1.1
电子侦察背景下软件无线电接收机分析 ****************段名兴
*********************文凤
2.1.1 软件无线电中的数字接收机
软件无线电中的数字接收机主要由三大部分组成，第一部分是对从天线接收下来的射频信号进行处理，第二部分是高速的模数转换（A/D ），最后是数字部分的信号处理单元（DSP ），如下图2-1。 图2-1 软件无线电数字接收机三大主要部分
基于软件无线电的思想，应尽量简化射频端的处理，让A/D 转换尽可能地靠近天线去完成模拟信号的数
字化，用尽可能多得软件去对数字信号进行处理，实现各种功能和指标。故模数转换器（ADC ）起着十分关键的作用，它在数字接收机中的工作位置不仅决定了射频前端的组成结构，也影响着后面数字信号处理的方式和指标要求，而目前比较成熟和可实行的方案是对中频信号进行A/D 变换，即射频前端把信号混频到中频，再A/D 变换后进行DSP 处理，DSP 处理单元中先对数字信号进行数字下变频（DDC ），再对下变频后的基带信号进行处理。这种数字中频接收机常见的有单通道数字接收机和并行多通道数字接收机。
所谓单通道软件无线电接收机是指接收机在同一时刻只能对所选择的一个中心频点上的信号进行解调分析。其结构框图如下：
H(w)为抽FIR 滤波器级联实现。I(m)和Q(m)分别称为信号的同相分量和正交分量，对信号进行接收解
调的目的实际上就是提取这两个分量，由这两个量提取出原始信号的瞬时频率、瞬时相位和瞬时幅度。
从图可知，A/D 转换后的数字信号，在进行数字下变频时，数字混频中0cos()w n 和0sin()w n 这两个信号可看作本振信号，其决定了中心频率为0w 的待处理信号下变频到基带进行处理。这说明了单通道软件无线电数字接收机的一个重要缺点：不能同时接收多个频点的信号，而这在电子侦察系统中是十分不利的，截获概率低。但该接收机是最基本的接收处理结构，可以构成并行处理系统，即用多台单通道接收机，每个工作在不同的频点上，实现同时处理多个频点信号的目的，也可以在单通道结构上进行扩展，形成并行多通道接收结构，同时处理多个信号。
并行多通道处理的电子战接收机结构如下所示[2]：
图2-3 并行多通道处理接收机结构图
每个通道的数字本振n w 工作在不同的频点n=0,1,2……M ，实现对不同中心频率信号的接收处理。 2.1.2 基于多相滤波的信道化接收机
传统的软件化电子战侦察接收机的一个主要缺点是同时多信号处理能力比较弱，同一时刻只能处理一个信号，对多信号的处理只能采用流水作业的办法进行分时处理，这对电磁环境越来越复杂的信息化战场是不适应的。
上节介绍的单通道软件无线电数字接收机，其缺点是不能同时处理多个信号，虽然可以采用多台接收机并行工作，但这样增加了系统的复杂度，提高系统成本。而多通道并行处理的结构，虽然通过增加单台接收机的处理容量，设置不同的数字下变频器的本振频率可以实现多信道的同时处理问题，但这是以增加信号处理的复杂度，提高成本来换取的，而且，在实现宽带信号全概率侦收时，信道数量非常巨大，使得系统工程实现非常困难。
基于多相滤波技术的数字信道化接收机，采用了新的实现结构，对于多信道接收技术的实现具有很大优势，在通信电子侦察中的对跳频信号等复杂信号的快速搜索以及雷达对抗中对捷变变雷达信号等的全概率截获具有很高的研究和应用价值。
把多相滤波数字信道化接收机（PPCR ）应用在软件化的阵列处理侦察系统中，把接收下来的整个宽带中频信号信道化成并行的窄带多信道输出，然后由后续的DBF 对相应有信号的信道进行处理，从而达到全概率截获侦察信号[2]。
信道化数据共享总线
图2-4 阵列处理软件化全概率侦察系统
这种基于PPCR 的侦察系统采用软件无线电设计思想，能在易升级、可扩展的硬件平台上通过开发各种侦察软件模块，能适应各种新的信号体制和复杂的信号环境，是新一代的电子侦察系统。 1.2
基于多相滤波的信道化处理理论
2.2.1 多相滤波的原理及应用意义
数字滤波器大多采用FIR 滤波，一方面是因为它是绝对稳定的，并且很容易做成线性相位，另一方面是容易实现高效结构。多相滤波就是一种高效的滤波结构。
在FIR 滤波器中，转移函数为：
()()1
N n n H z h n z --==∑
(2-1)
式中N 为滤波器长度。将冲激响应()h
n 按下列的排列分成D 个组，并设N 为D 的整倍数，即/N D Q =，Q 为整数，则：
()()()()()()()()()()()()
()()
()()()
()()
()()
()
()()
10111
11211111
1
11
01111112111011Q D
D D Q D D D Q D D Q Q Q n
n
n
D D D D n n n H z h z h D z h Q D z
