隨著電磁環境的日益復雜，電子戰裝備對電子戰接收機提出了更高的要求，理想的電子戰接收機包括瞬時覆蓋寬的頻域、高靈敏度、大動態范圍、高截獲概率、同時多信號探測能力強、頻率測量準確且處理全實時，但是滿足這些要求的理想接收機并不存在，現實過程往往是采用多種接收機類型結合的方式來兼顧各種技術指標。

    單比特接收機最早由美國空軍實驗室AFRL[1]提出，隨后一些公司開發了各種類型的單比特接收機。作為一種數字接收機類型,單比特接收機可以實現大的瞬時頻率覆蓋，處理實時，且體積小，靈敏度高，但是不具備同時多信號能力。這些特點都與模擬IFM接收機相似，可以作為一種新的寬帶頻率測量方法應用于電子戰領域[2-3]。
    本文首先介紹了單比特接收機的組成和單比特采樣的特點，然后通過Matlab仿真的方法分析了采用MonoDFT方法測頻的單比特接收機在靈敏度、相位測量等指標上與標準DFT的差異，最后通過FPGA工具分析了采用MonoDFT處理的單比特處理算法的資源消耗和處理延遲時間。
1 單比特接收機的組成
    單比特接收機基本組成如圖1所示。

    從圖1可以看到,單比特接收機主要由微波通道、單比特采樣器和FPGA處理器組成。微波通道完成射頻信號的放大變頻，單比特采樣器完成中頻信號的1 bit量化，得到結果送到FPGA中進行數字處理，完成參數測量。
    單比特采樣器是實現單比特接收機的物理基礎，決定了整個單比特接收機的基本性能。其數學表達式為：
    
    從式(2)可以看到，經過簡化后，在進行DFT計算過程中只有加法和減法運算，對DFT算法的FPGA實現具有重要意義，這種簡化旋轉因子的處理思想稱之為MonoDFT處理算法。
    由于采用了簡化運算，與標準DFT相比，必然會存在一定的差異，針對靈敏度、頻率、相位測量等問題利用Matlab進行了仿真分析。
    圖2是在假設10 GS/s單比特采樣，不同輸入頻率條件下，采用標準DFT和MonoDFT各自得到的峰值幅度，其中虛線表示MonoDFT的峰值，從圖中可以看到MonoDFT的峰值幅度比標準DFT低0.5~1 dB左右。
    假設如果沒有信號輸入，只有噪聲，可以得到256點DFT和MonoDFT的功率譜，如圖3所示，其中虛線部分是MonoDFT的計算結果。從圖中可見，噪聲情況下MonoDFT和DFT結果相比功率譜幅度基本保持一致。
    從上面分析可見，采用了MonoDFT測頻方法的單比特接收機，在進行信號檢測過程中,與采用標準DFT相

其中：Lum是失配損耗,從圖2中可以看到,其值為3 dB；D為檢測系數， 一般按14 dB計算；NF為通道噪聲系數，取6 dB；B為處理帶寬，單位MHz，D為數字處理積累時間t的倒數；假設按照單比特采樣率為10 GS/s計算，對256點MonoDFT運算的處理每幀的積累時間為25 ns。
　另外考慮到MonoDFT會損失1 dB，微波通道的幅頻不平坦度±2 dB，通過式(3)計算后可以得到，在10 GS/s采樣情況下, 256點MonoDFT測頻方法的靈敏度約為-70 dBm。
    一般利用DFT測頻過程中,希望可以獲得相位信息，可用于精測頻、比相等。采用標準DFT和MonoDFT方法測量的相位值之差，在不同信噪比條件下的結果如圖4所示。從圖中可以看到，采用MonoDFT方法，隨著信噪比的降低，二者之間的測量誤差會增大，但總的來說誤差值較小。

    從上面的分析可以看到，采用MonoDFT方法可以有效地測量信號的頻率和相位信息，其具體性能與標準DFT相當。
3 FPGA實現
　利用FPGA如何實現MonoDFT是單比特數字接收機的關鍵，假設對于10 GS/s采樣的高速單比特數據，其FPGA處理采用如圖5所示的處理框圖[3]。

    利用VHDL語言實現了圖4中的處理算法，并在ISE工具中進行了布局布線，利用一片XC5VSX95T芯片實現單比特處理算法所需要的資源如表1所示。

    從表1中可以看到，利用256點MonoDFT完成測頻的單比特處理算法，需要消耗一片SC5VSX95T大約31%的邏輯資源，其他方面的資源則消耗較少。
　　在完成算法同時利用ModelSim仿真工具對圖4中的處理延遲進行分析，得到結果如圖7所示。從圖7中可以看到,采用256點MonoDFT方法實現頻率測量，延遲時間約為450 ns。
4 總結與展望
    從上面的分析可以看到，采用MonoDFT方法實現單比特的頻率測量，可以獲得與標準DFT測頻方法相近的性能，而在FPGA實現過程中則主要消耗邏輯資源，與標準DFT相比消耗資源大大降低。
　如果采用不同長度的積累時間，則在靈敏度、處理延遲時間、資源消耗等方面得到不同的結果，采用本文中同樣的分析方式， 在不同長度MonoDFT具體性能如表2所示。

    從表2可以看到，靈敏度、處理延遲時間是相互制約的，頻率分辨率是積累時間的倒數；如果要求處理延遲時間小，則會降低靈敏度，減小積累時間，降低頻率分辨率。在實際具體應用過程中，需要根據不同的應用場合要求,綜合各方面因素選擇合適長度的MonoDFT算法。
    單比特數字接收機采用單比特MonoDFT的處理方法，以較小的體積和處理資源，可以獲得較大的瞬時覆蓋帶寬、較高的靈敏度和較快的處理延遲時間，且具備數字處理的靈活性，能夠在一個單片FPGA中就可以實現全部的數 字處理功能。作為一種寬帶接收機，同模擬IFM相比具有靈敏度高的優勢，同時多信號環境下不會測量錯誤等多方面優勢，目前世界上一些電子戰公司都將單比特接收機作為未來寬帶接收機的一種解決方案，相信在不久的將來，隨著國內高速單比特采樣、處理架構等方面技術的成熟，單比特接收機將應用到電子戰的各個領域中去。
參考文獻
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[2] 丁鋒,董暉,姜秋喜.基于單比特接收機的低截獲概率信號檢測技術[J].現代防御技術,2007,35（5）：110-114.
[3] GRAJAL J, BLAZQUEZ J, LPPEZ R, et al. Analysis and characterization of a monobit receiver for electronic warfare[J]. IEEE Trans on Aerospace and Electronic Systems, 2003,39(1):244-258.
[4] 周濤.量化精度對數字化接收機性能的影響[J].電子信息對抗技術,2006,21(6):20-23.
[5] 呂遠,唐斌,祝俊.一種基于高階近似核DFT的快速實現算法[J].電子信息對抗技術,2009,24(2):19-22.
[6] 張碩,梁士龍.單比特測頻接收機中DFT算法的優化[J].制導與引信,2006,27(2):51-55.