基于ADRV9009的小型化DRFM系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：DRFM作為一種相干干擾技術(shù)，具有干擾功率利用率高、干擾反應(yīng)快等特點(diǎn)，是干擾現(xiàn)代相干體制雷達(dá)的重要工作工作方式。針對雷達(dá)對抗裝備小型化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢，本文提出一種基于ADRV9009 SoC芯片的小型化DRFM系統(tǒng)設(shè)計方案。相比傳統(tǒng)DRFM系統(tǒng)設(shè)計方案，本方案明顯減少了設(shè)備樹立并提高了系統(tǒng)可靠性。經(jīng)過測試驗證，該方案具有重要的工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：DRFM;小型化;密集假目標(biāo)。

引言

現(xiàn)代雷達(dá)廣泛應(yīng)用多波形設(shè)計、重頻參差、調(diào)頻、相控陣波束掃描以及靈活的信號處理與數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，雷達(dá)越來越復(fù)雜，綜合抗干擾能力不斷提高。DRFM干擾技術(shù)是對雷達(dá)信號進(jìn)行數(shù)字存儲，經(jīng)過干擾調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)出去，其干擾信號保留了相參性，是實施相參干擾的關(guān)鍵技術(shù)之一，在雷達(dá)對抗設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，適用于無人機(jī)平臺的小型化、網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)對抗設(shè)備是雷達(dá)對抗技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。本文以ADI公司的ADRV9009 SoC芯片為核心，設(shè)計了一款具備DRFM功能的小型化雷達(dá)干擾系統(tǒng)，并對原理樣機(jī)進(jìn)行了指標(biāo)測試，驗證了系統(tǒng)的功能、性能。

1、干擾信號模型

基于DRFM技術(shù)產(chǎn)生的假目標(biāo)干擾信號，數(shù)學(xué)模型如下：

其中U（t）為幅度調(diào)制，τ為時延參數(shù)，fd為多普勒調(diào)制參數(shù)。

將雷達(dá)信號樣本和噪聲卷積，利用噪聲卷積調(diào)制可以產(chǎn)生相干靈巧噪聲干擾，數(shù)學(xué)模型如下：

其中，U（t）為幅度調(diào)制，τ為時延參數(shù)，Jm（t）為噪聲信號，S（t）為樣本信號。

2、小型化DRFM系統(tǒng)設(shè)計

DRFM系統(tǒng)組成一般包括偵察天線、接收變頻通道、數(shù)字接收模塊、信號處理模塊、波形產(chǎn)生模塊、發(fā)射變頻通道、干擾天線等，硬件組成如下圖所示。

偵察天線與接收變頻通道完成空間射頻信號的接收、濾波、放大、變頻等處理，將1路中頻信號送至數(shù)字接收模塊;數(shù)字接收模塊完成數(shù)字采集、DDC及濾波處理，將基帶信號送信號處理模塊;信號處理模塊進(jìn)行參數(shù)測量、信號分選、重頻跟蹤、干擾信號產(chǎn)生等處理，并將基帶干擾信號送波形產(chǎn)生模塊;波形產(chǎn)生模塊對基帶干擾信號進(jìn)行DAC處理產(chǎn)生中頻干擾信號送發(fā)射變頻通道;發(fā)射變頻通道將中頻干擾信號進(jìn)行上變頻、濾波、放大形成射頻干擾信號，并通過發(fā)射天線發(fā)射出去。傳統(tǒng)的DRFM系統(tǒng)，接收/發(fā)射變頻模塊、數(shù)字采集/波形產(chǎn)生模塊、信號處理模塊一般單獨(dú)設(shè)計，硬件模塊多，很難實現(xiàn)設(shè)備的進(jìn)一步小型化。

ADRV9009是一款高集成度射頻（RF）、捷變收發(fā)器，提供雙通道接收器和發(fā)射器、集成頻率合成器以及數(shù)字信號處理功能。接收路徑由兩個獨(dú)立的寬動態(tài)、直接變頻接收器組成，具有一定的動態(tài)范圍。芯片內(nèi)部還集成多種輔助功能，比如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、用于功率放大器的通用輸入/輸出（GPIO）以及RF前端控制。其主要參數(shù)如下：

