數(shù)字正交下變頻的實(shí)現(xiàn) - MSK信號(hào)檢測(cè)識(shí)別的FPGA實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)字正交下變頻模塊根據(jù)前面得到的引導(dǎo)信息，設(shè)置合適的數(shù)字本振頻率值，將信號(hào)搬移到零中頻，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波和抽取，得到低采樣率的零中頻數(shù)據(jù)，以方便后續(xù)處理。數(shù)字正交下變頻采用基于多相抽取濾波器的多路并行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

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　　2.4 信號(hào)識(shí)別的實(shí)現(xiàn)

　　信號(hào)識(shí)別的主要模塊是平方運(yùn)算和信號(hào)的幅度譜分析。為了體現(xiàn)MSK 信號(hào)的特征，對(duì)經(jīng)過正交下變頻得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平方運(yùn)算。如果直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)的平方處理，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生零頻分量，對(duì)后續(xù)處理造成不利影響。為了消除這種影響，需要將正交的復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)變成幅度和相位的表示形式。這樣再進(jìn)行平方運(yùn)算時(shí)，保持幅度值不變，相位值變成原來的2 倍并經(jīng)過相位解卷繞處理，最后再經(jīng)過坐標(biāo)反變換，得到經(jīng)過平方運(yùn)算的復(fù)數(shù)據(jù)。

　　坐標(biāo)變換可采用計(jì)算器(CORDIC) 運(yùn)算IP 核實(shí)現(xiàn)，有利于節(jié)省硬件資源，提高運(yùn)算效率。

　　幅度譜分析模塊通過粗測(cè)頻引導(dǎo)確定信號(hào)到來，對(duì)經(jīng)過平方運(yùn)算的零中頻數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT處理，得到信號(hào)的幅度譜。進(jìn)行譜分析時(shí)按照如下步驟：

　?、?提取過檢測(cè)門限的譜峰點(diǎn);

　　② 確定最大譜峰的位置;

　?、?確定距離最大譜峰位置左右5 MHz 處是否存在與最大譜峰值相差不大的譜峰;

　?、?檢測(cè)2 個(gè)譜峰連線的中點(diǎn)位置是否是2 倍的有效信道載頻頻點(diǎn)。

　　經(jīng)過以上步驟，完成了MSK 信號(hào)的識(shí)別。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果

　　為了驗(yàn)證算法實(shí)現(xiàn)是否能正確截獲并識(shí)別MSK 目標(biāo)信號(hào)，使用泰克公司的任意信號(hào)發(fā)生器

　　信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，它是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)(波形)信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。常見的有函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。

　　AWG7122B 模擬產(chǎn)生了目標(biāo)信號(hào)環(huán)境，并使用硬件平臺(tái)進(jìn)行了接收測(cè)試

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　　，為了便于觀察計(jì)算結(jié)果，使用Xilinx 公司的在線邏輯分析儀軟件ChipScope 截取了FPGA 內(nèi)部的運(yùn)算數(shù)據(jù)和結(jié)果。

　　使用任意信號(hào)發(fā)生共設(shè)置了3 個(gè)信號(hào)，

　　信號(hào)1參數(shù)如下：

　　信號(hào)形式： 脈沖;

　　信號(hào)時(shí)長(zhǎng)： * s;

　　信號(hào)間隔： 13 s;

　　脈內(nèi)調(diào)制：MSK;

　　碼元速率： 5 MHz;

　　信號(hào)2 的參數(shù)如下：

　　信號(hào)形式： 單頻脈沖;

　　信號(hào)時(shí)長(zhǎng)： 5 s;

　　信號(hào)間隔： 50 s;

　　信號(hào)3 的參數(shù)如下：

　　信號(hào)形式： 脈沖;

　　信號(hào)時(shí)長(zhǎng)： 8 s;

　　信號(hào)間隔： 300 s;

　　脈內(nèi)調(diào)制： 線性調(diào)頻;

　　帶寬： 1 MHz。

　　其中MSK 信號(hào)設(shè)置為脈沖間頻率跳變，跳頻點(diǎn)3 個(gè)，間隔30 MHz, 單頻脈沖信號(hào)跳頻點(diǎn)6 個(gè)，間隔10MHz, 線性調(diào)頻信號(hào)載頻固定。

　　在FPGA 中經(jīng)過相應(yīng)處理得到3 種信號(hào)的譜分析結(jié)果，應(yīng)用ChipScope 軟件可在線獲得FPGA 內(nèi)部數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB 處理后得到3 種信號(hào)的幅度譜圖，如圖4、圖5 和圖6 所示。

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　　試驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的實(shí)時(shí)截獲和準(zhǔn)確識(shí)別。

　　4 結(jié)束語

　　該文提出了一種FPGA 可實(shí)現(xiàn)的跳頻MSK 信號(hào)實(shí)時(shí)截獲和識(shí)別的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過試驗(yàn)證明，可以對(duì)寬帶跳頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的截獲，并能夠?qū)ζ渲械腗SK 目標(biāo)信號(hào)完成準(zhǔn)確識(shí)別，可應(yīng)用于針對(duì)特定目標(biāo)的通信偵察系統(tǒng)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。