基于FPGA的多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化設(shè)計(jì)

基于FPGA的多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化設(shè)計(jì)摘要：隨著現(xiàn)代電子戰(zhàn)中電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，軍用接收機(jī)需具備同時(shí)處理多個(gè)信道信號(hào)的能力，即具備全概率截獲能力。信道化接收機(jī)可將一個(gè)復(fù)雜信號(hào)分成多個(gè)信道，從而方便后續(xù)處理。文中利用一種簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了該種信道化方案的可行性，并節(jié)省了邏輯資源。在電子戰(zhàn)中，傳統(tǒng)上主要采用掃頻式搜索接收機(jī)，但其截獲概率受搜索速度的影響較為嚴(yán)重，且因其受到搜索速度與分辨率之間關(guān)系的制約，所以?huà)哳l式接收機(jī)對(duì)跳頻信號(hào)的截獲效果很不理想。信道化接收機(jī)是對(duì)某個(gè)頻段的信號(hào)全概率接收的接收機(jī)，而基于多相結(jié)構(gòu)的信道化接收機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)意義上的信道化接收機(jī)對(duì)同一頻段信號(hào)而言所需硬件資源更少，且更易于實(shí)現(xiàn)。其相對(duì)傳統(tǒng)的信道化接收機(jī)憑借其高效的多相結(jié)構(gòu)，使其在多信道處理方面得到了廣泛應(yīng)用，是接收機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。1多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化原理1.1信道的劃分因?qū)嵭盘?hào)頻譜具有對(duì)稱(chēng)特性，所以其頻帶劃分較為特殊，這里只對(duì)[0，π]上的頻譜進(jìn)行信道劃分。若劃分K個(gè)信道，各信道的中心頻率為ωk=kπ/K+π/2K，其中，k=0，1，…，K-1。由傅里葉變換可知，低通濾波器的頻譜包括正負(fù)對(duì)稱(chēng)的兩部分。為使信道的劃分如圖1所示，需將濾波函數(shù)的頻譜全部移到正半軸，這里對(duì)濾波器的頻譜函數(shù)做如下變換此時(shí)反映到頻域如圖2所示，因此，采用復(fù)FIR濾波器對(duì)輸入的實(shí)信號(hào)進(jìn)行濾波。1.2基于多相結(jié)構(gòu)濾波器的信道化原理信道化的主要過(guò)程為，先將每個(gè)信道乘以，對(duì)信號(hào)做頻域的搬移，再經(jīng)過(guò)低通濾波器，濾除高頻分量，并將頻率均降到基帶，做下變頻，最終進(jìn)行抽取。信道化結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖中，ωk表示第k信道的中心頻率，H(z)表示低通濾波器。但問(wèn)題在于，每個(gè)信道的信號(hào)做完一系列計(jì)算之后，再作抽取，中間會(huì)有較多數(shù)據(jù)的計(jì)算損耗。因此，需要一種簡(jiǎn)化的方法使計(jì)算變得更加高效。根據(jù)圖3可知此時(shí)只剩低通濾波和抽取兩部分，可用Noble等效再次化簡(jiǎn)，為此先對(duì)FIR濾波器作如下變換根據(jù)Noble等效，可將抽取移到FIR濾波之前，如圖5所示。結(jié)合圖5并縱觀整個(gè)系統(tǒng)，容易發(fā)現(xiàn)x(n)可看成經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換之后分別進(jìn)入各個(gè)信道，即x(n)的第n=mM+k周期的數(shù)據(jù)進(jìn)入第k信道做運(yùn)算。

此時(shí)已經(jīng)完成多相濾波的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，回到本文的信道化方案中，根據(jù)式(3)和圖4，將z用代替，則式(4)