宽带数字信号处理及其在电子战中的应用探究

白向伟，林海霞

（河北工程技术学院，河北　石家庄　050091）

0 引言

可重复，灵活稳定是数字信号处理技术的主要特点，当前对于数字宽带处理技术的研究更加侧重于对数字信号处理技术的纵深化研究，使其在保持原有特点的基础上，进一步提高使用性能。当前，伴随着雷达，遥控探测器等在国防领域的重要应用，世界上的国家都纷纷的加大对其的科研投入，进行数字化的武器研究，更是进一步推动了数字信号处理技术的发展。伴随着数字宽带信号处理技术应用领域的进一步扩大，对数字信号处理技术提出了更为严格的要求：平常我们所认为的宽带，一般从两个角度去理解：其一是指相对带宽,所谓的相对宽带，其信号的宽带和中心频率的比值要在四分之一之上，多适用于天线和雷达界；另一个为绝对的带宽，但目前尚未对其设定明确的界限，大多数应用在电子对抗领域。在电子战的竞争中，窄带数字信号处理应用最多的宽带类型，带宽一般保持在几十兆或者更小的水平。容易实时实现的是窄带数字信号处理技术，与窄带宽带不同的是，宽带数字信号处理面临着数据存储、传输及实时处理的压力，本文将研究的重点放在如何在电子战中应用数字信号处理技术。

1 宽带数字信号处理技术

宽带采集和数据采集处理是目前我国宽带信息处理技术的两个主要构成[1]。宽带采集将重点放在宽带数字管理，这是后期处理所获得数字信号所必经的阶段。另外通过对采集数据进行处理可以实现多种功能。接下来我将从观察数字和干扰数字两个方面进行介绍。

1.1 宽带采集技术

宽带采集通过对模拟变换器(ADC)的采用来在中频附近对所输入的信号进行量化。奈奎斯特采样定理中明确规定，只有ADC的输入带宽保持在小于0.5的样本频率上，才能保证不因为信号产生频率折叠模糊而失去精确性。一般情况下，将采样频率设置成平常输入带宽的2.2-2.5倍是工程上所采用的常用方式。目前ADC的采样频率随着需要的增加也在逐步增加，瞬时输入数字系统的带宽也会获得一定程度的提高。通常情况下，我们采用三种手段进行宽带的采集。第一种是高速ADC的采样，示波器采样为第二种采样方式，光采样则为第三种采样方式。接下来我将会对三种宽带采样技术。高速ADC采样利用比较器对所采集的数据进行离散,采用的主要手段是利用多个并行的比较器离散输入信号，ADC位数b和比较器个数N之间存在着线性关系，一般情况下N是b的二倍；研究人员用级联方式来获的想获得的ADC大的位数来处理硬件难度方面的问题。举一个简单的例子，256个比较器是8位ADC所需要的个数，但是一般情况下，如果我们使用2个4位ADC级联来获得我们所需要的8位ADC，比较器得个数就减少为32个（2×16）。实践表明，高速率采样相比较低速率采样的位数于更加难以实现。目前我们面临的一个难题就是硬件实现难度因为采样频率和位数增加也在进一步加大。纵观国际水平，老美在半导体研发上已经达到了8位3 Gsps 的水平，某些公司也已经研发处理8位 12.5 Gsps 的ADC产品。这个当前也已经有产品展示出来，泰克公司所推出的示波器产品正是对4个8位12.5 Gsps的充分利用。另一种方法则是对复制的周期信号选用不同的延迟时间实现高速率采样。光采样的过程主要是将续时间非常短的光脉冲与所获得的信号进行相乘，进而进行光电转换，最终得到光脉冲响应所对应的信号幅度，最终可以实现宽带采样量的最大化，目前通过4个8位10 Gsps 的光ADC并行运算8位40 Gsps 的光ADC 已经问世并得到广泛的利用。不可否认，宽带采集也有一个比较显著的缺点，那就是难以做大数字量化。数字系统的动态范围会随着宽带采集的位数的变少而变小，信噪值也随之比较小。

1.2 宽带天线数字技术的介绍

伴随着天线功能的实现，技术员可以从各个领域的不同需要出发设计灵活多变的方向图，比如我们平常所见到的零点图、及多波束等多种类型的图形。宽带数字天线由空间上某种阵列形式布置的宽带数字系统综合形成，绝对宽带和相对宽带都对宽带天线的形成产生重要的影响。线性阵列可以作为分析相对带宽和绝对宽带对数字天线所带来的影响。

1.3 宽带数字侦收技术

宽带数字侦收技术就是对从AD 后获得的数据或者是来自于数字天线种的数据进行处理，然后根据接受到的数据通过系统内部的分析建立脉冲描述字，再根据脉冲描述字对信号按照信号的来源，信号的用途等进行分类。宽带数字侦收技术的信息处理能力比较高超，可以对高密度信号进行处理，另一方面还 可以对同时接受到的信号进行处理，较多的保留所获得的脉冲信息，并进一步用比较成熟的技术获得诸如载波频率、脉冲幅度、脉冲宽度、脉内信息和脉冲到达时间等雷达的特征参数。准)及时处理向宽带中输入的数据是宽带数字侦收技术的首要目标，其进行数据处理的算法非常看重计算的速度。通常我们会采用数字信道化的手段将大大数据率转换为小数据率。其他提高算法的手段还有快速 FFT 式的数字信号处理算法的快速化，在我们实践中，并不需要对所有的通信道进行关注，只需要把接收带宽内的所有信号通过编码折合到部分信道内就可以。

