零中频处理缺陷分析及改进初探

１８　庞敏，林霞，刘江洪　零中频处理缺陷分析及改进初探　电子信息对抗技术・第２３卷　２ＯＯ８年５月第３期　中图分类号：ＴＮ９７１．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—２２３０｛２００８）０３—００１８—０４　零中频处理缺陷分析及改进初探　庞敏，林霞，刘江洪　（信息综合控制国家重点实验室，成都６１００３６）　摘要：在电子战系统中为了拓展信号处理带宽越来越多地采用ｔ／Ｑ变频，但是，在ＩＱ变频　中，当变频后的中频信号频率接近零时，信号检测和处理存在一些困难，有可能使系统性　能下降。文章分析了ＩＱ变频中零中频点对信号截获和干扰的影响，提出了改进措施，并　对其可行性进行了分析，在改进零中频处理缺陷方面进行了有益的探索。　关键词：Ｉ／Ｑ；零中频处理　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｚｅｒｏ　ＩＦ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｉ／Ｑ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ＰＡＮＧ　Ｍｉｎ，ＬＩＮ　Ｘｉａ，ＬＩＵ　Ｊｉａｎｇ－ｈｏｎｇ　（Ｎａｉｔｏｎａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｕ＇ｏｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅｒｅ’Ｓ　ａ　ｔｒｅｎｄ　ｔｏ　ａｐｐｌｙ　ｔｈｅ　ｔ／Ｑ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ＥＷ　ｆｉｅｌｄ，　Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ’Ｓ　ｓｏｍｅ　ｄｉｆｉｃｕｌｆｔｙ　ｉｎ　ｒａｄａｒ　ｓｉｇｎａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｗｈｅｎ　ｈｅ　ｓｉｔｎａｇｌ’Ｓ　ｉｎｔｅｒｍｅ—　ｄｉａｔｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｚｅｒｏ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　ｒｅｓｌｔｕ　ｉｎ　ｓａｃｒｉｉｆｃｅ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｏｆ　ｈｅ　ｓｙｓｔｔｅｍ’Ｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｚｅｒｏ　ＩＦ　ｓｉｎａｇｌ　ｏｆ　ｔ／Ｑ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｎ　ｓｉｎａｇｌ　ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｊａｍｍｉｎｇ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｈｅ　ｔｅｒｐｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｒａｄａｒ　ＥＷ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｙ　ｉｔｓ　ａｌｓｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｉ／Ｑ；ｚｅｒｏ　ＩＦ　１　引言　在电子战系统中为了拓展信号处理带宽，采　用ｔ／Ｑ变频正在成为一种趋势。这种ｔ／Ｑ正　交调制解调的变频技术还能够简化变频次数，具　有高集成、低功耗等优点，同时，为数字化处理提　供了灵活的ｔ／Ｑ通道。　２零中频处理可能存在的问题分析　２．１零中频接收机基本原理　采用Ｉ／Ｑ变频的接收机也叫做零中频接　收机［１１。图１所示是一个零中频接收机的示意图。　接收机二次变频且经过低通滤波之后输出的　两路中频为【　ｊ：　，（ｔ）＝Ａ（ｔ）ＣＯＳ［　（ｔ）一　］　Ｑ（ｔ）＝一Ａ（ｔ）ｓｉｎ［　（ｔ）一　］　（１）　（２）　但是采用ｔ／Ｑ变频，系统的基带信号频　率以零频点为对称，当雷达信号变频后的中频频　率接近零时，电子战现有的信号检测和处理存在　一些困难，有可能使系统性能下降。