h z h D z h Q D z h D z
h D z
h Q D D z
h nD z
z
h nD z
z
h nD D z ----+---------------------====+++-⎡⎤⎣⎦+++++-+⎡⎤⎣⎦
+-+-++-+-⎡⎤⎣⎦=++++++-∑∑∑
(2-2)
令
()()()
1
,0,1,1Q n
D
D k n
E z
h nD k z k D --==+=-∑
则转移函数为：
()()10
D k D k k H z z
E z --==∑
(2-3)
()D k E z 称为()H z 的多相分量。上式（2-3）称为转移函数()H z 的多相表示。
将式（2-3）中的z 换成jw
e
，
则
()()1
D jw
jwk
jwD k k H e
e
E e --==∑
(2-4)
式（2-4）中jwk
e
-表示不同的k （k=0,1,2……D-1）具有不同的相位，所以称为多相滤波结构。如下图2-5所示。
水泥预制u型槽排水沟
图2-5 多相滤波结构
多相滤波的实质可以看作按相位均分的关系把数字滤波器的转移函数
()H z 分解成若干个不同相位的组，形成多个分支，在每个分
支上实现滤波。这样做的目的就是用其分支上阶数较少的滤波来实现原来阶数很大的()H z 的滤波。这样做的意义在于工程上易于实现，
能高效的进行实时信号的处理。
多相滤波结构的重要应用之一是在输出被抽取的滤波器的实现上，图2-6为带抽取器的FIR 滤波结构，图2-7则是图2-6的多相滤波结构。
图2-6 带抽取器的FIR 滤波
图2-7 抽取器的多相滤波结构
乌鲁木齐 事件根据抽取器的等效关系，可以得到图2-7的高效结构，如下图2-8。
图2-8 抽取器多相滤波的高效结构
上图2-8的结构在很多信号处理过程中都能用到，本文采用的基于多相滤波的数字信道化处理也用到此高效结构。它的意义是滤波在降速后进行，这很大程度的降低了对硬件处理速度的要求，提高了实时处理能力。并且，多相滤波结构中，滤波器阶数由原来的转移函数的
孙大愚
N 个减少到了现在每个分支上的/N
D 个，如()H z 的阶数为1024，D 为32，1024/32=32，则原来1024阶的滤波器，由分支32
阶的滤波器就可以实现，这大大节省了硬件资源。另外，滤波系数由N+1个减少到了()/1N D +个，这可以减少硬件中滤波运算的累积
误差，提高计算精度。 2.2.2 均匀滤波器组信道化
所谓滤波器组是指具有一个共同输入信号或一个共同输出信号的一组滤波器[11]，如图2-9。
图2-9（a ） 图2-9（b ）
数字滤波器组作信道化的原理是：图2-9（a ）结构中，K 个滤波器把宽带的输入信号()s n 分成若干个
（K 个）子频带信号输出()k y n ，k=0,1,…1K
-，()k y n 是窄频带信号。
若这个滤波器组的第k 个通道的冲激响应函数()k h n 与第0通道的滤波器冲激响应()0h n 关系如下：
()()20j kn K
k h n h n e
π
=
式中k =0,1, (1)
-，则称这个滤波器组为均匀滤波器组。即这个滤波器组均匀的把宽带信号划分成了K 个窄带信号，实现了对信
0通道的滤波器为低通滤波器，其余通道的滤波器是把它搬移到
()2/k w K k π=位置上进行带通滤波以实现信道划
0通道滤波器的带宽进行信道划分的，这里称这个低通滤波器为原型低通滤波器。
2-9（a ）中，输出的K 个信号是窄带的。如果输入信号()s n 是满带信号，即频谱从~ππ-，则输出的K 个信号()k y n 有
相同的带宽B ，如下
2B K
π=
这时，可以对每个信道输出进行最大为K 倍的抽取，降低数据速率，利于信道化后的处理。这里我们讨论的是最大抽取的情况D K
=。
海恩法则图2-10 带最大抽取D 的滤波器组
2.2.3 滤波器组频带的划分形式
由上节知，滤波器组进行信道的划分，是以原型低通滤波器的带宽进行划分的，不同的划分方式决定了不同的实现结构和实现难度。下面介绍有实信号和复信号的信道划分形式[2]。
对于实信号的信道，原型低通滤波器的频率响应为：
()1,20,
jw
LP w H e K others
π
⎧
≤
⎪=⎨
服务质量分析⎪⎩
则第k 个通道的滤波器的冲激响应为：
()()()212j k n K k LP h n h n e
π⎛⎫+ ⎪⎝⎭
=
所以，实信号的信道划分如下图()jw
ca4102k
H e
w
图2-11 实信号的信道划分
实信号是共轭对称的，所以只需对0~π进行信道化处理即可包含完所有的实信号。
而对于复信号的信道，其原型低通滤波器的频率响应为：
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