DRFM续 | 频域数字射频存储器的实现 留言

数字射频存储调制器，可用于在高分辨雷达上生成可信目标，此外它们对更先进的SAR和ISAR雷达也有效，因为所有成像雷达的许多基本原理都是一样的。

本文的目标是设计具有最小输入延迟和最大作用距离的调制器。希望这种调制器可以合成每个目标的复杂反射，并可以管理背景场景的生成。输入延迟和作用距离的规定值很大程度上取决于实际的雷达系统。因为调制器是针对不同类型的雷达设计的，所以调制器设计时将采用可编程逻辑器件的可重构结构。

一个单FCP卷积结构是频域中最简单的调制器。然而，该结构的吞吐量有限，会给经过调制器的信号流带来一些延迟。吞吐量取决于运行快速傅里叶变换还是逆傅里叶变换，它们是可编程逻辑器件公司的核心知识产权(IP)。

Xilinx公司的CoreGen知识产权库在170 MHz时钟速率下，可以支持高达16384个数据点的快速傅里叶变换/逆傅里叶变换。专业制造商在400MHz时钟速率下，可以支持高达131072个数据点的最先进的核心知识产权通道。

当使用FCP卷积时，快速傅里叶变换的长度即转换的数据点数，从快速傅里叶变换的长度等于雷达信号和作用距离的样本数之和，可以得出作用距离。计算时间通常等于雷达的脉冲重复间隔(PRI)，但脉冲重复间隔取决于实际的雷达系统。如图11所示，这是采用单FCP卷积的调制器原理图。

采用数据模型可以检查调制器的结构。如图12所示，这是一个简化复杂目标的模拟高分辨距离剖面。图12中的距离剖面与调制器在时域中生成的距离剖面相同。采用FCP卷积生成的示例目标，经脉冲压缩后形成的模拟高分辨距离剖面。

图12还说明了脉冲压缩过程生成的旁瓣，在较短和较长距离上与目标反射器的对比。如果编码雷达波形有较好的旁瓣抑制性能，可以抑制距离剖面方向的假信号。

在某些情况下，可能会优选单独合成目标和背景信号。如图13所示，这是运用此方法的调制器的简化原理图。该调制器比没有单独合成的调制器要复杂，但是输入延迟几乎是相同的。

采用数据模型，能够以与最后一种结构相同的方式检查该调制器。如图14所示，这是简化复杂目标和背景剖面的模拟高分辨距离剖面。合成目标与最后一种结构中的目标相同，生成的背景信号在整个作用距离内，具有均匀且几乎恒定的反射水平。

图14中的背景剖面与用于演示的人工理想状态合成，不过采用其他反射系数可以生成可信的背景信号。

该结构是通用、快速和复杂的调制器实现示例。它包括几个并行FCP卷积，具有较高的速度和较低的延迟，以分布式配置连接，复杂度较低。该结构包括用于背景剖面的参数发生器，可以在所有距离剖面上得出一段时间内外观的高电平特征(平均电平，平滑度，分布，采样率)。背景合成通常需要大量的反射系数，不过参数发生器可以极大降低配置数据的需求。

该结构中的最后一个特征是一个双口存储电路，分别用于高速卷积电路和调制系数生成过程。分离电路能够以低于卷积处理速率的采样率更新调制系统。在某些情况下，降低更新率会带来明显的改善。如图15和图16所示，这是扩展调制器的原理图，它通过多个FCP卷积和一个参数发生器进行背景合成。

因为单独合成目标和背景，采用了多重卷积电路，复杂度增加了很多。如图16所示，应增加距离剖面调度器，快速傅里叶变换器和合成器。

如图17所示，采用参数背景发生器可以合成模拟高分辨的距离剖面。生成的背景有不同的平均反射水平和平滑度，一部分小区域有强反射目标。在距离剖面的中间，可以看到典型的阴影——低反射区域。图17论证了参数发生器的可能性和多功能性。

为了说明如何采用参数背景发生器合成可信的地形，合成孔径雷达(SAR)图像的顶部绘有高分辨的距离剖面图。为了合成整个SAR景象，背景发生器必须定期提供新的参数。

本文提出的数字射频存储调制器结构的输入参数是指，持续时间较短的雷达波形(因此作用距离也较短)和持续较长时间的覆盖区域。情况并非总是如此，雷达波形的作用距离有时和覆盖区域差不多长，有时甚至比覆盖区域还长。

为了应对这种情况，必须进一步研发调制器结构。本文提出的结构，仅覆盖区域被分成不同的卷积，将来雷达波形和覆盖区域也许都可能被分成不同的卷积。

单FCP卷积结构是最简单的调制器，可以进行较大的傅里叶变换/逆傅里叶变换，覆盖区域也比较大。另一方面，较大的傅里叶变换/逆傅里叶变换的处理速度非常慢，会引起较大的输入延迟。通常，处理时间的实际需求会限制假雷达区域的可用范围。

当采用不同的处理工具处理目标和背景时，单独合成目标和背景的FCP卷积结构比较实用。单独处理目标和背景会带来更高的复杂度，但不会引起更大的输入延迟。其他所有的优缺点都是从单FCP卷积结构继承来的。

用于背景剖面的带参数发生器的分布式FCP卷积结构是一种复杂的调制器，但它可以很好地处理不同的雷达系统和场景。该结构是唯一的，因为它只通过背景参数描述生成可信的背景剖面。

本文提出的所有结构都适用于数字射频存储调制器，但它们取决于实际雷达系统和期望的作用距离。用于背景剖面的带参数发生器的分布式FCP卷积结构，是针对不同作战行动的最普通的结构，也是最复杂的结构。

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）