关于一种小型、高效反辐射导引头接收方案的设计.doc
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1、关于一种小型、高效反辐射导引头接收方案的设计0 引言雷达导引头是反辐射导弹(ARM)的关键部件,被誉为ARM的“眼睛”,主要功能是完成对辐射源的分选、截获和跟踪,其技术性能将直接影响反辐射导弹的作战性能1。随着雷达技术的提高,超宽频带导引头进一步扩大频率覆盖范围,使反辐射导弹几乎能覆盖所有频段的各种辐射源2。传统导引头在分选识别多频带辐射源时,一般流程是AD采样处理后直接传送超宽带频谱至数字信号处理部分,再对宽带数据进行抽取和滤波。随着导引头频率覆盖范围的进一步扩大,传统处理流程不仅会造成效费比总体偏低3,而且传统并行LVDS传输接口存在大量数据连线复杂4等难题,难以迎合现代反辐射导引头宽频带
2、、小型化的发展趋势。为了提高导引头总体效费比,简化其物理互联以趋向小型化,提出了一种基于DDC模块和JESD204B接口的导引头接收电路设计方案。一方面,通过ADC内置的DDC模块对数字化后的宽带数据进行筛选、抽取和滤波之后再传送给信号处理部分,提高了导引头对多种频带雷达信号的处理效费比;另一方面,采用JESD204B高速串行接口作为数字信号传输接口,在保证单通道数据传输速度的同时,极大地简化了数据连线复杂度,为系统小型化设计奠定了基础。1 方案设计典型被动雷达导引头由天线、接收机、信号分选与选择系统、指令控制放大器等组成5。图1是16通道导引头接收系统框图。超宽频带接收天线接收超宽频带雷达辐
3、射信号,传输至射频信号调理电路,射频信号调理电路的作用是防止接收辐射信号中噪声、杂波影响模数转换器的转换精度。模数转换器将输入模拟信号进行采样转换成数字信号,再由模数转换器所带的DDC模块进行抽取和滤波,最后通过JESD204B高速接口送给数字信号处理电路,通常是带JESD204B接口的高性能FPGA。该系统的导引头接收电路由16通道的射频信号调理电路,8片带DDC模块和JESD204B接口的双通道模数转换器以及8片带JESD204B接口的FPGA组成。1.1 高速模数转换芯片ADC32RF45设计的反辐射导引头接收电路选择采用美国TI公司的双通道、14位3.0GSPS模数转换芯片ADC32R
4、F45,支持输入频率高达4 GHz及以上的射频(RF)采样,并且模拟单通道能够同时处理并输出带宽为75 MHz600 MHz范围内的双基带信号。如图2所示,其内部集成了模拟信号缓冲模块、高速14位ADC、自动增益控制模块、数字下变频模块和JESD204B接口模块。1.2 片上数字下变频器片上数字下变频器由混频器、数控振荡器和抽取滤波器3部分组成,其结构框图如图3所示,主要功能是从采样转换输出的高速宽带信号中提取到基带信号,同时对基带信号进行抽取和滤波,降低信号速率,以满足后续模块的实时处理6。本文中所采用ADC的每条模拟通道后面都有一组数字下变频器,可以在单通道模拟载波输入中实现双基带信号提取
5、与处理。1.3 JESD204B接口ADC32RF45的数字输出接口为JESD204B子类1接口,模拟单通道最高同时支持四路链路,每一条传输链路带宽最高为12.5 Gbps。ADC32RF45芯片中的JESD204B接口的单模拟通道输出链路数取决于前端采样率和总抽取阶数的配置,可以被配置为1线、2线和4线模式。2 系统设计与应用本文中反辐射导引头系统以TI公司模数转换芯片ADC32RF45作为导引头接收电路核心,采用赛灵思K7系列FPGA作为后端数字信号处理单元,通过软件仿真和实验测试验证了基于数字下变频处理和JESD204B接口的模拟单通道接收方案的可行性与优点。2.1 宽带接收电路设计为了
6、初步验证方案的可行性,设计了基于ADC32RF45接收电路,具体实现方式为将ADC32RF45开发模块与单片FPGA开发套件通过专用连接插件相连。该接收电路采用FPGA作为数字信号处理中心,利用其内部高速收发器GTX实现了JESD204B接口,使得FPGA完成了对模拟前端ADC32RF45单路输出数据的接收。2.2 数字下变频器应用分析在高速采集系统中,高采样率和输入带宽的ADC为后端数字信号处理单元提供了较宽的可见频谱7。在以往的数字下变频结构设计中,很少在考虑多级滤波器设计的同时,引入多带宽设计的思路来扩展数字下变频器的适用范围8。针对反辐射导引头工作特点,需要实时检测多个窄带数据以实现对
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