موضوعات طراحی ویژه در گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند (سری رادار آرتک هاوس)

کتاب «موضوعات طراحی ویژه در گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند» نوشتهٔ جیمز ب. وای. سویی، یکی از منابع پیشرفته و تخصصی در حوزهٔ طراحی گیرنده‌های جنگ الکترونیک است که به بررسی مباحث عمیق‌تر و پیچیده‌تر این عرصه می‌پردازد. این اثر ارزشمند که توسط انتشارات معتبر آرتک هاوس منتشر شده، با بهره‌گیری از بیش از ۳۱۰ تصویر و ۱۸۰ معادله، راهنمایی جامع برای مهندسان جهت دستیابی به عملکردی بهینه در طراحی گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند ارائه می‌دهد.

دربارهٔ کتاب موضوعات طراحی ویژه در گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند (سری رادار آرتک هاوس)

کتاب «موضوعات طراحی ویژه در گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند» که در سال ۲۰۰۹ توسط انتشارات آرتک هاوس منتشر شده است، به عنوان یک مرجع معتبر و عملی برای مهندسان و طراحان سیستم‌های الکترونیکی طراحی شده است. این کتاب که چهاردهمین جلد از مجموعهٔ سری رادار آرتک هاوس محسوب می‌شود، بر جنبه‌های پیشرفته‌تر و ویژه‌تر طراحی گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند متمرکز است و دانش پایه‌ای مخاطب را با رویکردی دقیق‌تر و عمیق‌تر تکمیل می‌کند. نویسنده با هدف کمک به درک جامع‌تر مهندسان از این حوزه، به بررسی کامل طراحی یک گیرنده، از جمله بخش رمزگذار، می‌پردازد و مباحثی نظیر تشخیص سیگنال‌های نادر و پیچیده را نیز پوشش می‌دهد. ساختار کتاب به‌گونه‌ای طراحی شده است که خواننده را به‌طور نظام‌مند با چالش‌های طراحی گیرنده‌های مورد استفاده در جنگ الکترونیک آشنا می‌سازد. از مباحث پایه‌ای مانند تقویت‌کننده‌های فرکانس رادیویی و مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال گرفته تا مباحث تخصصی‌تری همچون مطالعهٔ دامنهٔ دینامیکی از طریق روش‌های ویژه، تشخیص سیگنال، و طراحی گیرنده‌های دیجیتال اندازه‌گیری فرکانس لحظه‌ای، همگی در فصول مختلف این کتاب پوشش داده شده‌اند. رویکرد عملی کتاب، همراه با ارائهٔ مثال‌های متعدد و استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی، به مهندس این امکان را می‌دهد که مفاهیم نظری را در عمل آزمایش کرده و به درکی کاربردی از طراحی گیرنده‌های پهن‌باند دست یابد.

دربارهٔ نویسنده

نویسندهٔ کتاب، جیمز ب. وای. سویی (James B.Y. Tsui)، یکی از چهره‌های شاخص و باتجربه در حوزهٔ جنگ الکترونیک و طراحی گیرنده‌های پهن‌باند است. او دکترای خود را در رشتهٔ مهندسی الکترونیک از دانشگاه ایلینوی دریافت کرده و سال‌ها به عنوان مهندس الکترونیک در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی ایالات متحده فعالیت داشته است. دکتر سویی علاوه بر این کتاب، آثار مرجع دیگری نظیر «تکنیک‌های دیجیتال برای گیرنده‌های پهن‌باند» و «گیرنده‌های مایکروویو دیجیتال: تئوری و مفاهیم» را نیز تألیف کرده است که هر یک در جای خود از منابع معتبر و کلاسیک این حوزه به شمار می‌روند. تجربهٔ عملی و سوابق پژوهشی غنی او در صنایع دفاعی و ارتباطات، جایگاه این کتاب را به عنوان یک منبع علمی و عملی قابل‌اعتماد تثبیت کرده است.

