基于分析-综合滤波器组的雷达多模干扰高效实现方法研究*

和小涛，王玉文，朱志展，刘 奇

（电子科技大学航空航天学院飞行器集群智能感知与协同控制四川省重点实验室，四川 成都 611731）

0 引言

数字射频储存器（Digital Radio Frequency Memory，DRFM）是雷达干扰机的关键部件，能高保真地存储与复制信号，利用移频、时延等调制方式，产生高逼真度的欺骗信号，从而实现对雷达目标的欺骗式干扰[1-2]。传统DRFM 架构的雷达干扰系统采集与存储中频或基带信号，存在监视带宽有限、干扰样式单一、信号处理数据率高以及硬件资源利用较多的缺点。而随着现代电子技术的发展，雷达信号一般能达到几十兆甚至上百兆赫兹，且现代雷达干扰模拟系统需要多种干扰模式的模拟。基于分析-综合滤波器组的雷达多模干扰高效实现方法，实现了在低数据率和较小的硬件资源消耗下对1 GHz 带宽的雷达信号进行干扰。在该方案中，通过对接收到的雷达信号进行高速AD 采样，从而将雷达信号进行数字化，利用基于多相滤波结构的分析滤波器组技术实现对雷达信号瞬时频率的分选以及将信号处理的数据率降低，在低数据率下完成对雷达信号的多模干扰，同时通过简单逻辑控制即可实现对指定信号的屏蔽功能，对通过基于多相滤波结构的综合滤波器组实现对雷达干扰信号的发射。

1 方法原理

1.1 基本工作原理

基于分析-综合滤波器组的雷达多模干扰模拟高效实现方案，如图1 所示。系统由收发天线、微波模块、分析-综合滤波器组处理模块、数字侦查单元以及干扰信号产生单元等模块组成。收发天线用于雷达信号的接收与干扰调制信号的发射。微波模块包括下变频和上变频两部分：下变频部分用于将接收到的雷达信号下变频至中频1.8 GHz 带宽1 GHz 中频信号；上变频部分用于将干扰模块产生的中频1.8 GHz带宽1 GHz 的干扰中频信号进行上变频。

图1 基于分析-综合滤波器组的雷达多模干扰模拟总体方案

分析滤波器组处理模块在对经ADC 采集的中频1.8 GHz 带宽1 GHz 的中频信号进行抽取滤波下变频成数字基带信号后，完成接收信号的宽带数字信道化处理和信号分选。中频信号经过数据率转换单元抽取滤波下变频成数字基带信号；综合滤波器组处理模块在对干扰基带信号进行内插上变频中频1.8 GHz 带宽1 GHz 的中频信号后，经数模转换完成干扰信号的发射。

数字侦察单元主要用于对目标信号进行侦察截获，分析其信号参数，为干扰产生单元提供被干扰对象的信号参数、干扰样式和干扰参数。侦察单元在干扰过程中的另一个作用是对被干扰的目标信号进行监视，检测其信号参数和工作状态的变化，即时调整干扰策略和参数。

干扰信号产生单元是本系统的核心，主要包括干扰产生通道、单频及窄带干扰产生通道和脉冲干扰信号产生通道等。它的功能在于在低数据率下对雷达信号进行采集和数字处理，并经过与干扰信息的调制产生基带干扰信息，最后经过综合滤波器组和宽带DAC 变换后得到所需的中频干扰信号。

1.2 基于多相结构的分析与综合滤波器组

1.2.1 基于多相结构的分析滤波器组

基于多相结构的分析滤波器组的基本原理是将接收到的全频带信号进行频带划分，把信号划分成若干个不同的子频带，然后分别对各个子频带进行处理。对接收的全频带信号用一组滤波器进行滤波，不同频率信号从不同的通道输出。

分析滤波器组的原型结构抽取器在滤波器后，不利于工程实现。如图2 所示，文献[3]推导得出基于多相结构的分析滤波器组高效结构，第k个通道的输出为：

其中：

图2 基于多相结构的分析滤波器组高效结构

1.2.2 基于多相结构的综合滤波器组

基于多相结构的综合滤波器组是基于多相结构的逆向过程，本质是将K个子信道的基带信号进行M倍内插和滤波，再分别进行特定的频移wk(k=0,1,2,…)，然后将K个频移后的信号相加取其实部，便能得到基于综合滤波器组的发射信号。