为考查这种　情况对雷达信号截获和干扰的影响，本文从多个　角度进行了分析研究，提出了改进措施，并对改进　（１）、（２）式中，Ａ（ｔ）为信号幅度，　（ｔ）为初始　相位，　为第一、第二本振初始相位之和。由此可　见，接收机的基带信号是正交的两路信号。设系　措施实现的可行性进行了评估。　收稿日期：２ｏｏ７—１２—１０；修回日期：２００７—１２—２５　作者简介：庞敏（１９７３一），女，工程师；林霞（１９７５一），女，工程师。　维普资讯 http://www.cqvip.com

电子信息对抗技术・第２３卷　２０Ｏ８年５月第３期　庞敏，林霞，刘江洪　零中频处理缺陷分析及改进初探　１９　统的瞬时带宽为ＢＷ，中频信号范围为［一ＢＷ／２，　ＢＷ／２］，中频信号经过零频点，这是ＩＱ变频　信号接收处理的一个显著特点。　图１零中频接收机示意图　２．２零中频处理可能存在的问题　前节对ＩＱ变频的零中频信号接收原理进　行了分析，中频信号过零点问题，同样也是采用ＩＱ　变频的基带干扰源，主要包括ＤＪｓ（数字化干　扰源）和删（数字储频）的接收通道处理所无法　回避的，那么需要仔细分析这种零中频点信号对上　述基带干扰源的接收和处理性能有无影响。　ａ）ＤＪＳ基带干扰源　．ＤＪｓ通过快速傅里叶变换获取信号的频谱特　征（图２），采用频域检测的方式测频。获取信号　参数后与威胁目标库匹配识别，然后将匹配上的　中频样本进行叠加复制，输出干扰信号。　册　．　图２信号的ＦＦｒ变换　系统信噪比一定时，以相同点数进行采样，图　３（ａ）为较高频率的信号波形，图３（ｂ）为频率接近　于零的信号波形。由图３（ｂ）可以直观地看到，当　信号的中频接近于零时，信号波动减小，波形接近　于直线，常规采样点数往往不能得到一个完整的　周期，信号淹没在噪声中。这种情况下提取信号　特征较为困难，可能存在测量参数不准确的问题，　导致信号匹配失败，无法正确复制干扰。　—一　（ａ）较高频率　（ｂ）频率接近零　图３信号波形随频率的变化示意　ｂ）ＤＲＦＭ基带干扰源　在一个相位量化的ＤＲＦＭ基带干扰源中，相　位量化Ａ／Ｄ比较Ｉ、Ｑ通道对应的幅度，将输入信　号的相位信息进行数字量化＿３　Ｊ，即对信号的相位　组合后进行量化编码，见图４示意＿４Ｊ。恢复信号　时，相位量化Ｄ／Ａ变换器将数字化的相位信息　变为正交的幅度信息，然后经过相加抵消其中的　一个边带，输出干扰数据。　…　＼　／　＼　／　．　形－／，、、　＼　／　＼　／厂　　ｌ路相位　Ｑ路相　相位编码　儿０ｌ　００　ｌ０　ｌｌ　０ｌ　００　ｌ０　ｌｌ　图４相位量化示意图　由于Ｉ、Ｑ通道的增益及相位不可避免地存在　一定的不平衡度，带来一定的信号失真［　。当信　号频率较大、幅度较大时受其影响较小；当信号频　率接近于零时，信号波动减小，噪声分量相对较　大，如图５所示，此时相位量化得到的编码将以噪　声为主。　图５频率接近于零时的波形　因此，对零频信号进行相位量化，量化误差和　测频误差较大；更重要的是，由于在相位编码的过　程中幅度信息丢失，使用误差较大的相位信息不　能正确恢复出信号波形，无法输出有效欺骗威胁　目标的干扰信号。　由上可知，采用Ｉ／Ｑ变频时，当信号中频　接近零频，ＤＪｓ和ＤＲＦＭ在信号截获和干扰复制　上存在一定困难，将导致整个电子对抗系统的干　扰接收性能下降，甚至不能正常工作。　３仿真分析与实验结果　针对以上关于零中频点信号对基带干扰源的　维普资讯 http://www.cqvip.com 庞敏，林霞，刘江洪　零中频处理缺陷分析及改进初探　电子信息对抗技术・第２３卷　２００８年５月第３期　接收和处理性能的影响分析，以下通过仿真和实　验两个途径加以验证说明。　３．１仿真分析　用Ｍａｔｌａｂ模拟产生单通道正弦连续波信号，　频率逐渐减小到趋近于０，并叠加随机噪声。为　便于观察，模拟了较小的信噪比环境。　图６为０．０５ＭＨｚ信号的波形和频谱，采样频　率１Ｇｓｐｓ，采样点数５０００００，信噪比１．４ｄＢｍ。当信　号频率很小时，在观察时间内信号波形不具有一　个完整的周期。如果信号能量比较集中，信号频　率可以分辨。　ｉｆｔｅｑｕｅｎｅｙ／ＭＨｚ　图６　０．０５ＭＨｚ信号仿真　其它信号环境条件不变，逐渐减小信号频率　到Ｏ．０００１ＭＨｚ，见图７。受噪声影响，功率谱变得　分散，谱峰远小于图６的谱峰，不能正确分辨出信　号频率。　