赵红阳，李 帅，陈 祎

(电子科技大学电子工程学院，四川成都611731)

0 引言

当今的电磁环境越来越复杂，信号的个数及类型越来越多，侦察接收机不得不考虑多个信号同时到达的情形，数字信道化接收机应用而生。数字信道化接收机具有宽频率覆盖范围、较好的灵敏度和实时信号处理等性能。侦察技术的发展对雷达造成了极大的威胁，迫使雷达不断发展，超宽带雷达的出现对数字信道化接收机提出了挑战［1］。

信道化的基本原理是将输入的全带信号进行频带分割，又称为子频段或子信道，然后对各子信道分别处理。为了得到更高的频率分辨率，各子信道可分别再进行第2次分割、第3次分割，直到满足频率分辨率的要求为止。

由于信道化接收机的信道数要预先确定，信道数的确定要同时考虑分辨率与监视频带范围的影响。面对超宽带雷达的侦察接收，跨道问题成为不得不解决的问题。许多专家学者已经研究了很多信道融合的办法，其中有基于滤波器特征研究频域加窗的信道拼接方法、基于接收信道的数学模型研究频域消去的信道融合方法等。

为了避免超宽带雷达信号出现信道化中的跨道问题，本文提出了一种利用全景监视与滤波器组相结合的方法来完成将多个信号中的有效信号进行完整提取［2］。全景监视即将监视频带内的所有信号进行检测，可采取FFT算法持续检测各个频点是否有信号存在。全景监视的目的是发现信号的到来与获得粗略的频率及带宽信息，然后根据各个信号的频率及带宽信息进行滤波器的选择，原始信号经过不同的下变频及滤波处理，各个信号则可被完整提取出来。该方法不仅能处理同时到达的多个信号又能解决超宽带信号的跨道截断问题。

1 整体方法研究

在信道化原理中是将监视频带内的所有信号都进行信道划分，然后分别进行各信道的信号检测来判断信号的到来，而实际中感兴趣的信号仅仅出现在1个信道或少数几个信道，并且当信号带宽比信道带宽宽时就会出现跨道问题，为后续处理带来困难。本方法利用信道化中滤波器组的思想，通过下变频与滤波器相结合的结构将不同信道的信号进行分隔［3，4］。

整体方案实现流程如图1所示。图中全景监视测得各个信号的起始频率及信号带宽，然后根据测得的起始频率进行下变频，并根据带宽选择滤波器带宽，最后将经过下变频的信号进行滤波处理，从而将有用信号从多个信号中提取出来。当关注多个信号时，根据不同信号起始频率与带宽信息，进行不同的滤波处理，从而将各个信号完整提取出来。

图1 整体方案实现流程

2 全景监视

为了便于表述，定义fk为各个信号的起始频率，Bk为各个信号的带宽，即为所关注信号所处频带(k=0，1，2…)。

全景监视即监视整个关注频带，通常采用的方法是做FFT在频域进行全频带监视，当有信号出现时，经过FFT运算，通过峰值搜索即可将相应频点搜索出来，从而实现了全景监视。由于全景监视的目的只是获得信号的到来与大概频率，不需要特别精细的频率测量，因此可选特定的数据点数做 FFT［5］。

全景监视流程图如图2所示。首先对输入数据不断地进行特定点数N截取，然后将截取的N点数据进行N点的FFT运算，再将FFT的输出进行峰值搜索，搜索出信号的起始频率与信号带宽，当多个信号同时到达时，搜索出不同的起始频率fk与信号带宽Bk。

图2 全景监视流程

3 滤波处理

输入信号经过全景监视测得各个信号的中心频率fk与带宽Bk，然后将下变频后的信号经过滤波器组即可将不同的信号分离开来，实现多个信号同时到达的接收处理，通过选择不同的滤波器通带宽度从而避免了宽带信号的跨道问题［6］。

滤波处理模块图如图3所示，下变频量fk与滤波器通带宽度Bk的不同组合能够实现动态的信道划分与处理。为了便于硬件实现，需将fk与Bk进行量化，由于利用的是fk与Bk的组合来确定动态滤波器的作用频带，因而fk与Bk并不必要很精确，这种特性使得该方法适应性更好［7－9］。

