[發明專利]基于DDS和乒乓式鎖相環相結合的步進頻信號產生方法

無效

• 申請號: 201110123228.6
• 申請日: 2011-05-12
• 公開（公告）號: CN102185608A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 張春榮;余鐵軍;糜光璞;王棟;梁文博;郝金華
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第二○六研究所
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;G01S7/28
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 張問芬

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，具體為一種基于直接數字式頻率合成(DDS)和乒乓式鎖相環相結合的步進頻信號產生方法。應用在步進頻雷達頻率合成器的設計中，實現大幅提高步進頻雷達頻率合成器的性能，對于各個頻段的步進頻雷達頻率合成器具有通用性，并且對于其它體制雷達頻率合成器的設計提供了良好的借鑒。

背景技術

隨著現代雷達技術的發展，采用距離高分辨率雷達信號對目標進行高分辨率成像，從而實現對目標的檢測與識別已經成為現代雷達的一個重要研究和發展方向。步進頻信號是一種常用的距離高分辨率雷達信號，它是一個包含N個發射頻率的脈沖串，每個脈沖的發射頻率不同，頻率步進為固定值。從時域上看，步進頻信號是由脈沖寬度為τ、脈沖重復間隔為Tr的N個子脈沖組成的脈沖串；從頻域上看，步進頻信號是由起始載頻為f₀、載頻步進為Δf、并按照線性規律(比如三角波、鋸齒波等方式)跳變的N個載頻組成的跳頻信號。步進頻信號是一種合成寬帶信號，它將寬帶信號分解成N個窄帶信號，通過對N個窄帶信號的發射、接收和處理獲得等效大帶寬和高距離分辨率。由于步進頻信號發射和接收的脈沖信號均為窄帶信號，具有瞬時帶寬窄的特點，所以對于接收前端和A/D采樣速率的要求都不高，易于工程實現。

在現代雷達系統中，步進頻信號都是由頻率合成器實現的，決定其性能的主要是帶寬、頻率分辨率、跳頻時間、相位噪聲和雜散電平等技術指標。目前，步進頻信號主要采用直接模擬式頻率合成方法、間接式頻率合成方法和直接數字式頻率合成方法實現。

直接模擬式頻率合成方法是以一個高穩定的晶體振蕩器作為參考頻率源，通過對參考頻率源進行分頻、混頻和倍頻，并結合多個開關濾波組件的信號濾波和控制作用從而產生所需要的步進頻信號。這種方法雖然具有較快的跳頻時間和極低的相位噪聲等優點，但是這種方法也有其自身的缺陷。雖然采用這種方法理論上可以實現極高的頻率分辨率，但是隨著頻率分辨率的提高，系統的雜散性能將會急劇惡化，而且系統將變得非常復雜，會導致系統的體積龐大、成本急劇上升，不利于頻率合成器的小型化和模塊化發展需求。

間接式頻率合成方法即是我們通常所說的鎖相環頻率合成方法，它利用反饋的原理產生步進頻信號所要求的頻率步進，并通過連續改變環路分頻比值實現步進頻信號載波頻率的線性跳變。這種方法雖然具有系統電路形式簡單、體積小和成本低的優點，但是它的主要缺陷就是跳頻時間、頻率分辨率和相位噪聲等指標較差，而且跳頻時間和頻率分辨率還是一對無法兼顧的指標，這兩項指標中，其中一個指標的優化是以犧牲另外一個指標作為代價的。采用間接式頻率合成方法實現的步進頻信號其跳頻時間一般在10微秒以上，不能滿足脈沖重復間隔較小(小于10μS)的應用場合。

直接數字式頻率合成(簡稱DDS)方法是隨著大規模集成電路和微電子技術的發展而產生的一種頻率合成方法。它是根據正弦函數的產生，從相位出發，由不同的相位給出不同的電壓幅度，即相位-正弦幅度變換，最后濾波，平滑輸出所需要的頻率。它不同于上面所講的直接模擬式和間接式頻率合成方法，因為它是數字處理的。直接數字式頻率合成方法的特點是可以通過靈活的數字處理器對其輸出信號的頻率、相位和幅度進行精確、快速的設置，跳頻時間極快，而且它還具有極高的頻率分辨率和相位分辨率。但是目前這種頻率合成方法還有許多問題尚未很好地解決，其中最突出的問題就是相位噪聲和雜散。由于相位截斷和數模轉換器位數的限制導致了直接數字式頻率合成器頻譜純度較差、輸出雜散電平較大。另外，受目前數字集成電路材料和工藝水平的限制，直接數字式頻率合成器的工作頻段較低、輸出帶寬較窄。目前，工藝成熟、性能可靠、在工程上能夠實用的直接數字式頻率合成器的最高輸出頻率也只能達到L波段。所以，單純的直接數字式頻率合成方法無法直接實現更高頻率的微波信號合成，難以實現大帶寬信號合成，而且其輸出信號雜散電平指標也較差。所以，盡管直接數字式頻率合成方法解決了跳頻時間和頻率分辨率的問題，但是它依然有許多目前技術水平條件下無法解決的問題，使得單純的直接數字式頻率合成方法的應用受到了很大的限制。

發明內容

本發明要解決的問題是針對上述幾種目前主要的步進頻信號產生方法存在的跳頻時間、最小步進、相位噪聲、雜散電平、帶寬、體積和成本等指標之間相互影響和制約的缺陷，提供一種新的步進頻信號產生方法，使上述各項指標能夠兼顧并得到進一步的優化，從而設計出高性能的步進頻信號。