數字信號處理應用

　　數字信號處理應用【1】

　　摘 要:寬帶數字信號處理是電子戰研究的主題之一。

　　相對于窄帶而言,寬帶會(huì )導致數字動(dòng)態(tài)、靈敏度、多信號處理等變差。

　　針對這些問(wèn)題,結合現代先進(jìn)的電子技術(shù),介紹了寬帶數字信號處理中的寬帶采集、陣列處理、數字信道化以及數字儲頻干擾等技術(shù),分析了寬帶對這些技術(shù)的影響,探討了寬帶數字信號處理技術(shù)在電子戰中的應用及發(fā)展方向,為研究數字信號處理技術(shù)的工程師提供有益的參考。

　　關(guān)鍵詞:寬帶 數字信號處理 數字波束形成 電子對抗 數字信道化

　　1 對寬帶數字和信號的處理介紹

　　對寬帶數字和信號的處理,有數據采集和信息處理兩大部分。

　　其中數據采集進(jìn)行信號處理的前提,是后期對信號進(jìn)行處理時(shí)必須先要完成的階段和過(guò)程。

　　而對于所采集的數據進(jìn)行處理,可以實(shí)現很多不同的功能,本文僅對當前常用的數字天線(xiàn)、數字信號的干擾和數字偵察等方面加以分析和介紹。

　　1.1 寬帶信號采集

　　寬帶信號的采集就是指在對輸入的信號在中頻波段附近加以數字量化,最常用的方法是借助模數變換器,這又可以簡(jiǎn)稱(chēng)為ADC。

　　根據奈奎斯特的定理可以知道,要想不至于發(fā)生因信號的頻率重疊而產(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。

　　在工程應用中,采樣頻率的值一般為帶寬值的2.3倍左右。

　　當ADC的值增加時(shí),輸入帶寬的瞬時(shí)值則也可以適當有所提高。

　　對于寬帶采集的方法,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)現輸入信號的離散化,ADC的位數(b)和比較器數量(Ⅳ)的倍數是N=2。

　　為了使實(shí)現的難度降低,一般要采用級聯(lián)方式,以便獲得較大的ADC位數。

　　例如,當ADC為8位時(shí),需要的比較器的個(gè)數為256,而如果采用2個(gè)4位的ADC進(jìn)行級聯(lián),形成一個(gè)8位ADC時(shí),就可以把比較器的個(gè)數減少為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。

　　當采樣位數和頻率增加時(shí),在硬件角度上實(shí)現的難度就會(huì )增大。

　　1.2 寬帶數字偵收技術(shù)

　　所謂數字寬帶偵收,其目標是為了準時(shí)或實(shí)時(shí)對輸入數據進(jìn)行處理,對所采用的處理算法來(lái)說(shuō),最重要的計算速度問(wèn)題。

　　利用改進(jìn)算法來(lái)提高處理數據速度的方法大體有以下幾種:(1)把大數據率變換成小數據率,例如數字信道化的形式等;(2)實(shí)現快速化的信號處理和算法,例如快速FFT方法等。

　　在數字信道化中,當信道的個(gè)數是M時(shí),那么單個(gè)子信道的數據率值就降為先前的1/M,這樣,就為輸入數據的準時(shí)或實(shí)時(shí)處理和計算提供了充足的時(shí)間,可是,當每一個(gè)信道都要加以關(guān)注時(shí),就要對各個(gè)信道進(jìn)行并行處理,就會(huì )在硬件的設計方面增加難度。

　　在工程應用中,一般是將全部接收的信號利用編碼技術(shù),折合到一部分信道內,從而不去對所有的信道進(jìn)行關(guān)注。

　　對于N點(diǎn)的FFT,在運算時(shí),可以把呈離散狀態(tài)的FFT的次復數乘法減少到(N/2)log2N次,當N較大時(shí),就會(huì )使運算速度明顯提高。

　　1.3 寬帶數字射頻存儲技術(shù)

　　當需要對相參雷達實(shí)施數字儲頻式干擾時(shí),要是不能把頻域內出現的全部信息加以保存,就難以對其進(jìn)行精確地復制,從而不能實(shí)施有效的干擾。

