數(shù)字信號處理應(yīng)用

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數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域論文推薦度：
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數(shù)字信號處理應(yīng)用

　　數(shù)字信號處理應(yīng)用【1】

　　摘要:寬帶數(shù)字信號處理是電子戰(zhàn)研究的主題之一。

　　相對于窄帶而言,寬帶會導(dǎo)致數(shù)字動態(tài)、靈敏度、多信號處理等變差。

　　針對這些問題,結(jié)合現(xiàn)代先進的電子技術(shù),介紹了寬帶數(shù)字信號處理中的寬帶采集、陣列處理、數(shù)字信道化以及數(shù)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(shù)字信號處理技術(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)字信號處理數(shù)字波束形成電子對抗數(shù)字信道化

　　1 對寬帶數(shù)字和信號的處理介紹

　　對寬帶數(shù)字和信號的處理,有數(shù)據(jù)采集和信息處理兩大部分。

　　其中數(shù)據(jù)采集進行信號處理的前提,是后期對信號進行處理時必須先要完成的階段和過程。

　　而對于所采集的數(shù)據(jù)進行處理,可以實現(xiàn)很多不同的功能,本文僅對當前常用的數(shù)字天線、數(shù)字信號的干擾和數(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(shù)字量化,最常用的方法是借助模數(shù)變換器,這又可以簡稱為ADC。

　　根據(jù)奈奎斯特的定理可以知道,要想不至于發(fā)生因信號的頻率重疊而產(chǎn)生模糊或失真,ADC在輸入時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ADC的值增加時,輸入帶寬的瞬時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;二是利用示波器進行采樣;三是借助于光采樣。

　　其中,ADC高速采樣是通過若干個并行的比較器實現(xiàn)輸入信號的離散化,ADC的位數(shù)(b)和比較器數(shù)量(Ⅳ)的倍數(shù)是N=2。

　　為了使實現(xiàn)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(shù)。

　　例如,當ADC為8位時,需要的比較器的個數(shù)為256,而如果采用2個4位的ADC進行級聯(lián),形成一個8位ADC時,就可以把比較器的個數(shù)減少為32。

　　一般說來,與高速率采樣相比,低速率采樣要容易得多。

　　當采樣位數(shù)和頻率增加時,在硬件角度上實現(xiàn)的難度就會增大。

　　1.2 寬帶數(shù)字偵收技術(shù)

　　所謂數(shù)字寬帶偵收,其目標是為了準時或?qū)崟r對輸入數(shù)據(jù)進行處理,對所采用的處理算法來說,最重要的計算速度問題。

　　利用改進算法來提高處理數(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)實現(xiàn)快速化的信號處理和算法,例如快速FFT方法等。

　　在數(shù)字信道化中,當信道的個數(shù)是M時,那么單個子信道的數(shù)據(jù)率值就降為先前的1/M,這樣,就為輸入數(shù)據(jù)的準時或?qū)崟r處理和計算提供了充足的時間,可是,當每一個信道都要加以關(guān)注時,就要對各個信道進行并行處理,就會在硬件的設(shè)計方面增加難度。

　　在工程應(yīng)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(nèi),從而不去對所有的信道進行關(guān)注。

　　對于N點的FFT,在運算時,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N較大時,就會使運算速度明顯提高。

　　1.3 寬帶數(shù)字射頻存儲技術(shù)

　　當需要對相參雷達實施數(shù)字儲頻式干擾時,要是不能把頻域內(nèi)出現(xiàn)的全部信息加以保存,就難以對其進行精確地復(fù)制,從而不能實施有效的干擾。

　　而寬帶數(shù)字射頻,又稱為RF,則可以實現(xiàn)把頻域內(nèi)出現(xiàn)的全部信息進行存儲這一功能。

　　其步驟如下:首先,把輸入的信號變換為中頻信號,通過快速的A/D變換,成為數(shù)字式信號,然后再寫入相對高速的存儲器,同時實施干擾調(diào)制。

　　如果需要把這種信號重新發(fā)布時,就可以方便地通過控制器讀出,然后再通過高速D/A技術(shù),轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號,得到適合射頻的輸出信號,從而完成存儲和轉(zhuǎn)發(fā)整個過程。

　　寬帶數(shù)字射頻存儲技術(shù),又稱作DRFM。

　　其主要功能是依據(jù)需要,利用存儲的數(shù)據(jù)實施干擾調(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,從而可以實現(xiàn)在距離、速度兩個方面的波門拖引,設(shè)置假目標進行欺騙等方面的干擾作用。

　　為了使這種干擾更加有效,采用的瞬時帶寬要大于雷達信號的帶寬。

　　瞬時帶寬的值,決定了正常工作時的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(dǎo)致對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

　　寬帶可以改善雷達在距離上的分辨能力;可以增加在通信時傳輸信息的容量;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。

　　對于靈敏度,可以利用如下公式進行計算。

　　P=-114+F+lgB+D (1)

　　式中:F為噪聲系數(shù);B為接收帶寬;D為識別系數(shù)。

　　從公式可以看出,在其余參數(shù)不變時,帶寬增大,靈敏度就要降低。

　　當接收帶寬條件不變時,可以借助以下兩處方法提高其靈敏度:縮小噪聲系數(shù),減少識別系數(shù)。

　　對于前者,沒有多少潛力可以挖掘,相應(yīng)地,減少識別系數(shù)就成為最常用的方法。

　　3 發(fā)展趨勢

　　在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中,對寬帶數(shù)字和信號的處理技術(shù)越來越重要,在各個軍事領(lǐng)域中都有重要的作用,其中以下方面將成為在今后一個時期內(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、存儲和實時處理的速度方面存在著一定的矛盾,為了解決這一問題,需要對信號的電光轉(zhuǎn)換和處理進行大力的研究,才能有所突破。