چرا باید موضوعات طراحی ویژه در گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند (سری رادار آرتک هاوس) را بخوانید؟

مرجعی معتبر و جامع برای مهندسان جنگ الکترونیک: این کتاب با پوشش مباحث پیشرفته و تخصصی طراحی گیرنده‌های پهن‌باند، به عنوان یک منبع ضروری برای مهندسانی که در حوزهٔ سیستم‌های دفاعی و ارتباطی فعالیت می‌کنند، محسوب می‌شود. ارائهٔ بینش عمیق دربارهٔ تشخیص سیگنال‌های پیچیده: شما با مطالعهٔ این اثر، با روش‌های شناسایی و پردازش سیگنال‌های نادر و تهدیدات پیچیده در محیط جنگ الکترونیک آشنا می‌شوید که برای طراحی سیستم‌های کارآمد حیاتی است. رهیافتی عملی با استفاده از شبیه‌سازی و تحلیل آماری: نویسنده با بهره‌گیری از توابع توزیع احتمال و روش‌های شبیه‌سازی، به شما نشان می‌دهد که چگونه می‌توان پارامترهایی مانند نرخ هشدار اشتباه را پیش‌بینی و مدیریت کرد. بررسی جامع طراحی کامل گیرنده به همراه رمزگذار: این کتاب فراتر از مباحث نظری، به جزییات عملی طراحی یک گیرندهٔ کامل، از جمله بخش رمزگذار می‌پردازد و دیدی همه‌جانبه به مهندسان ارائه می‌دهد. پشتیبانی آموزشی با تصاویر و معادلات فراوان: بیش از ۳۱۰ تصویر و ۱۸۰ معادله، مفاهیم پیچیده را به صورت بصری و تحلیلی قابل‌درک می‌سازد و فرایند یادگیری را برای مخاطب تسهیل می‌کند.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

مخاطب اصلی این کتاب، مهندسان و طراحانی هستند که در زمینهٔ طراحی گیرنده‌های دیجیتال پهن‌باند، به ویژه برای کاربردهای جنگ الکترونیک و سیستم‌های دفاعی فعالیت می‌کنند. همچنین، پژوهشگران و دانشجویان تحصیلات تکمیلی رشته‌های مهندسی برق، مخابرات و الکترونیک که به دنبال دانشی فراتر از مباحث پایه‌ای هستند، می‌توانند از مطالب عمیق و پیشرفتهٔ آن بهره‌مند شوند. با توجه به سطح تخصصی مطالب و فرض گرفتن دانش قبلی مخاطب، این کتاب برای مبتدیانی که تازه وارد این حوزه می‌شوند، مناسب نیست و مطالعهٔ منابع مقدماتی‌تر توصیه می‌شود.

سوالات متداول

آیا این کتاب برای آشنایی اولیه با گیرنده‌های پهن‌باند مناسب است؟

خیر، این کتاب به عنوان یک منبع پیشرفته و تکمیلی طراحی شده است و فرض بر این است که خواننده با مبانی و اصول اولیه طراحی گیرنده‌های دیجیتال آشنایی دارد. برای مطالعهٔ این اثر، داشتن دانش پایه‌ای در زمینهٔ پردازش سیگنال و طراحی سیستم‌های مخابراتی ضروری است.

نقش شبیه‌سازی در این کتاب چیست؟

نویسنده به طور گسترده از روش‌های شبیه‌سازی و توابع توزیع احتمال برای تحلیل عملکرد گیرنده، به ویژه در حوزهٔ دامنهٔ دینامیکی و تشخیص سیگنال، استفاده کرده است. این رویکرد عملی به مهندسان کمک می‌کند تا مفاهیم را در محیط‌های نرم‌افزاری شبیه‌سازی کرده و نتایج را پیش از پیاده‌سازی فیزیکی ارزیابی کنند.

