信號采集脈沖壓縮處理仿真與應用研究

摘 要： 通過向信號源裝入波形可以進一步擴展信號源的功能，使其能夠實現任意波形的輸出。首先將線性調頻信號裝入信號源，并通過計算機內部的采集卡所采集數據繪制出了實測的波形；然后系統分析了數字下變頻及脈沖壓縮處理仿真原理；最后，重點對信號源調制到射頻的線性調頻信號經過收發組件下變頻輸出的中頻信號，以及信號源直接輸出的該線性調頻信號的波形分別進行脈沖壓縮處理仿真。實驗表明，在沒有信號產生板和脈沖壓縮處理板的條件下，能夠用該方法來驗證收發組件的性能。

關鍵詞： 矢量信號源； 收發組件； 脈沖壓縮； Matlab仿真

中圖分類號： TN958.3?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）19?0052?03

0 引 言

隨著電子與信息技術的飛速發展，信號源輸出的波形的模式越來越多，同時，在信號源中裝入軟件就可以進一步擴展信號源的功能，這樣就能使信號源更加靈活地產生所需的發射波形，從而使信號源的功能獲得很好的擴展。通過對信號源產生的信號使用采集卡完成采集和處理，能夠對接收通道的雷達回波信號的性能進行進一步分析。

1 系統原理分析

本次實驗中，線性調頻信號由裝入信號源安捷倫E8267C提供，其調頻斜率如式（1）所示[1]：

[μ=Δωτ=2πΔfτ] （1）

式中：[Δf]=5 MHz，為線性調頻信號帶寬；[τ]=40.25 μs，為脈沖寬度，該信號的中心頻率為30 MHz。其角度變化規律如式（2）所示：

[ω=ω0+μt， t≤τ2] （2）

式中：[ω0]為信號的中心角頻率。所以，該線性調頻信號的表達式如式（3）所示[2]：

[Si（t）=Arecttτcos（ω0t+12μt2）] （3）

式中：[A]為信號的幅度；[rect（t/τ）]為矩形函數，當[-τ2≤][t≤τ2]時，矩形函數值為1，[t]為其他值時為0。由實測數據繪制出的線性調頻信號在功率為-70 dBm下的波形如圖1所示[3]。

通過計算機內部的PCI9820采集卡完成該線性調頻信號的采集，其采樣頻率為120 MHz。最后將采集到的信號進行脈沖壓縮處理仿真。其系統原理框圖如圖2所示。

在圖2中，信號源和采集卡的觸發由外部提供的同一個脈沖信號完成。PCI9820采集卡有兩個采集通道，本次實驗中使用通道0進行采集。

在脈沖壓縮處理仿真中，首先將采集到的數據讀入，然后分別對I、Q兩路信號進行數字下變頻、低通濾波和脈沖壓縮處理。在本次實驗中采用時域脈壓進行處理[4]，設輸入信號為[x（n），]匹配濾波器為[h（n），]那么輸出信號[y（n）]的表達式如式（4）所示[5]：

[y（n）=x（n）?h（n）=k=0N-1x（k）h（n-k）] （4）

考慮到對時域脈沖壓縮處理后輸出信號旁瓣的抑制，必須進行加窗處理，同時，相比較而言hamming窗旁瓣抑制效果較好，實現較為容易[6]，因此，在本次實驗中選用hamming窗函數[W（f）]來完成，其表達式如式（5）所示[7]：

[W（f）=0.54+0.46cos2πfB， f≤B2] （5）

由以上的分析可知，經過采集卡采集得到的信號分I、Q兩路信號進行數字下變頻、低通濾波、脈沖壓縮處理和旁瓣抑制，其原理圖如圖3所示[8]。

在圖3中，將采集到的數字中頻信號所存儲的數據文件讀入到脈沖壓縮處理軟件中，設讀入的中頻信號為[X，]所以，I、Q兩路信號解調后的信號[XI]和[XQ]如式（6）～式（7）：

[XI=cos（n?f0fs?2π）?XT] （6）

[XQ=sin（n?f0fs?2π）?XT] （7）

式中：[n]為采樣點數；[f0]為信號的中心頻率；[fs]為采樣頻率；[XT]為[X]的轉置信號。因此，在不考慮經過FIR低通濾波器后的延遲影響，時域脈壓的輸入信號[Xout]為：[Xout=XI+jXQ] （8）

再將式（8）代入式（4），同時給匹配濾波器考慮適當的窗函數，就可以得到脈壓后的輸出信號。

2 信號采集脈壓處理仿真在收發組件測試中的

應用

通過對以上信號采集脈壓處理系統原理分析，就可以將其應用于收發組件性能測試中，具體實現如圖4所示。

在圖4中，將信號源E8267C提供的和模擬射頻信號相同脈沖寬度模擬中頻信號[9]，通過PCI9820采集卡完成中頻模擬信號的采集，最后在Matlab軟件中將數據讀入，并完成中頻數字下變頻及脈沖壓縮處理仿真。

同時，信號源提供的模擬射頻信號工作在X波段，經過收發組件下變頻成30 MHz的中頻信號，再通過計算機內的PCI9820采集卡完成中頻模擬信號的采集，最后采用相同的方法在Matlab軟件中完成數字下變頻及脈沖壓縮處理仿真。

通過以上的分析，為收發組件測試提供了一種新方法，將信號源提供的標準模擬中頻信號以及標準模擬射頻信號通過收發組件下變頻輸出的模擬中頻信號，采用相同的中頻數字下變頻和脈沖壓縮處理方法進行處理。從而通過處理結果的對比來進一步對收發組件的性能進行改善。

下面分別對模擬中頻信號和模擬射頻信號通過收發組件下變頻輸出的模擬中頻信號的采集數據通過Matlab仿真完成數字下變頻及脈沖壓縮處理[10]。參數設計如下：

模擬射頻：X波段；模擬中頻：[f0]=30 MHz；采樣頻率：[fs]=120 MHz；信號帶寬：B=5 MHz；脈沖寬度：[τ=]40.25 μs；信號功率：[W=]-70 dBm；窗函數：hamming窗。模擬射頻信號通過收發組件采樣后進行脈沖壓縮處理回波如圖5所示；模擬中頻信號采樣后進行脈沖壓縮處理回波如圖6所示。

從圖5和圖6的回波脈沖壓縮處理結果可以看出，模擬射頻信號通過收發組件輸出后與信號源產生標準的中頻信號相比，信噪比和旁瓣抑制比都有了一定的損失。通過計算得出收發組件輸出回波信號的信噪比為19.10 dB，旁瓣抑制比為38.02 dB。信號源輸出的回波信號的信噪比為31.44 dB，旁瓣抑制比為34.08 dB。由以上分析可知，與信號源輸出的標準信號相比，能夠用該方法來驗證收發組件的性能，為檢驗收發組件提供了一種新的方法。

3 結 語

本文首先通過將Matlab產生的脈沖寬度為40.25 μs的線性調頻信號的波形文件裝入信號源E8267C；然后再用PCI9820采集卡對該線性調頻信號進行采集；最后，分別通過Matlab完成模擬射頻信號通過收發組件輸出后回波信號和信號源產生的模擬中頻回波信號的脈沖壓縮處理仿真。實驗表明，在沒有信號產生板和脈沖壓縮處理板的條件下，能夠用該方法來驗證收發組件的性能。

參考文獻

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