CN101917187A - 基于锁相环预置开关选频输出的步进频信号产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于锁相环预置开关选频输出的步进频信号产生方法，由锁相环、隔离放大器、单刀双掷高速电子开关、脉冲调制器和大规模可编程器件构成的锁相电路产生步进频信号，锁相环实现雷达步进频信号带宽及跳频间隔，隔离放大器隔离单刀双掷高速电子开关切换产生的驻波对锁相环的锁定相位的影响；单刀双掷高速电子开关在两锁相环之间以脉冲调制周期信号为触发进行切换，脉冲调制器以脉冲调制周期信号为控制信号实现脉冲调制；大规模可编程器件控制电路以脉冲调制周期信号为节拍向锁相环输出相应的控制指令，对两个锁相环进行频率交替预置实现频率步进。本发明在充分满足频率带宽、频率间隔要求下，在现有步进频信号产生方案中体积与重量最小。

Description

基于锁相环预置开关选频输出的步进频信号产生方法

技术领域

本发明涉及雷达脉冲信号频率合成方法，具体为基于锁相环预置开关选频输出的步进频信号产生方法。通过发射离散的步进频率脉冲实现对目标进行频域采样。

背景技术

雷达步进频率脉冲信号(简称步进频信号)是常用的一种距离高分辨率发射信号。其形式上是由以一个固定的频率差值为跳频间隔，按照固定跳频的规律，以步进跳频脉冲为跳频触发的一组连续脉冲串。其实质是通过发射离散的步进频率脉冲实现对目标进行频域采样然后在时域处理，在不增加信号带宽的前提下，通过脉冲串的相参合成处理而获得目标的合成距离剖面图，提高距离分辨率而不需要过高的A/D的采样率。其关键指标是带宽、频率分辨率和变频时间。通常，由频率综合器(以下简称频综)实现雷达步进频脉冲信号。

从产生方式上看，实现雷达步进频率脉冲信号实际上是一种符合一定跳频规律的捷变频频率合成。相对于一般的捷变频频率合成对于相位噪声、杂散、体积重量等的一般要求外，雷达步进频率脉冲信号还有如下几个特点：

1)雷达步进频脉冲信号的带宽由雷达需实现的距离分辨率决定，其频率步进一般选取对应脉冲调制信号带宽，则雷达步进频脉冲信号的步进和信号带宽成为随雷达性能要求变化的设计参数；

2)步进频率脉冲信号的跳频以雷达工作的脉冲重复周期为跳频触发进行脉间跳频，这就要求频率变频时间需满足脉间跳频要求；

3)步进频率脉冲信号的跳频以频率间隔为步进，有着固定的变频规律。

针对雷达步进频率脉冲信号的特点，为实现信号可变带宽、可变步进并且有跳频时间要求、具有一定的可扩展性的雷达步进频率脉冲信号产生方法，如果采用直接模拟式频率合成显然需要通过谐波发生器和大量的开关滤波器组，其体积大、重量重、可扩展性不强；如果选用直接数字式频率合成方案，则由于现在常用的数字直接式频率合成器(DDS)带宽限制，常常需要采用倍频的方案扩展带宽，将会使带内杂散指标成倍恶化；如果选用数字锁相环实现，则可以方便的设计信号带宽与步进，但是由于锁相环变频时间一般大于10μs，无法实现步进频率的快速变频。

发明内容

本发明要解决的问题是针对常用的雷达步进频信号产生方式存在的体积、重量、带宽、频率分辨率、变频时间等指标不能兼顾的局限性，依据雷达步进频信号的特点，提供一种新的频率合成方法，将上述的各项指标加以统一，形成一种模块化的雷达步进频信号产生方法，用以满足雷达对于步进频信号形式的要求。

本发明的技术方案如下：

1)步进频信号由锁相环1、隔离放大器1、锁相环2、隔离放大器2、单刀双掷高速电子开关、脉冲调制器和大规模可编程器件控制电路产生；

2)锁相环1、锁相环2为相同结构的两组锁相环电路，用于实现雷达步进频信号带宽、及跳频间隔，其跳频时间小于雷达工作的脉冲调制周期；

3)隔离放大器1、隔离放大器2用于隔离单刀双掷高速电子开关切换产生的驻波对锁相环的锁定相位的影响；

4)单刀双掷高速电子开关用于在锁相环1和锁相环2之间以脉冲调制周期信号为触发进行切换。在切换到锁相环1时，锁相环1输出当前频率点，此时，控制电路将下一个频率点值置于锁相环2中实现频率步进；在下一个脉冲调制周期到来时，开关切换到锁相环2输出预置的频率点；

5)脉冲调制器以脉冲调制周期信号为控制信号实现脉冲调制；

6)大规模可编程器件控制电路以脉冲调制周期信号为节拍输出相应的控制指令。

本发明采用上述锁相电路产生雷达步进频脉冲信号，与现有技术相比较具有以下优点：

1)本发明的以锁相环为基础雷达步进频脉冲信号，在充分满足频率带宽、频率间隔的要求下，在现有步进频信号产生方案中具有最小的体积与重量；实现将频率带宽、频率间隔与体积与重量等各项指标加以统一。