图3 滤波处理模块

由图3可知，该滤波处理主要由fk与Bk的量化模块、下变频模块和低通滤波模块3个模块组成。

① fk与Bk的量化模块:fk与Bk根据实际需要可以量化为不同分辨率的有限个值fs1、Bk1，该量化模块可按fk/M1、Bk/M2取整的方式实现，其中M1、M2根据量化分辨率而定。

②下变频模块:根据量化后的fs1产生下变频所需的下变频信号，然后将输入信号与下变频信号进行相乘，从而实现对输入信号的下变频操作。由信号处理理论可知，下变频的过程即进行频谱向下搬移的过程，由傅里叶变换的性质可知，频谱的向下搬移即对应时域信号与exp(－j*2*pi*fk1/fs*t)相乘，即din_dds=din*exp(－j*2*pi*fk1/fs*t)，din为AD采样后信号，din_dds为经过下变频后信号。在FPGA中实现时可直接利用丰富的IP核资源，在FPGA开发软件ISE中有DDS模块的IP核，该核能方便快捷地实现下变频操作。该核的实际功能是根据输入的下变频量，选择产生的exp(－j*2*pi*fk1/fs*t)，当输入信号到来时进行相乘操作。

③低通滤波模块:根据量化后的Bk1进行低通滤波器系数的选取，使得经过下变频后的输入信号带宽完全处在滤波器的通带内，从而完全检出所关心的信号。利用Matlab中firpm能较方便地产生不同带宽的128阶低通滤波器系数，所产生的低通滤波器仅通带宽度与截止频率不同。将产生的每个滤波器系数进行量化，便于FPGA中实现，量化位数可根据实际情况改变。将量化后的所有系数存储起来，按顺序排列在FPGA的rom模块中，根据接收到的受保护雷达的带宽Bk的量化值Bk1进行选择提取不同的系数从而应用不同通带宽度的低通滤波器。

经过上述3个模块的处理，完整、有效地从多个信号中提取出所关注的信号［10－12］。

4 仿真结果分析

为了验证方法的有效性，进行Matlab仿真验证。仿真输入1个单频信号和1个线性调频信号的混合信号，fs=500 MHz，单频信号频率为44 MHz，线性调频信号其实频率为20 MHz，带宽为10 MHz，信噪比选为10 dB，其中线性调频幅度为6，单频为1。

2个信号经过全景监视测得起始频率点分别为9．8 MHz 和 44．9 MHz，带宽分别为 9．77 MHz 和0 MHz。经过量化后，信号1:fs1=10，Bk1=10;信号2:fs2=44，Bk2=0。为了将信号1提取出来，首先进行20 MHz的下变频，根据信号然后选择通带为12 MHz的低通滤波器进行滤波提取。经过下变频之后的2个信号如图4所示，频率起始频率分别为0 MHz和34 MHz，线性调频带宽保持为10 MHz。

图4 下变频之后的结果

经过通带为12 MHz的低通滤波器滤波之后的结果如图5所示。由图5可知，此时信号2单频信号已经被滤除，仅剩下单一的线性调频信号，且带宽保持为10 MHz。

图5 滤波之后的结果

经过仿真实现可以看出，将同时到达的多个信号经过全景监视，测得各个信号的起始频率与带宽，再根据起始频率进行下变频，将下变频后数据经过不同通带宽度的滤波器进行滤波处理即可完整提取出各个信号。仿真结果验证了算法能够较好地处理多个信号同时到达且避免了超宽带信号的跨道问题。

5 结束语

信道化能较好地解决多个信号同时到达的问题，但在信号带宽较宽时易出现不便解决的跨道问题，影响信号的完整性。本文采用先进行全景监视，获得信号的粗略信息后进行下变频及滤波器组的滤波处理，从而实现将有用信号分别从同时到达的多个信号中完整提取出来，避免信号跨道问题。通过仿真验证了该方法的有效性。

利用FPGA中DDS的IP核实现下变频，只需将滤波组的各个参数存储起来，根据全景监视结果进行选择不同的滤波器参数即实现不同的滤波处理。该方法能较容易地应用在工程中［13，14］。

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