一種基于多相濾波的寬帶數字信道化改進算法?

盧楠，田松，王洪迅，王星（.空軍工程大學工程學院，西安70038；2.解放軍9434部隊，鄭州450000）

一種基于多相濾波的寬帶數字信道化改進算法?

盧楠1，2，田松1，王洪迅1，王星1
（1.空軍工程大學工程學院，西安710038；2.解放軍94314部隊，鄭州450000）

對基于多相濾波技術的實信號結構模型及其優缺點進行了分析，針對存在盲區的問題，采用降低抽取率的方法對原多相濾波算法進行了改進，建立了無盲區信道化接收機模型。分別對兩種結構模型進行了仿真實驗，實驗結果驗證了改進算法及其模型的可行性和有效性。利用該改進算法可實現對信號的全概率截獲。

電子對抗；信道化接收機；多相濾波器組；盲區；全概率

1 引言

在現代航空電子對抗環境中，雷達信號環境異常復雜，這就對電子戰接收機提出了更高的要求：寬頻帶輸入，高分辨率，大動態范圍，并能處理多個同時到達信號。適應這一要求的寬帶數字信道化接收機已成為當前國內外研究的重點和熱點。其基本原理是輸入信號經過接收機前端的分離后被下變頻到中頻，然后由信道化接收機完成信道劃分，轉變為適當的并行信道頻帶，并被輸入到后續數字處理單元。因其具有較高的截獲概率被廣泛用于電子戰系統［1-2］。

傳統的信道化接收機計算量大，而多相濾波信道化接收機則提供了一種實時和高效的處理算法［1］，但由于可實現的濾波器都是非理想的，信道間不可避免地會存在信道化盲區。針對多相濾波接收機算法存在“盲區”的缺陷，文中提出了一種改進的結構模型，不但對濾波器的要求有所放寬，而且算法也比較高效，仿真實驗結果證明了這種無盲區信道化高效結構的可行性和有效性。

2 實信號信道化接收機數學模型

2.1 多相濾波信道化接收機模型

由于實際輸入信號都是實信號，根據文獻［3-4］給出的實信號多相濾波信道化接收機模型如圖1所示。圖中x（n）是輸入信號，hk（n）（k=0，1，…，2D-1）為第k個濾波器的沖激響應，yk（n）（k=0，1，…，D-1）為輸出信號，D為信道數。這種結構不僅將D倍抽取置于濾波器之前，而且每個通道的抽取濾波器不再是原先的原型低通濾波器，而是該濾波器的多相分量，其運算量降至原來的1／D，極大地提高了該信道化接收機的實時處理能力。DFT（離散傅里葉變換）可采用高效算法FFT（快速傅里葉變換）來實現，從而簡化了實現結構，又加快了運算速度。因此，這種簡化的高效結構在實際應用中具有十分重要的意義，將對多信號截獲處理提供有利的實現工具，從而得到了廣泛的應用。

2.2 多相濾波信道化存在的缺點

圖1所示的實信號信道化結構模型建立的前提是信道劃分的頻帶是不重疊的，如圖2所示，從圖中可以看出各信道之間存在“盲區”，當信號落在“盲區”內時，無法被檢測到，造成信號丟失。為解決上述矛盾，一是可以采用拓寬濾波器的方法［6］，但這樣會使各信道之間產生混疊，從而增大了虛警概率；二是可以對這些“盲區”設置濾波器，以防止信號丟失，但這樣又會增大計算量，耗費資源。本文采用將處理帶寬設定為通帶帶寬2倍的濾波器來解決“盲區”問題。

2.3 多相濾波信道化接收機改進模型的推導

文獻［2］指出，如果在降低抽取率后再拓寬濾波器就可以避免信道間產生頻帶。降低抽取率后圖1模型的推導算法將不再適用，信道分配方式不變，改進后的多相濾波信道化接收機的推導過程如下。

根據上述推導過程可得改進后的實信號多相濾波信道化接收機結構模型如圖3所示。

3 實驗仿真與結果分析

設輸入信號由3部分組成：載頻160 MHz、帶寬24 MHz、時寬6μs、調頻斜率為4 MHz／μs的線性信號，頻率為300 MHz的單頻信號和噪聲信號。信噪比為10 dB，采樣頻率為800 MHz，樣本點數為4 096，濾波器階數256，信道數16個，抽取倍數D=16，由于無模糊帶寬為400 MHz，因此每個子信道帶寬50 MHz。多相濾波器的原型低通濾波器利用MATLAB中的remez函數確定［5］。需要特別指出的是，16個輸出信道中只有8個信道是相互獨立的。

信道劃分之后，每路子信道的處理帶寬為50 MHz，理論上線性調頻信號位于信道4中，單頻信號位于信道6和信道7的交界處。多相濾波組和信號頻譜如圖4所示，信號經過圖1所示的結構模型處理后各信道的輸出如圖5所示。

