數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用
數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用【1】
摘 要:寬帶數(shù)字信號(hào)處理是電子戰(zhàn)研究的主題之一。
相對(duì)于窄帶而言,寬帶會(huì)導(dǎo)致數(shù)字動(dòng)態(tài)、靈敏度、多信號(hào)處理等變差。
針對(duì)這些問(wèn)題,結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的電子技術(shù),介紹了寬帶數(shù)字信號(hào)處理中的寬帶采集、陣列處理、數(shù)字信道化以及數(shù)字儲(chǔ)頻干擾等技術(shù),分析了寬帶對(duì)這些技術(shù)的影響,探討了寬帶數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在電子戰(zhàn)中的應(yīng)用及發(fā)展方向,為研究數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的工程師提供有益的參考。
關(guān)鍵詞:寬帶 數(shù)字信號(hào)處理 數(shù)字波束形成 電子對(duì)抗 數(shù)字信道化
1 對(duì)寬帶數(shù)字和信號(hào)的處理介紹
對(duì)寬帶數(shù)字和信號(hào)的處理,有數(shù)據(jù)采集和信息處理兩大部分。
其中數(shù)據(jù)采集進(jìn)行信號(hào)處理的前提,是后期對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)必須先要完成的階段和過(guò)程。
而對(duì)于所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,可以實(shí)現(xiàn)很多不同的功能,本文僅對(duì)當(dāng)前常用的數(shù)字天線(xiàn)、數(shù)字信號(hào)的干擾和數(shù)字偵察等方面加以分析和介紹。
1.1 寬帶信號(hào)采集
寬帶信號(hào)的采集就是指在對(duì)輸入的信號(hào)在中頻波段附近加以數(shù)字量化,最常用的方法是借助模數(shù)變換器,這又可以簡(jiǎn)稱(chēng)為ADC。
根據(jù)奈奎斯特的定理可以知道,要想不至于發(fā)生因信號(hào)的頻率重疊而產(chǎn)生模糊或失真,ADC在輸入時(shí)的帶寬一定要不大于采樣頻率的1/2倍。
在工程應(yīng)用中,采樣頻率的值一般為帶寬值的2.3倍左右。
當(dāng)ADC的值增加時(shí),輸入帶寬的瞬時(shí)值則也可以適當(dāng)有所提高。
對(duì)于寬帶采集的方法,最常用的有3種:一是ADC高速采樣;二是利用示波器進(jìn)行采樣;三是借助于光采樣。
其中,ADC高速采樣是通過(guò)若干個(gè)并行的比較器實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的離散化,ADC的位數(shù)(b)和比較器數(shù)量(Ⅳ)的倍數(shù)是N=2。
為了使實(shí)現(xiàn)的難度降低,一般要采用級(jí)聯(lián)方式,以便獲得較大的ADC位數(shù)。
例如,當(dāng)ADC為8位時(shí),需要的比較器的個(gè)數(shù)為256,而如果采用2個(gè)4位的ADC進(jìn)行級(jí)聯(lián),形成一個(gè)8位ADC時(shí),就可以把比較器的個(gè)數(shù)減少為32。
一般說(shuō)來(lái),與高速率采樣相比,低速率采樣要容易得多。
當(dāng)采樣位數(shù)和頻率增加時(shí),在硬件角度上實(shí)現(xiàn)的難度就會(huì)增大。
1.2 寬帶數(shù)字偵收技術(shù)
所謂數(shù)字寬帶偵收,其目標(biāo)是為了準(zhǔn)時(shí)或?qū)崟r(shí)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,對(duì)所采用的處理算法來(lái)說(shuō),最重要的計(jì)算速度問(wèn)題。
利用改進(jìn)算法來(lái)提高處理數(shù)據(jù)速度的方法大體有以下幾種:(1)把大數(shù)據(jù)率變換成小數(shù)據(jù)率,例如數(shù)字信道化的形式等;(2)實(shí)現(xiàn)快速化的信號(hào)處理和算法,例如快速FFT方法等。
在數(shù)字信道化中,當(dāng)信道的個(gè)數(shù)是M時(shí),那么單個(gè)子信道的數(shù)據(jù)率值就降為先前的1/M,這樣,就為輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)時(shí)或?qū)崟r(shí)處理和計(jì)算提供了充足的時(shí)間,可是,當(dāng)每一個(gè)信道都要加以關(guān)注時(shí),就要對(duì)各個(gè)信道進(jìn)行并行處理,就會(huì)在硬件的設(shè)計(jì)方面增加難度。
在工程應(yīng)用中,一般是將全部接收的信號(hào)利用編碼技術(shù),折合到一部分信道內(nèi),從而不去對(duì)所有的信道進(jìn)行關(guān)注。
對(duì)于N點(diǎn)的FFT,在運(yùn)算時(shí),可以把呈離散狀態(tài)的FFT的次復(fù)數(shù)乘法減少到(N/2)log2N次,當(dāng)N較大時(shí),就會(huì)使運(yùn)算速度明顯提高。
1.3 寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)