1.4 宽带数字射频存储技术

当雷达受到数字储频的打扰时，进行高效干扰的前提条件是能进行精确的复制，并且能够保存频域内信号的全部信息，只有这样才能加深干扰程度。我们平常所说的宽带数字射频存储器就能够保存信号频域内的所有信息的一个载体，实现高效干扰的功能。他的工作原理要经过以下几个过程第一，先进行下频与中频的转换，利用高速 A/D 将所获得的信号变换为数字类型的信号，输入高速存储器中，当然还要进行必要的干扰调制功能。宽带数字射频存储（Digital Radio Frequency Memory，DRFM）对数据进行的干扰式的调制是根据人们的需要进行的，DA是进行信号转换的关键因素，可以将调整后的信号转变为模拟类型的干扰信号，从而实现不同的欺骗功能。雷达信号带宽大于等于瞬时带宽是实现高效干扰的重要条件。瞬时带宽是用来确定 DRFM ADC 和 DAC 速率的重要工具，速率的高低对存储器的存储性能也有不同的要求，与之相互联系的成本也不同[2-3]。

2 宽带数字信号处理技术在电子战中的广泛应用

现存的雷达，通过对数字信号进行处理可以改变对距离的分辨率；就通信而言，通过对数字信号进行处理可以扩大信息容量的传送；在电子战进行的过程中，对数字信号进行处理宽带可以给各个国家带来诸多好处，可以充分电子支援和电子对抗在电子战中的重大作用。

2.1 通过对数字信号进行处理可以实现更大范围、更大概率的侦收效果

前边已经提到过电子战侦察接收机具有空域和频域宽的显著特点。为了提高截获信息的概率，电子侦察系统对瞬时监视的频域和空域范围的宽带的要求比较高，要尽可能的宽，2 GHz-18 GHz是我们重点关注的频率范围[4]。但是目前我国在这方面的研究还不够深入，需要科技人员进行进一步研发，找到合适的宽带范围，对现有的宽带范围进行改进，从而进一步扩大接收信息的范围和概率，从在增加在电子战中获胜的可能性。当然，这个改进过程是漫长的，是巨大的脑力劳动和体力劳动相结合的结果。

2.2 提高侦察系统灵敏度，实现微弱信号侦收

在电子战的激烈争夺中，宽带的宽度与灵敏度适中是队里的，灵敏度与宽带的大小呈现负相关关系。为此我一般情况下，会先控制一个参数，然后对另一个参数加以控制，常用的控制办法有两个，一个是可以减少噪声系数来达到目的，另一种则是降低识别系数。减少噪声系数所能达到的效果是有限的，一般情况下我们主要采用提高灵敏度系数的办法[5]。但是目前我们并没有发现他们之间存在必然的联系，还需要展开进一步的深入的探究来挖掘事物的本质，只有深入的把握了他们之间的规律，才能更好的提高系统的灵敏度。我们不妨做一个这样的假设，输入信号带宽小于单个子信道，他们在经过数字信道化后，信号的功率会保持不变。数字信道化后得到的信号处理增益理论值为 M，但这是是理论上所能得到的。

2.3 扩展数字干扰机带宽，实现宽带雷达的全带宽匹配干扰

如何通过数字信号进行处理，从而产生与全带宽相互匹配的干扰信号，进而实现高效干扰的效果是当前困扰人们的难题[6]。对数字干扰机带宽进行扩展，意味可以复制更大面积带宽的雷达信号，从而避免对宽带雷达就能够进行理想宽带雷达数字干扰波形产生的难点的欺骗干扰所困惑[7]。但是，在实际运行中，干扰得益还会受到储频带宽与雷达信号带宽之间大小的影响，更为甚者，一旦雷达干扰脉冲的宽度有所扩展，识破欺骗干扰是特别容易的。

总之，数字宽带信号处理在当前的电子战中存在着广泛的应用，但是通过研究发现，当前我国宽带数字信号处理技术与发达国家之间还存在着一定程度的差异，如若真的发生于发达国家之间的电子战，我国势必处于相对劣势，为此，相关政府部门和各个科研机构要不断的加大对宽带信号处理技术的投入，促进该技术的研发，同时各大高校也要设置与社会需求相适应的专业课程[8]，为宽带信号处理领域输送一批批具有专业素质的人才。最终要的是要加强对现有人才的专业化培训，给予他们更多的学习机会，比如去国外与高技术人才交流或者是参加一些专业化的培训，只有专业能力不断的提升，我国在宽带数字信号处理技术的水平才能够提升一个档次。

参考文献：

[1]罗勇江. 宽带数字侦察接收机若干关键技术研究及应用[D].西安:西安电子科技大学,2011.

[2]甘建超,邹菊红.宽带数字信号处理及其在电子战中的应用[J].信息与电子工程,2010,(04):425-430.

[3]刘亮.OFDM超宽带系统的低能耗、低复杂度数字信号处理及VLSI实现方法研究[D].上海:复旦大学,2010.

[4]姒强.一种基于中频采样的雷达数字波形产生方法研究[D].成都:电子科技大学,2003.

[5]曹健辉.基于软件无线电的多通道宽带数字信号处理系统的实现[D].成都:电子科技大学,2014.

[6]胥嘉佳. 电子侦察信号处理关键算法和欠采样宽带数字接收机研究[D].南京:南京航空航天大学,2010.

[7]胡应添,张远见,黄伯宁,等.宽带数字选频射频拉远系统及其信号处理方法[P].广东:CN101521893,2009-09-02.

[8]何志华,黄海风,何峰,等.一种超宽带信号的数字正交解调实时处理方法[P].湖南:CN104301265A,2015-01-21.