آیا کتاب به بررسی سیگنال‌های مدوله‌شده نیز پرداخته است؟

بله، فصول پایانی کتاب به طور تخصصی به موضوع تشخیص و پردازش سیگنال‌های مدوله‌شده با روش‌هایی مانند کلیدزنی تغییر فاز و مدولاسیون فرکانس اختصاص یافته است که در کاربردهای جنگ الکترونیک اهمیت فراوانی دارند.

Offering engineers a thorough examination of special, more advanced aspects of digital wideband receiver design, this practical book builds on fundamental resources on the topic, helping professionals gain a more comprehensive understanding of the subject. This in-depth volume presents a detailed look at a complete receiver design, including the encoder. Moreover, it discusses the detection of exotic signals and provides authoritative guidance on designing receivers used in electronic warfare. From frequency modulation and biphase shifting keys, to parameter encoders in electronic warfare receivers and the use of the simulation and probability density function to predict the false alarm parameter, this book focuses on critical topics and techniques that help engineers design digital wideband receivers for top performance. The authoritative reference is supported with over 310 illustrations and more than 180 equations. Special Design Topics in Digital Wideband Receivers......Page 2 Contents......Page 6 Preface......Page 16 1.2 Purpose of This Book......Page 18 1.3 Predicated Requirements on Receiver Performance......Page 20 1.4 Overall EW Receiver System Operation......Page 21 1.5 Encoder Designs......Page 22 1.7 Criterion of the Software Approaches......Page 23 References......Page 24 2.2 Basic Design Criterion......Page 26 2.3.1 The Inputs Related to the RF Amplifier......Page 28 2.3.2 The Inputs Related to the ADC......Page 29 2.4 Constants Generation......Page 30 2.5 Equations Derived......Page 31 2.7 An Example......Page 32 2.8 Nominal Sensitivity and Single Signal Dynamic Range......Page 34 2.9 Generate Nominal Values for ADC with Different Numbers of Bits......Page 35 2.10 Noise Floor and the Number of Bits......Page 36 2.11 Another Example......Page 38 References......Page 40 3.2 Basic Definitions of Dynamic Range......Page 42 3.3 Prerequisite for Dynamic Range Measurements......Page 43 3.5.1 Single-Signal Dynamic Range......Page 44 3.5.3 The Two-Signal Instantaneous Dynamic Range (IDR)......Page 45 3.6 A Brief Discussion on the Eigenvalue Decomposition and MUSIC Methods......Page 46 3.7 Define the Processing Procedure......Page 47 3.8 Eigenvalues Generated with Noise and Noise Plus Signals......Page 48 3.9 IDR Determination Through Eigenvalues......Page 50 3.10 MUSIC Method......Page 53 3.11 IDR Determined by Frequency Identification......Page 54 3.12 Amplification Required in Front of the ADC......Page 59 3.13 Digitization Effect on Sensitivity as a Function of a Number of Bits......Page 60 3.14 Digitization Effect in the Instantaneous Dynamic Range Calculation......Page 62 3.15 Curve Fitting for the Instantaneous Dynamic Range......Page 64 3.16 IDR Calculated with 128 Data Points and Digitization......Page 65 3.18 Conclusion......Page 68 References......Page 69 4.2 Using Simulation Approach to Find the IDR......Page 70 4.3 Local Peaks......Page 71 4.4 Simulation Procedure......Page 73 4.5 Threshold Determination......Page 74 4.6 Windows and Input Frequencies......Page 75 4.7 IDR Results......Page 76 4.8 IDR with a Rectangular Window......Page 77 4.9 IDR with a Rectangular Window and Close Spaced Frequencies......Page 79 4.10 IDR with Hamming Window......Page 80 4.11 IDR with Blackman Window......Page 82 4.12 IDR with a Chebyshev Window......Page 84 4.13 IDR with a Park-McClellan Window......Page 86 4.14 Data Length and IDR......Page 88 4.15 Receiver Design Considerations......Page 