　　因為利用光信號處理,可以使瞬時帶寬加大,加快處理的速度,比如,利用透鏡就可以實現(xiàn)FFT,其計算的時間甚至可以完全忽略不計。

　　4 結(jié)語

　　在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中,寬帶數(shù)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(shù)字天線、信號儲頻等幾個方面的內(nèi)容進行了簡單的分析,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(yīng)的參考。

　　參考文獻

　　[1] 徐海源,周一宇,馮道旺.滑動DFT在寬帶數(shù)字接收機中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代雷達,2007,29(9).

　　[2] 祁雪梅,潘冬明.LabVIEW在數(shù)字信號處理教學(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)字信號處理實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].高師理科學(xué)刊,2007(6).

　　數(shù)字信號處理【2】

　　摘要：數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，DSP發(fā)展非常迅速，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸開展到了通信、計算機、消費類電子產(chǎn)品等多個領(lǐng)域，為數(shù)字化時代的到來奠定了基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理;應(yīng)用

　　數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。

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

　　數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。

　　以前數(shù)字信號的處理主要依賴微處理器(MPU)來完成。

　　但是，MPU的運算速度很低，無法滿足高速、實時的要求，而且處理系統(tǒng)龐大，成本高昂，限制了數(shù)字信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。

　　直到l970年代末，有人提出了數(shù)字信號專用處理器(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，而數(shù)字信號在傳輸和處理過程中具有保密性好，便于糾錯和處理等優(yōu)點。

　　所以在諸多的應(yīng)用場合，尤其是今天的數(shù)字化時代，許多模擬信號都是轉(zhuǎn)為數(shù)字信號進行處理的。

　　這就是DSP數(shù)字信號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)域也逐漸開展到了通信、計算機、消費類電子產(chǎn)品等多個領(lǐng)域，為數(shù)字化時代的到來奠定了基礎(chǔ)。

　　在急需對收集的圖像、語音進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或攝像機的模擬圖像資料后，必須對它們進行處理以便去除背景噪聲，獲得有用的信息，同時還要發(fā)回地面接收站。

　　在整個過程中，以數(shù)字化形式處理信號具有顯而易見的優(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(dǎo)系統(tǒng)中，可以高速分析定位衛(wèi)星信號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)字移動蜂窩電話是DPS應(yīng)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格，使得數(shù)字移動通信系統(tǒng)迅速普及，原來笨重而又昂貴的“大磚頭”讓位給了小巧玲瓏、價格合理的GSM手機。

　　另外，由于采用DSP技術(shù)，蜂窩電話的升級換代更加方便，只要在統(tǒng)一的硬件平臺上就可以通過軟件進行，這就是新款手機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)是撥號上網(wǎng)的標準配置。

　　最近，又開發(fā)了ADSL Modem.以及Cable Modem等產(chǎn)品，在這個過程中，DSP芯片扮演了至關(guān)重要的角色。

　　ADSL Modem對于因特網(wǎng)可以說是有著劃時代意義的，它的下行傳輸速度可以高達6.3Mb/s，使得傳輸動態(tài)圖象成為可能。

　　這樣一來，制約因特網(wǎng)發(fā)展的速度太慢的問題就得到解決，因特網(wǎng)可以開展一些諸如視頻點播，會議電視等新業(yè)務(wù)，從而使之成為真正的商業(yè)化傳媒。

　　目前的硬盤容量不斷增大，而價格卻沒有上升，這主要得益于CDSP的出現(xiàn)。

　　預(yù)計，在不遠的將來，一個DSP就可以完成PC機所有多媒體動能。

　　在消費電子方面，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、語音處理、通信、計算機等領(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方面，比如汽車駕駛控制(TI為凱迪拉克設(shè)計的自動駕駛控制芯片)，甚至是玩具(TI為World of Wonder設(shè)計的用于洋娃娃的DSP芯片)。

　　隨著DSP深入到各種應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)設(shè)計人員和用戶也對它提出了更高要求。

　　所以DSP廠家面臨下面幾個問題：

　　首先，進一步縮小DSP芯片的尺寸，使得系統(tǒng)級DSP成為可能。

　　現(xiàn)在，DSP廠家紛紛采用新工藝，將幾個DSP芯核、MPU、專用處理單元、外圍電路和存儲單元等都集成在一個芯片上，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DSP，一個RISC處理器，一個傳輸控制器，二個視頻控制器。

　　但這樣的規(guī)模和功能依然不能滿足系統(tǒng)飛速發(fā)展的要求，所以還需要進一步提高系統(tǒng)集成度。

　　第二，提高DSP的靈活性、可擴充性。

　　可編程DSP為DSP應(yīng)用廠家提供了極大地舞臺。

　　不同的廠家可以在同一個DSP平臺上開發(fā)出用于不同場合的系統(tǒng)。

　　同時，還可以為這些系統(tǒng)的升級留有相當大的空間。

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

　　第三，更高的運算速度是人們永無止境的追求。