2)通过单刀双掷高速电子开关选频输出，将锁相环的10μs级以上的跳频时间转化为开关切换的ns级跳频时间，保证了雷达步进频率脉冲信号的捷变频要求。

3)表1列出了本方案与传统方案的比较。

表1本方案与传统方案对比表

方案

带宽

频率分辨率

变频时间

杂散

体积

重量

模拟直接式合成

宽

低

快

高

大

重

数字直接式合成

窄

高

快

高

较小

较轻

数字锁相环合成

宽

高

慢

低

小

轻

本方案

宽

高

快

低

较小

较轻

由表1可看出，在其关键指标是带宽、频率分辨率和变频时间三个方面，本方案有着绝对优势。

附图说明

图1本发明实现方案的硬件构成框图

图2本发明步进频信号产生方法控制时序图

具体实施方式

图1提供了本发明的优选实施例。如图1所示，参考时钟fr决定了输出信号频率间隔，如果采用锁相环1和锁相环2内部使用前置分频器，则频率间隔为fr除以前置分频器的分频比。锁相环1和锁相环2受大规模可编程器件控制电路输出的锁相环控制码(对应图2中PLL2MA[7..0]、PLL1MA[7..0])控制，以脉冲调制周期(对应图2中BPMCH)为触发，分别输出信号带宽内的奇数频点与偶数频点。加电时，锁相环1、锁相环2均处于第一点的初始状态，在第一个脉冲调制周期到达时，二选一开关(即单刀双掷高速电子开关，下同)选通锁相环1，锁相环1输出第一个频率点，同时锁相环2置为第二个频率点，锁相环2开始跳频到第二个频率点；第二个脉冲调制周期到达时，二选一开关选通锁相环2，输出第二个点，同时锁相环1置为第三个频率点，锁相环1开始跳频到第三个点……如此直到输出全带宽信号。单刀双掷高速电子开关在选频输出时，也将锁相环的10μs级以上的跳频时间转化为开关切换的ns级跳频时间，保证了雷达步进频率脉冲信号的捷变频要求。

本发明从控制的速度要求、体积与成本出发，选用CPLD器件实现对锁相环1和锁相环2的交替预置控制。CPLD是复杂可编程逻辑器件的英文简称，用它来实现控制电路，具有体积小，速度高、调试简单方便设计升级的特点，借助专用软件通过JTAG接口可实现在线编程，一般可编程次数在一百次以上。控制时序见图2所示。

图2中BPMCH为图1中输入脉冲调制周期，PLLC为图1中二选一开关控制信号K，PLL2MA[7..0]、PLL1MA[7..0]分别为图1中锁相环1控制码、锁相环2控制码。当PLLC为高电平时开关选通锁相环2；PLLC为低电平时开关选通锁相环1。从图2可以清楚地看到控制电路对两个锁相环进行频率交替预置的工作过程。

本发明的优选实施例中设置两个锁相环电路，但显而易见，也可以通过用四个或是更多的锁相环电路通过单刀多掷开关来实现。另外，对于锁相环电路无需过多要求，无论是脉冲吞除数字锁相环还是小数分频锁相环均可适用于本方案；对于大规模可编程控制电路，也可用FPGA实现。本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离本发明权利要求所界定的范围内进行各种增补、改进和更换，因此，本发明是广泛的。

Claims (3)

1.基于锁相环预置开关选频输出的步进频信号产生方法，其特征在于：用软硬件相结合的方法产生步进频信号，软件对步进频信号的产生进行时序控制；硬件由锁相环1、锁相环2、隔离放大器1、隔离放大器2、单刀双掷高速电子开关、脉冲调制器和大规模可编程器件构成，其中，两锁相环为相同结构的两组锁相环电路，用于实现雷达步进频信号带宽及跳频间隔，隔离放大器用于隔离单刀双掷高速电子开关切换产生的驻波对锁相环的锁定相位的影响；单刀双掷高速电子开关在两锁相环之间以脉冲调制周期信号为触发进行切换，脉冲调制器以脉冲调制周期信号为控制信号实现脉冲调制输出；大规模可编程器件控制电路以脉冲调制周期信号为节拍向锁相环输出相应的控制指令，对两个锁相环进行频率交替预置实现频率步进。

2.根据权利要求1所述的基于锁相环预置开关选频输出的步进频信号产生方法，其特征在于：软件部分对步进频信号产生的时序控制为：大规模可编程器件控制电路输出的锁相环控制码控制锁相环1和锁相环2以脉冲调制周期为触发，分别输出信号带宽内的奇数频点与偶数频点，加电时，锁相环1和锁相环2均处于第一点的初始状态，在第一个脉冲调制周期到达时，单刀双掷高速电子开关选通锁相环1，锁相环1输出第一个点，同时控制电路将下一个频率点值置于锁相环2实现频率步进，锁相环2跳频到第二个频率点；第二个脉冲调制周期到达时，单刀双掷高速电子开关选通锁相环2，输出第二个频率点，同时控制电路将锁相环1置为第三个频率点，锁相环1开始跳频到第三个频率点，如此，通过控制电路对两个锁相环进行频率交替预置，直到输出全带宽信号。

3.根据权利要求1所述基于锁相环预置开关选频输出的步进频信号产生方法，其特征在于：单刀双掷高速电子开关通过选频输出，将锁相环的10μs级以上的跳频时间转化为开关切换的ns级跳频时间，保证雷达步进频率脉冲信号的捷变频要求。

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