89 4.16 Conclusion......Page 90 References......Page 92 5.1 Introduction......Page 94 5.2 Approach to Find the IQ Imbalance......Page 95 5.3 FFT Output Imbalance Measurement Procedure......Page 96 5.4 Results from Measuring FFT......Page 97 5.5 Imbalance Results of FFT Outputs......Page 99 5.6 FFT Outputs from Imbalanced Inputs......Page 103 5.7 Windowed FFT Output Imbalance Study......Page 106 5.8 Procedure for Finding Phase Tracking After the FFT Operation......Page 108 5.9 Procedure for Finding an IQ Imbalance of the Hilbert Transform......Page 109 5.10 Results of an IQ Imbalance of a Hilbert Transform with a Rectangular Window......Page 111 5.11 Results of IQ Imbalance of the Hilbert Transform with a Blackman Window......Page 114 5.12 IQ Imbalance of Polyphase Filters......Page 116 5.13 IQ Imbalance from a Special Sampling Downconversion Scheme......Page 121 5.14 Conclusion......Page 123 Reference......Page 124 6.1 Introduction......Page 126 6.2 Rayleigh Distribution Obtained from Noise Output......Page 127 6.3 Signal-to-Noise (S/N) Distribution......Page 129 6.4 Probability of Detection......Page 130 6.5 Probability of Detection with a Blackman Window......Page 132 6.6 Threshold Through the Convolution Approach......Page 133 6.7 Threshold Obtained by a Gaussian Approximation......Page 136 6.9 Threshold and Probability of Detection of the Polyphase Filter Approach......Page 138 6.10 Summary of Sensitivity Calculations and Discussion and Final Adjustment by Considering the Number of Channels......Page 140 6.11 Approach for Phase Comparison......Page 141 6.12 Results from the 64-FFT Operation and Phase Comparison Aided with Amplitude Comparison......Page 142 6.13 Create Additional Artificial Output Frequency Bins......Page 145 6.14 Polyphase Phase Comparison Study and Basic Idea......Page 148 6.15 Frequency Measurement Through Phase Comparison of a Polyphase Filter......Page 150 6.16 Added Artificial Frequency Bins for the Polyphase Filter......Page 152 6.17 Decrease Shifting Time for Polyphase Filter (Long Short Shift)......Page 154 6.18 Comparison of the Three Approaches for Finding a Fine Frequency of a Polyphase Filter......Page 156 6.19 Conclusions......Page 158 References......Page 159 7.1 Introduction......Page 160 7.3 Conventional Time-Domain Measurement with Amplitude Information......Page 161 7.4 Using Phase to Detect the Presence of a Signal......Page 163 7.5 The Amplitude of the Correlation Output Is a Function of Frequency......Page 164 7.6 Correlation Amplitude Change with a Specific Frequency and an Initial Phase......Page 167 7.7 Moving Average Method with Different Window Lengths......Page 168 7.8 Differential Moving Window......Page 171 7.9 TOA and PW Calculation......Page 172 7.10 Threshold Setting......Page 176 7.11 Detailed Output Shape......Page 179 7.12 Matched Window Determination......Page 181 7.13 Ratio Method to Determine a Matched Window......Page 182 7.15 TOA and PW Results......Page 186 7.17 Conclusion......Page 187 References......Page 188 8.2 Input Parameters to the Eigenvalue Problem......Page 190 8.4 Matrix Formulation and Noise Eigenvalue Distribution......Page 191 8.5 One Complex Signal and Noise Eigenvalue Distributionand the Probability of Detection......Page 193 8.6 Matrix Order Effect......Page 195 8.7 Two Complex Input Signals......Page 196 8.8 Data Length Effect......Page 198 8.9 Data Length Increase Through Summations of Shorter Matrices......Page 202 8.10 Analytic Eigenvalue Solutions of a Low-Order Matrix......Page 203 8.11 Eigenvalues Versus Initial Phase Difference......Page 204 8.12 Eigenvalues and Frequency Separation......Page 206 8.13 Eigenvalue Threshold Method to Determine the Number of