米波段DBF体制雷达数字接收机的实现

文章摘要： 引言 米波雷达作用距离远、成本低，并且具有较好的反隐身和抗反辐射导弹的能力，是对空情报雷达重点发展的方向之一[1]。采用DBF体制的雷达，引入空间信号处理技术，易于实现低副瓣波束和自适应零点，能够改善传统体制米波雷达在测量方位精度、抗干扰能力等方面固有的缺点；它能实现同时多波束提高数据率，并且波束控制灵活方便，具有很强电子战能力。在米波段DBF体制雷达中采用数字接收机，可以直接射频采样实现软件雷达，大幅度减少接收前端的设备量，并具有模拟接收机不可比拟的稳定性。本文提出一种基于CPCI总线的数字接收机，它由多块单板完成10通道数字接收的板卡－TDRB0、用于实时存储数字接收后数据的SCSI

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 引言
   米波雷达作用距离远、成本低，并且具有较好的反隐身和抗反辐射导弹的能力，是对空情报雷达重点发展的方向之一[1]。采用DBF体制的雷达，引入空间信号处理技术，易于实现低副瓣波束和自适应零点，能够改善传统体制米波雷达在测量方位精度、抗干扰能力等方面固有的缺点；它能实现同时多波束提高数据率，并且波束控制灵活方便，具有很强电子战能力。
在米波段DBF体制雷达中采用数字接收机，可以直接射频采样实现软件雷达，大幅度减少接收前端的设备量，并具有模拟接收机不可比拟的稳定性。本文提出一种基于CPCI总线的数字接收机，它由多块单板完成10通道数字接收的板卡－TDRB0、用于实时存储数字接收后数据的SCSI磁盘阵列、提供各种时序的内定时控制板和连接它们的二次底板组成，并由上位机软件加载多块板卡的程序，并保证多个数字接收通道之间采样的数据保持同步。
1 系统及其要求
    由于米波段无线电波的频率较高，这就要求数字接收机的模拟信号输入频带较宽，能够达到300Mhz左右的带宽，使之能够直接射频采样雷达回波；由于空情雷达十分重视对远距离小目标的检测，这就要求数字接收机要具有很高的动态范围，提高微弱目标回波信号的信噪比；对于DBF体制雷达，就要求数字接收机不仅具有多通道同时同步工作的能力，还要求每个数字接收通道具有较强的相似性，并具有幅相校正能力；可达几十路甚至上百路的通道数目，也对系统集成度提出了较高要求，同时通用化、模块化的设计也有利于系统的可扩展性、可靠性和可维护性。
数字接收机在整个雷达系统中所处的位置如下图所示。频综提供给数字接收机采样时钟，接收前端把天线接收下来的信号经过多级滤波放大后送给数字接收机。数字接收机再把经过ADC和数字下变频、脉压之后的数据传给信号处理机。
 
 
2 数字接收机的设计和实现
 2.1  单块数字接收板硬件的设计
   数字接收机的主要功能模块为单板完成10通道数字接收的板卡－TDRB0。TDRB0是基于CPCI总线的标准6U板卡，其单板总体框图如图2所示。
 为了直接射频采样米波段电波并适应错综复杂的电磁环境，数字接收机需要很高的工作带宽和大的动态范围。这就要求，输入给ADC信号的带宽很宽，以及在很宽的带宽内还具有很低的噪声电平，因此对ADC模块电路的设计要非常小心。TDRB0采用了AD6645作为模数转换器件。AD6645采样率范围在30～105Mhz，量化位数14bit，输入信号带宽270Mhz，单片集成了采保电路和电压参考电路，为设计提供了方便。

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     在整个雷达系统联调之前，由一块内定时板给数字接收机提供调试时需要的定时时序。当整机联调时，整个雷达系统的其他分系统－波形产生、接收前端等也需要定时时序（如图1所示），此时对整个雷达系统提供定时时序的为一块功能更为强大、接口更加丰富的外定时板。为了使两套定时时序不互相冲突，在二次底板上使用一组Mux，根据上位机命令选通内、外定时，从而决定整个系统的定时时序是由内定时板产生还是外定时板产生（图3）。
2.3  数字接收机软件的实现
    TDRB0的DSP不仅要完成对三块DDC的配置，10个通道ISL5216后数据的缓存、重排，还要完成雷达信号处理中的脉压运算，并把脉压后数据通过LINK口传给信号处理机。由于数字接收机同雷达系统的定时时序紧密相关，因此DSP的软件架构采用中断驱动而不是数据流驱动的方式，如图4。经过优化，用DSP完成一个通道的脉压处理（1024点频域脉压加512点频域脉压）一共需要750μs，对于米波段雷达，其PRI通常为几个ms左右，那么在一个PRI时间内，有足够的时间完成10个通道的脉压处理。
 
     DBF体制雷达中，通道间幅相不一致会导致天线方向图的旁瓣会升高[2]，信噪比降低，严重影响空域滤波效果。当已经知道通道间幅度和相位误差后，对回波数据乘以校正因子即实现多通道的幅相校正。由于雷达通道数较多，直接在ISL5216中设置校正因子进行幅相校正，与在信号处理机中利用DSP进行多通道的幅相校正相比，可以大幅度减小运算负荷。因此在通道校正中断中，每块TDRB0需要从信号处理机获得校正因子，具体如图4所示。

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