由圖5各信道輸出頻譜可以判斷出線性調頻信號的確位于第4信道中，但是無法判斷出單頻信號位于哪個信道。采用圖3所示的無盲區多相濾波信道化結構對輸入信號進行處理，第6信道和第7信道的輸出頻譜如圖6所示。

從圖6可以看出，采用無盲區信道化高效結構單頻信號在第6和第7信道均可被檢測到，只是有頻率重疊，對每個信道的重疊頻段處理后將相互獨立的8個信道拼接可得到如圖7所示的結果。結果表明，這種結構的接收機能夠有效地檢測出各個信號，使盲區不再存在。

4 結束語

針對多相濾波寬帶數字信道化接收機存在的盲區問題，本文以降低多相濾波器的抽取率為基礎，對原算法進行了改進，并建立了改進后的模型，仿真實驗的結果驗證了這種改進算法及其模型的正確性及可行性。這些研究對信息戰條件下提高電子偵察能力具有重要的指導意義。但是，如何將先進的理論技術應用于工程實踐還有許多工作要做。

［1］Tsui J.寬帶數字接收機［M］.楊小牛，陸安南，金飚，譯.北京：電子工業出版社，2002. Tsui J.Digital Techniques for Wideband Receivers［M］.Translated by YANG Xiao-niu，LU An-nan，JIN Biao.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2002.（in Chinese）

［2］楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電技術與應用［M］.北京：北京理工大學出版社，2010. YANG Xiao-niu，LOU Cai-yi，XU jian-liang.Software Radio Technology and Application［M］.Beijing：Beijing Institute of Technology Press，2010.（in Chinese）

［3］郜麗鵬，王巍.基于實信號處理的寬帶數字接收機及FPGA實現［J］.信息技術，2010，8（3）：80-83. GAO Li-peng，WANG Wei.Wide band channelization receiver based on processing real signal and its implementation through FPGA［J］.Information Technology，2010，8（3）：80-83.（in Chinese）

［4］付永慶，李裕.基于多相濾波器的信道化接收機及其應用研究［J］.信號處理，2004，20（5）：517-520. FU Yong-qing，LI Yu.The realization of channelized receivers based on polyphase filters［J］.Signal Processing，2004，20（5）：517-520.（in Chinese）

［5］陳亞勇.MATLAB信號處理詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2001：104-115. CHEN Ya-yong.MATLAB Signal Processing Detailed Annotation［M］.Beijing：People′s Posts and Telecommunications Press，2001：104-115.（in Chinese）

［6］杜喬，賀知明.一種無盲區數字信道化接收機高效結構方案研究［J］.現代電子技術，2010，324（13）：63-65. DU Qiao，HE Zhi-ming.Structer of Digital Channelized Receicer without Dead Zone［J］.Modern Electronic Technology，2010，324（13）：63-65.（in Chinese）

LU Nan was born in Nanyang，Henan Province，in 1985.He received the M.S.degree in 2011.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

Email：lunan2000＠yeah.net

田松（1976—），男，四川綿陽人，副教授，主要研究方向為電子對抗理論與技術；

TIAN Song was born in Mianyang，Sichuan Province，in 1976. He is now an associate professor.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

王洪迅（1977—），男，河北吳橋人，講師，主要研究方向為電子對抗理論與技術；

WANG Hong-xun was born in Wuqiao，Hebei Province，in 1977.He is now a lecturer.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

王星（1965—），男，遼寧大連人，教授，主要研究方向為電子對抗理論與技術。

WANG Xing was born in Dalian，Liaoning Province，in 1965. He is now a professor.His research concerns theory and technology of electronic countermeasure.

An Ameliorated Algorithm of Broad-band Digital Channelized Receiver Based on Polyphase Filter Banks

LU Nan1，2，TIAN Song1，WANG Hong-xun1，WANG Xing1
（1.Engineering Institute，Air Force Engineering University，Xi′an 710038，China；2.Unit94314 of PLA，Zhengzhou 450000，China）

The real signal model based on polyphase filter banks and its advantages and disadvantages are discussed.First，for the problem ofblind-zone and through reducing the multiple ofdecination，the algorithm is improved.Then，a mathematical model of no-blind-zone channelized receiver is derived.The two models are simulated respectively and the results show that both the improved algorithm and the ameliorated model are valid and practical.Adopting this improved algorithm can realize total probability interception and capturing of signals.

electronic countermeasure；channelized receiver；polyphase filter bank；blind-zone；total probability

The National High-tech R＆D Program（863 Program）of China（2006AA701403）

TN957

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.013

盧楠（1985—），男，河南南陽人，2011年獲信號與信息處理專業碩士學位，主要研究方向為電子對抗理論與技術；

1001-893X（2012）02-0186-04

2011-09-29；

2011-11-07

國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2006AA701403）