所示。

        圖5 噪聲源變頻網(wǎng)絡(luò)原理圖

        變頻網(wǎng)絡(luò)中帶通濾波器完成對帶外信號組合分量的抑制,保證信號的雜散指標(biāo);放大器主要彌補(bǔ)混頻器以及濾波器的插損;后級低通濾波器主要是對放大器輸出信號的諧波進(jìn)行抑制,通過2次濾波,保證信號的雜散水平。噪聲源在2.7 GHz,3.2 GHz 2個(gè)頻點(diǎn)輸出的噪聲頻譜如圖6所示,設(shè)定的噪聲帶寬為10 MHz,通過測試,噪聲源的信號頻譜干凈,分布服從高斯分布。

        圖6 2.7 GHz與3.2 GHz噪聲輸出頻譜圖

        3 結(jié)束語

        文章針對S波段噪聲源的功能、原理以及設(shè)計(jì)的主要方法做出了較為詳細(xì)的闡述、通過本文介紹方法所設(shè)計(jì)的噪聲源已成功用于某型干擾模擬設(shè)備,通過對實(shí)體雷達(dá)進(jìn)行干擾,干擾效果有效。這種噪聲源既可用于雷達(dá)和通信干擾設(shè)備,也可用于干擾檢驗(yàn)電子設(shè)備的抗干擾性能。

        [1]陳相麟.雷達(dá)試驗(yàn)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.

        [2]文富忠.一種有效的雷達(dá)噪聲干擾技術(shù)[J].電訊技術(shù),2003(6):47-50.

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