　　而寬帶數字射頻,又稱(chēng)為RF,則可以實(shí)現把頻域內出現的全部信息進(jìn)行存儲這一功能。

　　其步驟如下:首先,把輸入的信號變換為中頻信號,通過(guò)快速的A/D變換,成為數字式信號,然后再寫(xiě)入相對高速的存儲器,同時(shí)實(shí)施干擾調制。

　　如果需要把這種信號重新發(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),轉換為相應的模擬信號,得到適合射頻的輸出信號,從而完成存儲和轉發(fā)整個(gè)過(guò)程。

　　寬帶數字射頻存儲技術(shù),又稱(chēng)作DRFM。

　　其主要功能是依據需要,利用存儲的數據實(shí)施干擾調制,然后把調制好的數據借助于高速D/A技術(shù),再轉換成相應的干擾模擬信號,從而可以實(shí)現在距離、速度兩個(gè)方面的波門(mén)拖引,設置假目標進(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)帶寬要大于雷達信號的帶寬。

　　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,對存儲器在存儲方面的要求就越高,導致對其體積和功耗就越大,成本也就相應地越高。

　　2 寬帶數字處理應用于電子戰的途徑

　　寬帶可以改善雷達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;在現代電子戰中,寬帶還有更多的應用,例如,友軍的電子支援,敵我雙方的電子對抗,都是最常用的途徑和手段。

　　在電子戰中,寬帶和靈敏度之間存在著(zhù)一種矛盾。

　　對于靈敏度,可以利用如下公式進(jìn)行計算。

　　P=-114+F+lgB+D (1)

　　式中:F為噪聲系數;B為接收帶寬;D為識別系數。

　　從公式可以看出,在其余參數不變時(shí),帶寬增大,靈敏度就要降低。

　　當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,減少識別系數。

　　對于前者,沒(méi)有多少潛力可以挖掘,相應地,減少識別系數就成為最常用的方法。

　　3 發(fā)展趨勢

　　在現代電子戰中,對寬帶數字和信號的處理技術(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)期內的重要發(fā)展方向。

　　在工程應用中,寬帶和數據的傳輸、存儲和實(shí)時(shí)處理的速度方面存在著(zhù)一定的矛盾,為了解決這一問(wèn)題,需要對信號的電光轉換和處理進(jìn)行大力的研究,才能有所突破。

　　因為利用光信號處理,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FFT,其計算的時(shí)間甚至可以完全忽略不計。

　　4 結語(yǔ)

　　在現代電子戰中,寬帶數字式信號的處理是必不要少的方式。

　　本文對于寬帶技術(shù)中的信號采集、信號偵收、數字天線(xiàn)、信號儲頻等幾個(gè)方面的內容進(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,能夠為寬帶工程技術(shù)人員提供相應的參考。

　　參考文獻

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　　數字信號處理【2】

　　摘 要：數字信號處理是一種通過(guò)使用數學(xué)技巧執行轉換或提取信息，來(lái)處理現實(shí)信號的方法，DSP發(fā)展非常迅速，其應用領(lǐng)域也逐漸開(kāi)展到了通信、計算機、消費類(lèi)電子產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域，為數字化時(shí)代的到來(lái)奠定了基礎。

　　關(guān)鍵詞：數字信號處理;應用

　　數字信號處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。

　　20世紀60年代以來(lái)，隨著(zhù)計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數字信號處理技術(shù)應運而生并得到遜色的發(fā)展。

　　數字信號處理是一種通過(guò)使用數學(xué)技巧執行轉換或提取信息，來(lái)處理現實(shí)信號的方法，這些信號由數字序列表示，數字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應用。

　　以前數字信號的處理主要依賴(lài)微處理器(MPU)來(lái)完成。

　　但是，MPU的運算速度很低，無(wú)法滿(mǎn)足高速、實(shí)時(shí)的要求，而且處理系統龐大，成本高昂，限制了數字信號處理系統的應用和發(fā)展。

　　直到l970年代末，有人提出了數字信號專(zhuān)用處理器(DSP)的理論和算法。

　　眾所周知，數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)，而數字信號在傳輸和處理過(guò)程中具有保密性好，便于糾錯和處理等優(yōu)點(diǎn)。

