数字干涉仪测向实时鉴相技术

　　1　引言

　　无源定位是电子侦察的关键技术,随着电子战技术的不断发展,对测向定位系统的要求越来越高,尤其在星载电子侦察等小型平台上,要求测向精度高、测角范围大、天线布局小。数字式多基线相位干涉仪具有测向精度高、测角范围宽、适应信号能力强、校正和控制灵活等优点,并且集测向、精测频及脉内特征解调于一体,具有极为广阔的应用前景,但是目前在信号处理的实现上采用DSP技术,速度慢,容易丢失信息,而采用FPGA技术实现则可以克服DSP技术的缺点,为实时测向提供了可能。

　　2　数字式干涉仪频域鉴相算法简述

　　数字式干涉仪的关键技术是鉴相算法,相位差信息在频域提取方法的原理如下:

式中,Φ为相邻通道的相位差; angle()=arctan为取相位函数。

　　估计信号载频,求出此载频在数字频谱上对应的最大值的位置,就可以得到很精确的相位差。在图2和图3中,采样点取256点。在图2中,可以求得X(f)在频谱上对应的最大值位置为第44点,那么在图3相位图中第44点对应的值,就是要求的相位差。

　　3　基于FPGA的频域鉴相算法的硬件实现方案

　　3.1　频域鉴相算法模块的总体结构

　　(1)频域鉴相算法模块的总体结构框图(以单基线为例),如图4所示。

　　(2)频域鉴相算法模块由以下部分组成。输入数据处理模块。主要是对AD输入进来的奇偶两路数据整合为顺序的一路,并给出AD采样的点数n,作为FFT模块的变换点数。FFT模块。根据n值将数入数据进行n(n=2m(6≤m≤9))点的FFT变换。此模块是调用Xilinx公司的FFT核。存储器模块。用于存储FFT模块的结果。其中存储器1、3存储结果的实部,存储器2、4储存结果的虚部。寻找最大值模块。用于寻找FFT结果的前n/2点中模最大的点的序号Max_n,找到后lookmax_done为‘1’。共轭相乘模块。当lookmax_done为‘1’时,将第一、二路的序号为max_n的点共轭相乘。反正切模块。计算反正切得到相位差的值pha21。控制模块。该模块是整个电路的核心。根据数据单元输入的EF、dv₁、rfd₁、dv₂、rfd2信号产生正确的控制信号c₁~c₁₀,使得整个电路正常运行。

　　3.2　频域鉴相算法模块的工作过程

　　频域鉴相算法的工作过程主要分六个步骤:

　　①等待sys_start为‘1’,系统开始工作,否则继续等待;②sys_start为‘1’后,从AD读入数据到数据处理模块;③完成数入数据处理后,FFT模块开始工作,对数据进行FFT变换,当dv为‘1’时表示FFT变换结束;④根据FFT变换的结果查找前n/2点模最大值的序号。找到后lookmax_done变为‘1’;⑤Lookmax_done为‘1’后,将第一、二路FFT结果中序号为max_n的点从存储器中读出,共轭相乘;⑥将共轭相乘后的结果送入反正切模块,计算结果即是一、二路之间的相位差pha21,计算完毕后alldone=‘1’;adreset=‘1’,开始下一次运算。