當(dāng)需要對(duì)相參雷達(dá)實(shí)施數(shù)字儲(chǔ)頻式干擾時(shí),要是不能把頻域內(nèi)出現(xiàn)的全部信息加以保存,就難以對(duì)其進(jìn)行精確地復(fù)制,從而不能實(shí)施有效的干擾。
而寬帶數(shù)字射頻,又稱(chēng)為RF,則可以實(shí)現(xiàn)把頻域內(nèi)出現(xiàn)的全部信息進(jìn)行存儲(chǔ)這一功能。
其步驟如下:首先,把輸入的信號(hào)變換為中頻信號(hào),通過(guò)快速的A/D變換,成為數(shù)字式信號(hào),然后再寫(xiě)入相對(duì)高速的存儲(chǔ)器,同時(shí)實(shí)施干擾調(diào)制。
如果需要把這種信號(hào)重新發(fā)布時(shí),就可以方便地通過(guò)控制器讀出,然后再通過(guò)高速D/A技術(shù),轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào),得到適合射頻的輸出信號(hào),從而完成存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)整個(gè)過(guò)程。
寬帶數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù),又稱(chēng)作DRFM。
其主要功能是依據(jù)需要,利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)實(shí)施干擾調(diào)制,然后把調(diào)制好的數(shù)據(jù)借助于高速D/A技術(shù),再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的干擾模擬信號(hào),從而可以實(shí)現(xiàn)在距離、速度兩個(gè)方面的波門(mén)拖引,設(shè)置假目標(biāo)進(jìn)行欺騙等方面的干擾作用。
為了使這種干擾更加有效,采用的瞬時(shí)帶寬要大于雷達(dá)信號(hào)的帶寬。
瞬時(shí)帶寬的值,決定了正常工作時(shí)的ADC速率以及DAC速率,這種速率越高,對(duì)存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)方面的要求就越高,導(dǎo)致對(duì)其體積和功耗就越大,成本也就相應(yīng)地越高。
2 寬帶數(shù)字處理應(yīng)用于電子戰(zhàn)的途徑
寬帶可以改善雷達(dá)在距離上的分辨能力;可以增加在通信時(shí)傳輸信息的容量;在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中,寬帶還有更多的應(yīng)用,例如,友軍的電子支援,敵我雙方的電子對(duì)抗,都是最常用的途徑和手段。
在電子戰(zhàn)中,寬帶和靈敏度之間存在著一種矛盾。
對(duì)于靈敏度,可以利用如下公式進(jìn)行計(jì)算。
P=-114+F+lgB+D (1)
式中:F為噪聲系數(shù);B為接收帶寬;D為識(shí)別系數(shù)。
從公式可以看出,在其余參數(shù)不變時(shí),帶寬增大,靈敏度就要降低。
當(dāng)接收帶寬條件不變時(shí),可以借助以下兩處方法提高其靈敏度:縮小噪聲系數(shù),減少識(shí)別系數(shù)。
對(duì)于前者,沒(méi)有多少潛力可以挖掘,相應(yīng)地,減少識(shí)別系數(shù)就成為最常用的方法。
3 發(fā)展趨勢(shì)
在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中,對(duì)寬帶數(shù)字和信號(hào)的處理技術(shù)越來(lái)越重要,在各個(gè)軍事領(lǐng)域中都有重要的作用,其中以下方面將成為在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)的重要發(fā)展方向。
在工程應(yīng)用中,寬帶和數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理的速度方面存在著一定的矛盾,為了解決這一問(wèn)題,需要對(duì)信號(hào)的電光轉(zhuǎn)換和處理進(jìn)行大力的研究,才能有所突破。
因?yàn)槔霉庑盘?hào)處理,可以使瞬時(shí)帶寬加大,加快處理的速度,比如,利用透鏡就可以實(shí)現(xiàn)FFT,其計(jì)算的時(shí)間甚至可以完全忽略不計(jì)。
4 結(jié)語(yǔ)
在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中,寬帶數(shù)字式信號(hào)的處理是必不要少的方式。
本文對(duì)于寬帶技術(shù)中的信號(hào)采集、信號(hào)偵收、數(shù)字天線(xiàn)、信號(hào)儲(chǔ)頻等幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析,論述了常用的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展趨勢(shì),能夠?yàn)閷拵Чこ碳夹g(shù)人員提供相應(yīng)的參考。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐海源,周一宇,馮道旺.滑動(dòng)DFT在寬帶數(shù)字接收機(jī)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代雷達(dá),2007,29(9).
