高集成度多波段外辐射源雷达接收机的设计与实验

总结了本次实验利用的第三方照射源的特征。

1.2 系统的硬件实现

针对表1所述CDR、CMMB和DTMB第三方照射源的频率、信号带宽和发射功率的特点，设计并完成了本系统的硬件部分。该系统由天线、系统板和上位机软件组成。其中系统板包括AD9361、FPGA和USB 3.0芯片EZUSB3014。系统的参考时钟由外部稳定的时钟源提供。AD9361有两个接收通道，接收通道直接通过电缆与天线连接，每个通道搭载两个高动态范围ADC，先将收到的I信号和Q信号进行数字化处理，通过数字下变频后以相应的采样率生成12位输出信号。基带数据由FPGA进行缓冲并送往USB 3.0芯片，最后通过USB线缆送往上位机接口，供上位机采集和后续处理。该系统具有很高的集成度，AD9361内部集成RF前端与灵活的混合信号基带部分为一体，集成频率合成器，为处理器提供数字配置接口，支持可编程和灵活配置。该系统的工作频率范围为70 MHz～6.0 GHz，支持的通道带宽范围小于200 kHz～56 MHz。系统最大的实时传输速率可达到380 MB/s。在实际试验中，可以将多个AD9361组成一个多波段系统，以实现多个照射源的目标探测应用。2 实验场景

本次实验利用本系统的双通道接收结构，接收站位于武汉大学电子信息学院实验教学中心楼顶，发射站位于武汉龟山电视塔（CDR信号中心频率为102.6 MHz，带宽为400 kHz；DTMB信号中心频率为8 MHz，带宽为8 MHz）。系统包括用于接收参考信号的参考天线和用于接收目标回波信号的监测天线两个部分。其中，CDR波段天线为6单元高增益、高方向性的八木天线，CMMB和DTMB信号均属于UHF频段，因此参考和监测天线均由高增益、高方向性的12单元八木天线组成。为了测试系统的性能，分别采集了各个波段的照射源信号并验证了实测数据的有效性。系统利用CMMB和DTMB波段照射源完成了合作目标的探测实验。监测天线和参考天线分别指向合作目标的飞行区域和龟山广播电视发射站的位置。合作目标沿监测天线的延长线方向以最大速度远离或靠近接收站。

3 实验结果

3.1 FM波段实验结果

图1展示了武汉地区FM频段CDR信号实测数据的频谱结构。此调频信号为模数混播结构，频谱中间代表模拟部分，带宽150 kHz，旁边两个数字边带各50 kHz。为了验证该系统接收到的CDR信号的正确性，从频谱中提取出了数字边带，并对其进行解调，参考通道数字边带解调后的系统信息映射如图2所示。从图2中可以看出，星座映射为4QAM，且各点比较聚焦，显示出了良好的解调效果。同时证明了该接收系统能正确接收CDR波段信号。

3.2 CMMB波段实验结果

参考外辐射源雷达的信号处理流程，来自参考天线的CMMB信号与监测信号进行杂波对消、0距离元抑制和匹配相关处理，得到的实测数据信号处理结果如图3，图4所示，分别展示了CMMB波段的矩形频谱和互相关检测器连续检测后输出的距离多普勒谱，从图中可以看出疑似目标点迹连续。目标所在的负多普勒单元表明目标正远离接收站。

3.3 DTMB波段实验结果

利用DTMB波段实施目标探测实验的信号处理流程与CMMB的处理流程一致。图5显示了DTMB波段矩形频谱，根据目标检测理论对该目标进行了连续的检测，得到如图6所示的点迹图，由图6可以明显地看出目标的点迹连续，因此确定该疑似目标为合作目标。目标所在的正多普勒单元表明目标正匀速地靠近接收站。

4 结 语

本文设计并成功实现了高集成度、小型化的外辐射源雷达多波段软件无线电系统。经过现场测试验证，该系统能够正确采集各个波段的射频信号以及实现数据有效地传输和存储。此外，该系统利用CMMB和DTMB信号实施的目标探测结果进一步验证了系统的有效性和良好的目标探测性能。与传统的外辐射源雷达接收机相比，该系统集成度更高，成本更低。依靠多波段和便携的优势，该系统能够在外场实验的前期起到推进实验顺利进行的先导作用。该系统的成功实现也为研究者探索新的雷达接收机解决方案提供了指导方向。

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