Signals......Page 207 8.14 AIC and MDL Approaches......Page 209 8.15 False Alarm Test......Page 210 8.16 Input with One Signal and Two Signals......Page 211 8.18 Time-Domain Detection Using the Eigenvalue Method......Page 213 8.19 Simulation of the Time-Domain Detection Using Eigenvalues Method......Page 215 8.20 Conclusion......Page 218 References......Page 219 9.1 Introduction......Page 220 9.2 Input Signal Frequency Separation and Signal-to-Noise Ratio (S/N)......Page 221 9.3 Study of the Order of the MUSIC Method for One Signal......Page 222 9.4 Study of Order of the MUSIC Method for Two Signals......Page 223 9.6 Detection of the Existence of Two Signals Close in Frequency from FFT Outputs......Page 227 9.7 Detection of the Existence of Two Signals Close in Frequency from Eigenvalues......Page 232 9.8 Frequency Identification with Close Frequency Separation......Page 235 9.9 Conventional MUSIC Method......Page 237 9.10 Low-Order MUSIC Method......Page 239 9.11 Results from the Low-Order MUSIC Method......Page 240 9.12 Frequency Selection for MUSIC Method......Page 241 9.13 Conclusion......Page 242 Reference......Page 243 10.1 Introduction......Page 244 10.2 Basic Concept of an Analog IFM Receiver......Page 245 10.3 Basic Digital IFM Receiver Hardware and Concept......Page 246 10.4 1-Bit ADC Effect......Page 247 10.5 Number of Phase Difference Counts and Manipulations......Page 248 10.6 Signal-to-Noise (S/N) Effect on Angle......Page 251 10.7 Ambiguity Resolution......Page 253 10.8 Simulation Results......Page 255 10.9 Threshold and Confirmation......Page 257 10.10 Performance of Two Simultaneous Signals......Page 258 10.11 Frequency Folding......Page 260 10.12 Time Resolution Improvement and Threshold with Hysteresis......Page 262 10.13 Imbalance of IQ Channels......Page 265 10.14 Hilbert Transform Converting a Real Signal to Complex......Page 266 10.15 Special Sampling Downconversion Transform......Page 269 References......Page 271 11.2 Requirements......Page 272 11.3 FFT Length Selection and Frequency Resolution......Page 273 11.4 Threshold Determined by the Probability of False Alarm Rate and the Probability of Detection......Page 275 11.5 Threshold Adjusting......Page 278 11.6 Frequency Reading Improvement Through Amplitude Comparison......Page 279 11.7 Frequency Resolution on Two Signals......Page 282 11.8 Detection of a Second Signal in a Receiver......Page 285 11.9 PA Measurement......Page 286 11.10 TOA and PW Measurements......Page 288 11.11 Combine All the Information on One Input Pulse......Page 289 11.12 Some Possible Improvements on an FFT-Based Receiver......Page 290 11.13 Receiver Measurements......Page 291 References......Page 293 12.2 Cascaded Filter Banks Through FFT Operations......Page 294 12.3 Cascaded Filter Banks Through Polyphase Filters......Page 296 12.4 Half Band Filter......Page 298 12.5 Selection of FFT Lengths......Page 300 12.6 Threshold Determination and Probability of Detection......Page 302 12.7 Additional Detection Scheme to Improve Pulse Width Capability......Page 304 12.8 Short Pulse......Page 306 12.9 Long Weak Signal......Page 307 12.10 Signals Detected by Multiple Numbers of Windows......Page 308 12.11 Selection of Certain Windows......Page 310 12.12 Two Signals in One Frequency Bin......Page 311 12.13 Parameter Measurements......Page 313 References......Page 314 13.2 Methodology......Page 316 13.3 Polyphase Filter Design......Page 317 13.4 Property of the Polyphase Filter......Page 321 13.5 Time-Domain Detection and Sensitivity......Page 323 13.6 Rabbit Ear Generation......Page 325 13.8 PW and FFT Operation......Page 327 13.9 Determine the Number of Signals......Page 328 13.10 Odd and Even Complex Receiver