综合滤波器组的原型结构内插器在滤波器前，不利于工程实现。文献[4]推导了基于多相结构的综合滤波器组的高效实现结构，输出信号为：

式中：

其中，MOD表示取余数。

图3 为基于多相结构的综合滤波器组的高效实现结构。高效实现结构中，滤波器组移至内插器前，使得数据处理总量显著降低。此外，滤波器组借助多相滤波原理进行实现，综合滤波器组的高效实现结构总的乘法器使用量与原型滤波器的使用量相同。

图3 基于多相结构的综合滤波器组的高效实现结构

1.3 干扰工作原理

密集假目标干扰实现基本原理。干扰机对雷达脉冲进行全脉冲采样，在转发干扰时，干扰机对采样的全脉冲进行逐个的延迟后再叠加，可以实现压制或欺骗性的密集假目标干扰。

硬件实现原理。在FPGA 中选用FIFO 存储器对脉冲信号进行延迟操作，每一级的延迟由一个FIFO 完成，每一级的延迟时间对应FIFO 的存储深度，最后将多级延迟进行叠加并输出。

分析综合滤波器组的仿真条件选取为输入LFM信号为中心频率为1 818 MHz、带宽10 MHz、脉冲宽度10 μs 以及采样率为2.4 Gsps，假目标个数为20 个。综合滤波器组输出结果，如图5 所示。

图5 所示的matlab 仿真结果表明，对于某频率的输入信号，本文所采用的基于多相结构的分析综合滤波器组的架构能够保证干扰效果，借此验证了架构的正确性。

ADC 采样后的中频雷达信号由分析滤波器组经过抽取滤波处理后得到K 路基带信号，经过信道检测后干扰调制。由上位机输入需要保护屏蔽的信号频点并进行通道搜索，对信号所在通道数据直接置零即可。图6 为对指定雷达信号的保护屏蔽功能实现框图。

图4 1～20 个密集假目标实现结构

图5 LFM 信号分析综合滤波器组仿真结果

图6 对指定雷达信号的保护屏蔽功能实现

2 硬件高效实现

硬件验证平台为搭载Xilinx 公司XC7V690T 芯片的信号处理板卡，外围AD 芯片AD9625 与AD芯片AD9129 承载着信号域转换的任务。

ADC 采样时钟为2.4 GHz，基于多相滤波结构的分析滤波器组采用32 通道，则经过信号经过32倍抽取与滤波后数据随路时钟降为75 MHz，在低数据率下对雷达信号进行干扰处理，大大降低了硬件资源压力。硬件资源使用量如图7 所示。

图7 硬件资源使用量

DRFM 架构的干扰模拟器在进行假目标密集复制干扰时，设置假目标个数为1 个，延时量为1 ms，在2.4 GHz采样率下延时的点数为1 ms/2.4 GHz=2 400 000 个，在信号处理时量化位数为16 bit 下消耗的存储资源BRAM 为2 400 000×16/36 kb=1 200个。在使用基于分析-综合滤波器组的雷达多模干扰模拟高效实现方案时，延时的点数为1 ms/75 MHz=75 000 个，在信号处理时量化位数为16 bit下消耗的存储资源BRAM 为75 000×16/36 kb=38个。由此可见，新方案能够大大降低硬件资源使用量。若设置假目标个数为多个，DRFM 架构的干扰模拟器的硬件资源使用量将呈几何级数增加。图8为高效实现方案下20 个假目标密集复制干扰时域波形图。

对指定信号进行保护屏蔽硬件测试，设置干扰命令为带宽600 MHz 的宽带噪声，通过上位机输入多个需要保护的信号频点。图9 为对指定信号进行保护屏蔽硬件测试频谱图。

图8 20 个假目标密集复制干扰时域波形

图9 对指定信号进行保护屏蔽硬件测试频谱

3 结语

本文提出了一种基于分析-综合滤波器组的雷达多模干扰模拟高效实现方案，通过对接收到的雷达信号进行高速AD 采样，将雷达信号进行数字化，利用基于多相滤波结构的分析滤波器组技术，实现对雷达信号瞬时频率的分选以及将信号处理的数据率降低，在低数据率下完成对雷达信号的多模干扰，同时通过简单逻辑控制即可实现对指定信号的屏蔽功能，对通过基于多相滤波结构的综合滤波器组实现对雷达干扰信号的发射。硬件测试结果表明，该方法能够对1 GHz 带宽的雷达信号进行多模干扰与保护屏蔽。