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＭＨｚ　图７　０．０００１ＭＨｚ信号仿真　以上仿真说明，当信号频率较小时，频率基本　可以识别；但是如果频率十分接近零，信号波动小　于噪声，功率谱表现为噪声的特征，频率分辨变得　十分困难。不过，由于后者的谱峰小于前者，因此　可以通过功率谱过门限的检测方法识别当前信号　特征。　３．２实验测试　如图８连接测试仪器设备并加电预热。信号　源输出射频信号到Ｉ／Ｑ变频设备的输入端　口，用频谱仪测量设备中下变频后的中频频率，与　理论值的差为频偏。设置信号源的输出频率（对　频偏进行补偿），使下变频后的中频频率逐渐接近　于零，用设备中的ＤＪｓ模块采集中频信号进行分　析。　图８实验连接图　首先采用大信号测试以作对比。信号频率为　５０ＭＨｚ时测试结果见图９，波形和频谱的质量较　好。　图９　５０ＭＨｚ信号测试结果　图１Ｏ为中频比较接近０ＭＨｚ的测试结果。　在５００个采样点中无法得到一个完整的周期。功　率谱集中在零频点左右，ＩＯ通道的相位特征不明　显，有可能使计算的频率符号错误。由于辐射源　具有一定的能量，且过能量检测门限，采用脉冲检　测的方式仍然可以检测到信号，但是检测窗内波　形变化过于缓慢产生误判，便触发采样给出的时　维普资讯 http://www.cqvip.com 电子信息对抗技术・第２３卷　２ＯＯ８年５月第３期　庞敏，林霞，刘江洪　零中频处理缺陷分析及改进初探　２１　间标签（脉冲到达时间、脉冲结束时间）错误。　图１０　０．４２ＭＨｚ信号测试结果　绝对零频时，加在采集处理模块上的信号类　似于噪声。采集处理模块对噪声进行频谱分析的　结果如图１１。谱峰小于图９和图１０的频谱。　图１１噪声的频谱　以上从仿真分析和实验测试两个方面对零频　信号的频谱特征进行了分析，实验与仿真结果比　较一致。　３．３实验结果分析　一般情况下，当信号频率为非零中频信号时，　波形变化明显，常规采样长度下获取的信号时间　参数和频谱特征完整，可以准确地提取参数进行　信号分选、雷达识别等。同时，由于采样后的数据　中保留了相对完整的原始信息，可以提供质量较　好的中频样本用于脉内细微特征分析，给出更细　致的信号参数。更重要的是，由于干扰效果很大　程度上取决于干扰样本与原始信号的相关性，因　此用于复制的有限长度的中频样本中必须保留尽　可能完整的信号原始信息，对样本质量提出了一　定的要求，应尽量避免零中频信号。　当信号的中频接近零，对电子对抗系统的影　响在于：检测到的脉冲时间标签发生错误，无法分　选出信号；频率测试的精度较差、相位模糊；脉内　细微特征有所损失，不能准确地加以分析；没有质　量较好的脉冲原始数据以合成干扰样本，达不到　干扰的效果。绝对零频时，功率谱发散，无法测　频，因而完全无法进行信号处理、干扰复制等后续　工作。　同样，对ＤＲＦＭ加载零中频信号进行测试，输　出信号与输入信号波形与频谱均不相似，达不到　预期的干扰输出效果。　４改进措施及可行性评估　零频点中频信号对电子对抗系统的性能的影　响不容小视，成为不受“欢迎”的信号。如果零频　点中频信号能够被检测到并且给出标志，通过重　置变频本振的方法将信号中频从零频处适当移　开，减小其不利影响，将有助于提升雷达对抗系统　的性能。能否正确给出零频标志，成为该方法可　行性评估的一项重要内容。　在Ｉ／Ｑ变频电子战系统中一般由瞬时频　率指示器进行射频粗测频。瞬时频率指示器工作　在射频，不能直接给出中频频率为零的指示，因此　需由基带测频模块（例如ＤＪＳ或ＤＲＦＭ）进行判　断。　ＤＪＳ采用域频检测的方式测频。仿真和测试　说明，当信号中频接近于零时，ＤＪＳ基本能够检测　到一个接近于零的频率值，风险在于相位模糊、脉　冲的时间标签错误，但是由于频率值可测，无非是　符号的正负和精度问题，不影响给出零频标志。　绝对零频时类似于噪声，其谱峰远小于大信号时　的谱峰，因此可以通过门限检测进行识别，给出零　频标志。　ＤＲＦＭ采用相位量化的方式，当中频接近于　零时测频的误差较大，不易直接给出零频标志，同　时，由于相位量化过程中幅度信息丢失，量化后无　法通过幅度判断输入的是真实信号还是噪声，因　此需要结合系统保宽脉冲等信息进行综合，给出　标志。　由于上述原因，目前基本考虑由ＤＪＳ、ＤＲＦＭ　在基带上测频，结合系统的相关信息进行综合，提　供零频标志，从而控制Ｉ／Ｑ变频系统的本振适当　偏移，避免在零频附近进行信号处理。　