[2] 祁雪梅,潘冬明.LabVIEW在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006(14).
[3] 陳興文,李敏,劉燕.LabVIEW在數(shù)字信號(hào)處理實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].高師理科學(xué)刊,2007(6).
數(shù)字信號(hào)處理【2】
摘 要：數(shù)字信號(hào)處理是一種通過(guò)使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來(lái)處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，DSP發(fā)展非常迅速，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸開(kāi)展到了通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域，為數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理;應(yīng)用
數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。
20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到遜色的發(fā)展。
數(shù)字信號(hào)處理是一種通過(guò)使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來(lái)處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。
以前數(shù)字信號(hào)的處理主要依賴(lài)微處理器(MPU)來(lái)完成。
但是，MPU的運(yùn)算速度很低，無(wú)法滿(mǎn)足高速、實(shí)時(shí)的要求，而且處理系統(tǒng)龐大，成本高昂，限制了數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。
直到l970年代末，有人提出了數(shù)字信號(hào)專(zhuān)用處理器(DSP)的理論和算法。
眾所周知，數(shù)字電路具有便于集成、成本低廉、更新?lián)Q代迅速、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而數(shù)字信號(hào)在傳輸和處理過(guò)程中具有保密性好，便于糾錯(cuò)和處理等優(yōu)點(diǎn)。
所以在諸多的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是今天的數(shù)字化時(shí)代，許多模擬信號(hào)都是轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的。
這就是DSP數(shù)字信號(hào)處理器大顯身手的原因。
隨著微電子技術(shù)，尤其是大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)水平和設(shè)計(jì)水平的飛速提高，DSP發(fā)展非常迅速，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸開(kāi)展到了通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域，為數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)奠定了基礎(chǔ)。
在急需對(duì)收集的圖像、語(yǔ)音進(jìn)行處理的軍事偵察和航空航天等軍事領(lǐng)域方面，DSP應(yīng)用的最早。
例如，偵察衛(wèi)星收集到了由照相機(jī)或攝像機(jī)的模擬圖像資料后，必須對(duì)它們進(jìn)行處理以便去除背景噪聲，獲得有用的信息，同時(shí)還要發(fā)回地面接收站。
在整個(gè)過(guò)程中，以數(shù)字化形式處理信號(hào)具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)。
DSP可以使用這些信號(hào)以加密的方式，高速傳回地面。
DSP用于GPS制導(dǎo)系統(tǒng)中，可以高速分析定位衛(wèi)星信號(hào)并將指令傳給飛行器，大大提高了制導(dǎo)效率和制導(dǎo)精度。
另外，軍事通信、數(shù)據(jù)處理和傳輸都是DPS的應(yīng)用范圍。
在民用方面，數(shù)字移動(dòng)蜂窩電話(huà)是DPS應(yīng)用的最重要領(lǐng)域。
由于DSP具有強(qiáng)大的計(jì)算能力以及低廉的價(jià)格，使得數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)迅速普及，原來(lái)笨重而又昂貴的“大磚頭”讓位給了小巧玲瓏、價(jià)格合理的GSM手機(jī)。
另外，由于采用DSP技術(shù)，蜂窩電話(huà)的升級(jí)換代更加方便，只要在統(tǒng)一的硬件平臺(tái)上就可以通過(guò)軟件進(jìn)行，這就是新款手機(jī)不斷推出的主要原因。
