[發(fā)明專利]基于DDS和乒乓式鎖相環(huán)相結(jié)合的步進(jìn)頻信號(hào)產(chǎn)生方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110217047.X
• 申請(qǐng)日: 2011-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN102347764A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張春榮;余鐵軍;糜光璞;王棟;梁文博;郝金華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國兵器工業(yè)第二○六研究所
• 主分類號(hào): H03L7/08
• 分類號(hào): H03L7/08;G01S7/28
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 張問芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于直接數(shù)字式頻率合成(DDS)和乒乓式鎖相環(huán)相結(jié)合的步進(jìn)頻信號(hào)產(chǎn)生方法。應(yīng)用在步進(jìn)頻雷達(dá)頻率合成器的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)大幅提高步進(jìn)頻雷達(dá)頻率合成器的性能，對(duì)于各個(gè)頻段的步進(jìn)頻雷達(dá)頻率合成器具有通用性，并且對(duì)于其它體制雷達(dá)頻率合成器的設(shè)計(jì)提供了良好的借鑒。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，采用距離高分辨率雷達(dá)信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行高分辨率成像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測與識(shí)別已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達(dá)的一個(gè)重要研究和發(fā)展方向。步進(jìn)頻信號(hào)是一種常用的距離高分辨率雷達(dá)信號(hào)，它是一個(gè)包含N個(gè)發(fā)射頻率的脈沖串，每個(gè)脈沖的發(fā)射頻率不同，頻率步進(jìn)為固定值。從時(shí)域上看，步進(jìn)頻信號(hào)是由脈沖寬度為τ、脈沖重復(fù)間隔為Tr的N個(gè)子脈沖組成的脈沖串；從頻域上看，步進(jìn)頻信號(hào)是由起始載頻為f₀、載頻步進(jìn)為Δf、并按照線性規(guī)律(比如三角波、鋸齒波等方式)跳變的N個(gè)載頻組成的跳頻信號(hào)。步進(jìn)頻信號(hào)是一種合成寬帶信號(hào)，它將寬帶信號(hào)分解成N個(gè)窄帶信號(hào)，通過對(duì)N個(gè)窄帶信號(hào)的發(fā)射、接收和處理獲得等效大帶寬和高距離分辨率。由于步進(jìn)頻信號(hào)發(fā)射和接收的脈沖信號(hào)均為窄帶信號(hào)，具有瞬時(shí)帶寬窄的特點(diǎn)，所以對(duì)于接收前端和A/D采樣速率的要求都不高，易于工程實(shí)現(xiàn)。

在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中，步進(jìn)頻信號(hào)都是由頻率合成器實(shí)現(xiàn)的，決定其性能的主要是帶寬、頻率分辨率、跳頻時(shí)間、相位噪聲和雜散電平等技術(shù)指標(biāo)。目前，步進(jìn)頻信號(hào)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(shù)字式頻率合成方法實(shí)現(xiàn)。

直接模擬式頻率合成方法是以一個(gè)高穩(wěn)定的晶體振蕩器作為參考頻率源，通過對(duì)參考頻率源進(jìn)行分頻、混頻和倍頻，并結(jié)合多個(gè)開關(guān)濾波組件的信號(hào)濾波和控制作用從而產(chǎn)生所需要的步進(jìn)頻信號(hào)。這種方法雖然具有較快的跳頻時(shí)間和極低的相位噪聲等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)極高的頻率分辨率，但是隨著頻率分辨率的提高，系統(tǒng)的雜散性能將會(huì)急劇惡化，而且系統(tǒng)將變得非常復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)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(fā)展需求。

間接式頻率合成方法即是我們通常所說的鎖相環(huán)頻率合成方法，它利用反饋的原理產(chǎn)生步進(jìn)頻信號(hào)所要求的頻率步進(jìn)，并通過連續(xù)改變環(huán)路分頻比值實(shí)現(xiàn)步進(jìn)頻信號(hào)載波頻率的線性跳變。這種方法雖然具有系統(tǒng)電路形式簡單、體積小和成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是它的主要缺陷就是跳頻時(shí)間、頻率分辨率和相位噪聲等指標(biāo)較差，而且跳頻時(shí)間和頻率分辨率還是一對(duì)無法兼顧的指標(biāo)，這兩項(xiàng)指標(biāo)中，其中一個(gè)指標(biāo)的優(yōu)化是以犧牲另外一個(gè)指標(biāo)作為代價(jià)的。采用間接式頻率合成方法實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)頻信號(hào)其跳頻時(shí)間一般在10微秒以上，不能滿足脈沖重復(fù)間隔較小(小于10μS)的應(yīng)用場合。

直接數(shù)字式頻率合成(簡稱DDS)方法是隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種頻率合成方法。它是根據(jù)正弦函數(shù)的產(chǎn)生，從相位出發(fā)，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?yàn)樗菙?shù)字處理的。直接數(shù)字式頻率合成方法的特點(diǎn)是可以通過靈活的數(shù)字處理器對(duì)其輸出信號(hào)的頻率、相位和幅度進(jìn)行精確、快速的設(shè)置，跳頻時(shí)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?cái)嗪蛿?shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)的限制導(dǎo)致了直接數(shù)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(shù)字集成電路材料和工藝水平的限制，直接數(shù)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?qū)嵱玫闹苯訑?shù)字式頻率合成器的最高輸出頻率也只能達(dá)到L波段。所以，單純的直接數(shù)字式頻率合成方法無法直接實(shí)現(xiàn)更高頻率的微波信號(hào)合成，難以實(shí)現(xiàn)大帶寬信號(hào)合成，而且其輸出信號(hào)雜散電平指標(biāo)也較差。所以，盡管直接數(shù)字式頻率合成方法解決了跳頻時(shí)間和頻率分辨率的問題，但是它依然有許多目前技術(shù)水平條件下無法解決的問題，使得單純的直接數(shù)字式頻率合成方法的應(yīng)用受到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是針對(duì)上述幾種目前主要的步進(jìn)頻信號(hào)產(chǎn)生方法存在的跳頻時(shí)間、最小步進(jìn)、相位噪聲、雜散電平、帶寬、體積和成本等指標(biāo)之間相互影響和制約的缺陷，提供一種新的步進(jìn)頻信號(hào)產(chǎn)生方法，使上述各項(xiàng)指標(biāo)能夠兼顧并得到進(jìn)一步的優(yōu)化，從而設(shè)計(jì)出高性能的步進(jìn)頻信號(hào)。