（下转第７０页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ７０　王燕，苏梦蜀　相位恒定衰减器的设计　电子信息对抗技术・第２３卷　２ＯＯ８年５月第３期　删　ｌ　鱼　衄　Ｉ１　　簧　Ｊ１　ＰＩ｛ＡｓＥＮＶＡＩ：ＩＡＮＴＡ　ｒＥｍ】Ａ１ＤＲｓ｜ｌ２　Ｇ　Ｃ１　Ｃ２　０　０　０　．　４６．５　．　图４相位恒定衰减器外形图　４实验结果　图５为该相位恒定衰减器衰减１０ｄＢ、２０ｄＢ、　３０ｄＢ时的幅度波动，图６为该相位恒定衰减器衰　减１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢ时相位相对于直通状态的相　位差。具体指标如下：　（ａ）工作频率：２ＧＨｚ～４ＧＨｚ；　（ｂ）最大衰减量：３２ｄＢ；　（ｃ）插损：小于７ｄＢ；　（ｄ）衰减平坦度：小于±ｌｄＢ；　（ｅ）相位变化：小于±８。。　ｎＤ　ｌ　ＡＴＴＥＮＵＡＴ１０Ｎ　Ｖ：　；ＦＲＥＱ　ＵＥＮＣＹ　图６相位恒定衰减器相位特性测试曲线　５结论　实验结果验证了用这种误差消除技术实现相　位恒定衰减器的可行性。该产品的研制成功为进　一步进行宽带矢量调制器的研制打下了良好的基　础。　—Ｕ　参考文献：　［１］ＡｄｌｅｒＤ，Ｍａｒｉｔａｔｏ　Ｐ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ＰｈａｓｅＩｎｖａｒｉａｎｔＡｔｔｅｎｕａｔｏｒ　［Ｃ］／／１９８８　ＩＥＥＥ　ＭＴｒ－Ｓ　Ｄｉｇｅｓｔ：６７３—６７６．　［２］Ｐａｒｒｉｓ　Ｗ　Ｊ．ＰＩＮ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　Ｌｏｗ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　［Ｊ］．Ｉ—ＥＥ—Ｅ　Ｔｒａｍ　ＭＴＦ，１９７２，２０（９）：６１８—６１９．　［３］　Ａｎａｎａｓｓｏ　Ｆ　Ｇ．Ａ　Ｌｏｗ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｓｔｅｐ　Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ　Ｕｓｉｎｇ　ＰＩＮ　Ｄｉｏｄｅ　Ｓｗｉｔｃｈｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｍ　ＭＴＦ，１９８０，２８（７）：　７７４～７７６．　ｌ（】　９　＿８　∞ｍ　＿　●　辑　】目ｒ～　石　０　ｓ　［４］　Ｓｔｒａｒａｓｋｉ　Ｊ　Ｐ，Ａｌｂｉｓｓｏｎ　Ｂ．Ａｎ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｖｅ　Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ　ｉｔｗｈ　０　２．２　２：４　２：６　２：ｓ　３１０　３．２　３１４　３　６　３　８　４．０　频－￣／ＧＨｚ　Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ［ｃ］／／１５ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｎｆ．ｓｅｐｔ　１９８５：８４２—８４６．　图５相位恒定衰减器衰减特性测试曲线　（上接第２１页）　参考文献：　５结论　在电子战系统的基带干扰源中采用Ｉ／Ｑ变频　，当基带信号在零频点附近时，干扰接收性能　有所下降。如果输入信号经变频后的中频接近零　频时能够给出标志，通过适当移动本振，可以避开　零频点进行处理，得到较完整的信号样本和更准　确的信号参数，有利于信号截获和有效地干扰。　致谢：感谢喻旭伟高级工程师、吕镜清研究员　的指导和帮助！　［１］丹尼斯・Ｄ・瓦卡罗．电子战接收系统［Ｍ］．北京：总参　谋部第四部，１９９３．　［２］桑炜森，顾耀平．综合电子战新技术新方法［Ｍ］．北　京：国防工业出版社，１９９６．　［３］赵国庆．雷达对抗原理［Ｍ］．西安：西安电子科技大　学出版社，１９９９．　［４］苏培勇，唐斌．数字储频的结构及其比较［Ｊ］．舰船电　子对抗，２００５，（１２）：３１—３２．　［５］喻旭伟．３Ｂｉｔ相位量化技术［Ｊ］．电子对抗技术，２００１，　（５）：２８—３０．