適應(yīng)信號頻率：75MHz～6GHz;

最大接收帶寬：200MHz;

最大發(fā)射帶寬：450MHz;

全集成的時鐘合成器;

JESD204B數(shù)據(jù)路徑接口;

簡要來講，ADRV9009芯片內(nèi)部集成了接收/發(fā)射變頻、AGC控制、ADC、DAC等功能模塊，通過一片ADRV9009就可以完成75MHz～6GHz射頻信號的數(shù)字采集，輸出基帶信號波形給信號處理;以及接收基帶干擾信號，產(chǎn)生射頻干擾信號。通過將ADRV9009芯片與信號處理電路、設(shè)備監(jiān)控電路進(jìn)行集成設(shè)計，可以在一塊數(shù)字處理板卡上實現(xiàn)傳統(tǒng)的DRFM功能。

3、硬件設(shè)計與驗證

根據(jù)該方案，采用Xilinx公司的XCZU11EG-2FFVF1761I SoC芯片、ADI公司的ADRV9009、JetsonTX2GPU作為核心處理器設(shè)計了一塊高集成數(shù)字處理板，實現(xiàn)DRFM系統(tǒng)信號采集、參數(shù)測量、干擾產(chǎn)生、射頻發(fā)射等功能。

該數(shù)字處理板采用模塊化的設(shè)計方式，將主要的一些擴(kuò)展功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊化，比如GPU、NVMe、FMC+等。其余的各個功能接口，采用專用芯片實現(xiàn)，引出系統(tǒng)所需要的各項必要功能接口。

板卡中采用了PS側(cè)外接DDR4內(nèi)存，采用QSPI的啟動方式，同時提供了32GB的eMMC存儲空間，滿足基本的系統(tǒng)、配置數(shù)據(jù)等存儲需要。同時通過USB3320引出USB2.0接口，通過88E1512芯片實現(xiàn)千兆以太網(wǎng)的引出，滿足通訊與控制接口的需要。PS側(cè)的高速GTR接口，設(shè)計為X4的PCIE2.0，用于與GPU進(jìn)行互聯(lián)，實現(xiàn)與GPU的數(shù)據(jù)互發(fā)。PL側(cè)主要是通過IO端口實現(xiàn)各個專用接口，通過MAX3491實現(xiàn)所需要的IRIG-BRS-422＼485接口;通過TXS0108電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)GPIO的隔離輸出，用于控制外部的射頻模塊;通過實現(xiàn)SPI接口，用于控制433通信模塊;通過IObank的合理分配實現(xiàn)FMC+所需要的80組LVDS接口信號。

該數(shù)字處理板完成加工、調(diào)試后，對實現(xiàn)的DRFM功能性能進(jìn)行了測試。經(jīng)過測試，該模塊產(chǎn)生的密集假目標(biāo)干擾信號波形如下圖所示，與預(yù)期效果一致。

4 結(jié)論

數(shù)字射頻存儲器（DRFM）可以對雷達(dá)信號進(jìn)行長時間的相干存儲，轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號可以獲得雷達(dá)的脈沖處理得益，從而大大降低了干擾設(shè)備的功率需求，為干擾現(xiàn)代相干體制雷達(dá)提供了有力的技術(shù)手段。本文在DRFM干擾的原理基礎(chǔ)上，提出一種基于ADRV9009 SoC芯片的小型化DRFM系統(tǒng)實現(xiàn)方案。通過對研制的原理樣機(jī)的測試，驗證了該DRFM系統(tǒng)的功能、性能。實測結(jié)果證明，本文中的基于ADRV9009 SoC芯片的DRFM系統(tǒng)設(shè)計方案具有很好的工程應(yīng)用價值。

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作者簡介：李彥栓男，1987年生，工程師，碩士畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)。現(xiàn)主要研究方向：雷達(dá)對抗系統(tǒng)設(shè)計。