Modem是DSP應(yīng)用較早的領(lǐng)域。
早在1987年TI的DSP芯片就用到了Modem上。
現(xiàn)在，56Kb/s的Modem已經(jīng)是撥號(hào)上網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。
最近，又開(kāi)發(fā)了ADSL Modem.以及Cable Modem等產(chǎn)品，在這個(gè)過(guò)程中，DSP芯片扮演了至關(guān)重要的角色。
ADSL Modem對(duì)于因特網(wǎng)可以說(shuō)是有著劃時(shí)代意義的，它的下行傳輸速度可以高達(dá)6.3Mb/s，使得傳輸動(dòng)態(tài)圖象成為可能。
這樣一來(lái)，制約因特網(wǎng)發(fā)展的速度太慢的問(wèn)題就得到解決，因特網(wǎng)可以開(kāi)展一些諸如視頻點(diǎn)播，會(huì)議電視等新業(yè)務(wù)，從而使之成為真正的商業(yè)化傳媒。
目前的硬盤(pán)容量不斷增大，而價(jià)格卻沒(méi)有上升，這主要得益于CDSP的出現(xiàn)。
預(yù)計(jì)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，一個(gè)DSP就可以完成PC機(jī)所有多媒體動(dòng)能。
在消費(fèi)電子方面，DSP也有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
數(shù)字化的音響設(shè)備由于DSP的存在，其更新?lián)Q代極為迅速;在視頻處理上，DPS不僅大量用于JPEG等靜止圖象，還用在MPEG動(dòng)態(tài)圖象系統(tǒng)中，為我們的生活增添了色彩。
如今，集成度較高的DSP芯片不僅在圖像處理、語(yǔ)音處理、通信、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且已經(jīng)逐漸滲透到我們生活的各個(gè)方面，比如汽車(chē)駕駛控制(TI為凱迪拉克設(shè)計(jì)的自動(dòng)駕駛控制芯片)，甚至是玩具(TI為World of Wonder設(shè)計(jì)的用于洋娃娃的DSP芯片)。
隨著DSP深入到各種應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和用戶(hù)也對(duì)它提出了更高要求。
所以DSP廠家面臨下面幾個(gè)問(wèn)題：
首先，進(jìn)一步縮小DSP芯片的尺寸，使得系統(tǒng)級(jí)DSP成為可能。
現(xiàn)在，DSP廠家紛紛采用新工藝，將幾個(gè)DSP芯核、MPU、專(zhuān)用處理單元、外圍電路和存儲(chǔ)單元等都集成在一個(gè)芯片上，成為系統(tǒng)的DSP。
TI的TMS320C80是目前集成水平的芯片，它集成了四個(gè)DSP，一個(gè)RISC處理器，一個(gè)傳輸控制器，二個(gè)視頻控制器。
但這樣的規(guī)模和功能依然不能滿(mǎn)足系統(tǒng)飛速發(fā)展的要求，所以還需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度。
第二，提高DSP的靈活性、可擴(kuò)充性。
可編程DSP為DSP應(yīng)用廠家提供了極大地舞臺(tái)。
不同的廠家可以在同一個(gè)DSP平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出用于不同場(chǎng)合的系統(tǒng)。
同時(shí)，還可以為這些系統(tǒng)的升級(jí)留有相當(dāng)大的空間。
因而，這些廠家對(duì)于可編程DSP的編程工具、DSP自身價(jià)格設(shè)計(jì)都提出了更高的要求，以便滿(mǎn)足迅速變化的市場(chǎng)。
第三，更高的運(yùn)算速度是人們永無(wú)止境的追求。
目前的TI TMS320C6x是運(yùn)算速度最快的DSP芯片，該芯片采用VLIW(Very Long Instruction Word超長(zhǎng)指令字)技術(shù)，其速度高達(dá)1600MIPS。
現(xiàn)在的DSP大都采用0.5ram―0.35mm CMOS技術(shù)。
但隨著這項(xiàng)大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，DSP芯片可以進(jìn)一步變的更小，速度也會(huì)越來(lái)越快。
從理論上講，DSP芯片速度再提高100倍應(yīng)是可以的，但這需要DSP的生產(chǎn)廠家付出艱苦的努力。
業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)，DSP將是未來(lái)集成電路領(lǐng)域發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電器產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定性因素，它將徹底改變?nèi)藗兊墓ぷ�、學(xué)習(xí)和生活方式。
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