　　所以在諸多的應用場(chǎng)合，尤其是今天的數字化時(shí)代，許多模擬信號都是轉為數字信號進(jìn)行處理的。

　　這就是DSP數字信號處理器大顯身手的原因。

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)，尤其是大規模集成電路工藝技術(shù)水平和設計水平的飛速提高，DSP發(fā)展非常迅速，其應用領(lǐng)域也逐漸開(kāi)展到了通信、計算機、消費類(lèi)電子產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域，為數字化時(shí)代的到來(lái)奠定了基礎。

　　在急需對收集的圖像、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應用的最早。

　　例如，偵察衛星收集到了由照相機或攝像機的模擬圖像資料后，必須對它們進(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，以數字化形式處理信號具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢。

　　DSP可以使用這些信號以加密的方式，高速傳回地面。

　　DSP用于GPS制導系統中，可以高速分析定位衛星信號并將指令傳給飛行器，大大提高了制導效率和制導精度。

　　另外，軍事通信、數據處理和傳輸都是DPS的應用范圍。

　　在民用方面，數字移動(dòng)蜂窩電話(huà)是DPS應用的最重要領(lǐng)域。

　　由于DSP具有強大的計算能力以及低廉的價(jià)格，使得數字移動(dòng)通信系統迅速普及，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。

　　另外，由于采用DSP技術(shù)，蜂窩電話(huà)的升級換代更加方便，只要在統一的硬件平臺上就可以通過(guò)軟件進(jìn)行，這就是新款手機不斷推出的主要原因。

　　Modem是DSP應用較早的領(lǐng)域。

　　早在1987年TI的DSP芯片就用到了Modem上。

　　現在，56Kb/s的Modem已經(jīng)是撥號上網(wǎng)的標準配置。

　　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對于因特網(wǎng)可以說(shuō)是有著(zhù)劃時(shí)代意義的，它的下行傳輸速度可以高達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。

　　預計，在不遠的將來(lái)，一個(gè)DSP就可以完成PC機所有多媒體動(dòng)能。

　　在消費電子方面，DSP也有極大的發(fā)展潛力。

　　數字化的音響設備由于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、計算機等領(lǐng)域得到廣泛應用，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為凱迪拉克設計的自動(dòng)駕駛控制芯片)，甚至是玩具(TI為World of Wonder設計的用于洋娃娃的DSP芯片)。

　　隨著(zhù)DSP深入到各種應用領(lǐng)域，系統設計人員和用戶(hù)也對它提出了更高要求。

　　所以DSP廠(chǎng)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，使得系統級DSP成為可能。

　　現在，DSP廠(chǎng)家紛紛采用新工藝，將幾個(gè)DSP芯核、MPU、專(zhuān)用處理單元、外圍電路和存儲單元等都集成在一個(gè)芯片上，成為系統的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。

　　但這樣的規模和功能依然不能滿(mǎn)足系統飛速發(fā)展的要求，所以還需要進(jìn)一步提高系統集成度。

　　第二，提高DSP的靈活性、可擴充性。

　　可編程DSP為DSP應用廠(chǎng)家提供了極大地舞臺。

　　不同的廠(chǎng)家可以在同一個(gè)DSP平臺上開(kāi)發(fā)出用于不同場(chǎng)合的系統。

　　同時(shí)，還可以為這些系統的升級留有相當大的空間。

　　因而，這些廠(chǎng)家對于可編程DSP的編程工具、DSP自身價(jià)格設計都提出了更高的要求，以便滿(mǎn)足迅速變化的市場(chǎng)。

　　第三，更高的運算速度是人們永無(wú)止境的追求。

　　目前的TI TMS320C6x是運算速度最快的DSP芯片，該芯片采用VLIW(Very Long Instruction Word超長(cháng)指令字)技術(shù)，其速度高達1600MIPS。

　　現在的DSP大都采用0.5ram―0.35mm CMOS技術(shù)。

　　但隨著(zhù)這項大規模集成電路技術(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倍應是可以的，但這需要DSP的生產(chǎn)廠(chǎng)家付出艱苦的努力。

　　業(yè)內人士稱(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，它將徹底改變人們的工作、學(xué)習和生活方式。

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