Outputs......Page 329 13.11 Determine the Input Frequency......Page 331 13.12 Frequency Resolution as a Function of Pulse Width......Page 333 13.13 Amplitude, TOA, and PW Measurements......Page 335 13.14 Minimum PW Limitation and Reduction of False Detection......Page 336 References......Page 337 14.2 Basic Barker Code Properties......Page 338 14.3 Generation of BPSK Signals and Their FFT Outputs......Page 340 14.4 Using FFT Outputs to Determine the Existence of a BPSK Signal......Page 343 14.6 Study of Three Eigenvalues on Complex BPSK and CW Signals......Page 348 14.8 Using Conventional FFT Receiver Outputs to Detect a BPSK Signal......Page 350 14.9 Using Two Frames to Detect BPSK Signals......Page 353 14.10 Using an Eigenvalue After the FFT Operation......Page 356 14.11 Detecting BPSK with a Phase Comparison After the Polyphase Filter......Page 358 14.12 Detecting BPSK with an Eigenvalue Ratio After the Polyphase Filter......Page 359 14.13 Find the Phase Transition Locations in the BPSK Signal......Page 360 14.14 Conclusion......Page 364 References......Page 365 15.2 A Chirp Signal in Time- and Frequency-Domain Outputs......Page 366 15.3 Using FFT Outputs to Determine the Existence of a Chirp Signal......Page 368 15.4 Using Eigenvalue to Determine the Existence of a Chirp Signal......Page 370 15.5 Compare Chirp Signal Detecting Results from the FFT and Eigenvalue Methods......Page 372 15.6 Recognizing Chirp Signals from Receiver Outputs......Page 373 15.7 Frequency Measured Through an Amplitude Comparison......Page 375 15.8 Signal Conditions for Chirp Detection After the Conventional FFT Operation......Page 376 15.10 One CW Signal at Boundary of Two Frequency Bins......Page 377 15.12 Chirp Signal After the Polyphase Filter Receiver Approach......Page 379 15.13 Detecting a Chirp Signal After an FFT or a Polyphase Filter Operation......Page 380 15.14 Phase Comparison After the Conventional FFT Operation......Page 381 15.15 Phase Comparison After a Polyphase Filter Operation......Page 382 15.17 Summary......Page 384 Reference......Page 385 16.2 Define the Problem......Page 386 16.3 Signal Generation......Page 387 16.4 Normal and Simplified Approaches......Page 388 16.5 Base Line Performance......Page 390 16.6 Angle Measurement......Page 391 16.7 Processing Gain from Two-Dimensional Coherent Processing......Page 393 16.8 Frequency Conversion and Filtered Output Calibration......Page 395 16.9 16-Element Antenna with Uniform Spacing......Page 397 16.11 Frequency and AOA Conversion......Page 399 16.13 Amplitude Comparison......Page 402 16.14 Two Simultaneous Signals......Page 406 16.15 Eigenvalue and MUSIC Method......Page 407 16.16 Nonuniformed Antenna Spacing......Page 409 16.17 AOA Measurement Through Nonuniformed Antenna Spacing......Page 410 16.18 Potential Front End Design......Page 413 16.19 Frequency Independent AOA Measurements......Page 414 16.20 AOA Operation Followed by the Frequency Operation......Page 416 16.21 Conclusion......Page 417 References......Page 418 Appendix List of Programs......Page 420 About the Author......Page 426 Index......Page 428 Offering engineers a thorough examination of special, more advanced aspects of digital wideband receiver design, this practical book builds on fundamental resources on the topic, helping you gain a more comprehensive understanding of the subject. This in-depth volume presents a detailed look at a complete receiver design, including the encoder. Moreover, it discusses the detection of exotic signals and provides authoritative guidance on designing receivers used in electronic warfare. From frequency modulation and biphase shifting keys, to parameter encoders in electronic warfare receivers and