CN102088296A - 微波带宽折叠接收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波带宽折叠接收方法:将输入频带的带宽对半折断,形成高、低子频带,且把高子频带下移至低子频带,在折叠码控制下,输出信号所在的低子频带,同时从高、低子频带中检出视频脉冲的先后顺序,输出信号标志(s1)和折叠码(m0)。折叠器折叠一次,带宽降低1倍,通过带宽逐级折叠,输出归一化误差射频、特征频率和绝对频率。本发明的有益效果是:频带宽,频率选择性好,截获概率接近100%;具有瞬时测频功能,不受交叠信号干扰;输出的归一化既为精细测频创造了条件,又可直接变成宽带条件下的数字化接收机。本发明由常规元器件有机组合而成,制造容易。

Description

微波带宽折叠接收方法
技术领域
本发明涉及宽带微波脉冲信号的接收,特别是涉及微波带宽折叠接收方法。
背景技术
目前,微波接收方法大致有以下几种:晶体视频接收法、外差接收法、瞬时测频接收法、信道化接收法、微扫(压缩)接收法和声光(布喇格盒)接收法。晶体视频接收法,不能输出频率信息,交叠信号出错。外差接收法,频带窄,截获概率低,特别是捷变频信号。瞬时测频接收法,对频率分集信号、交叠信号,时常输出错误频率,且不能给出标志。信道化接收法,输出信号处理难。微扫(压缩)接收法和声光(布喇格盒)接收法,受困于关键器件技术的发展程度,运用很少。因此,面对密集而复杂的雷达信号环境,必须寻求新的接收方法,以满足频带宽、频率选择性好、适应雷达能力强、易于实现数字化等要求。
发明内容
本发明的目的是:针对现有接收方法的缺陷和不足,提出一种微波带宽折叠方法,以适应密集而复杂的雷达信号环境。
本发明是这样实现的:
(1)带宽折叠接收方法,包括1~n个串连折叠器和输出电路。
(2)串连折叠器:折叠器是按频带工作的,输入频带内的射频是信号送至第1级折叠器,进行带宽折叠处理后,输出折叠码和折叠射频,并将后者送至串连折叠器的第2级;第2级折叠器重复第1级折叠器处理后送至串连折叠器的第3级,依次下传,直到折叠器n。
(3)每级折叠器由微波组件和编码控制器组成。微波组件将输入频带的带宽对半折断,形成高、低子频带,而且把高子频带下移至低子频带;在折叠码控制下,输出折叠射频;同时从高、低子频带中检出的视频信号送编码控制器;编码控制器根据视频信号的先后顺序:输出信号标志和折叠码:高子频带信号先到,折叠码为1,否则折叠码为0;并将折叠码送微波组件,控制高、低子频带之一输出。折叠器折叠一次,带宽降低1倍。
(4)末级折叠器n输出的折叠带宽,送输出电路,处理后输出归一化误差射频和对数视频脉冲。
(5)每级折叠器输出的折叠码,按顺序排列起来,就是信号特征频率。
本发明的有益效果是:具有晶体视频接收机的带宽;具有外差接收机的频率选择性,信号截获概率接近100%;具有瞬时测频接收机的瞬时测频功能,时域上的任何交叠信号,输出先到信号的信息都是完整而精确的,不受交叠信号干扰;具有信道化接收机并行输出信道中先到信号的编码、归一化误差射频输出和交叠信号标志;没有微扫(压缩)接收机和声光(布喇格盒)接收机对新器件的依赖性;归一化误差射频与瞬时测频直接连接,可以得到更精细的频率;与模/数变换器直接连接,可以构成宽带条件下的数字化接收机;本发明由常规元器件的有机组合而成,制造容易。
附图说明
图1微波带宽折叠接收的原理流程图
图2微波带宽折叠接收机原理框图
图3折叠器的组成框图
图4微波组件原理图
图5编码控制器逻辑图
图6输出电路原理图之一
图7输出电路原理图之二
图8输出电路原理图之三
图92~18GHz、5级折叠电路原理图
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明的技术方案:如图1,微波带宽折叠接收方法是:将输入频带(F0)的带宽(FW0)对半折断,形成高、低子频带,且把高子频带下移至低子频带;在折叠码控制下,输出信号所在的低子频带;同时从高、低子频带中检出视频脉冲的先后顺序,输出信号标志(s1)和折叠码(m0)。折叠器折叠一次,带宽降低1倍。通过带宽逐级折叠,输出归一化误差射频(FOUT)、特征频率(m1m2…mn)和绝对频率(见公式18)。
为了下文应用,现将微波信号符号说明如下:
Fi:输入/输出频带(率),也就是频率范围,i=0,1,2,…,n。如i=0,F0=2~18GHz;
FD:下界频率,一般情况下不变。如F0=2~18GHz,则FD=2GHz;
FUi:上界频率。如i=0,F0=2~18GHz,则FU0=18GHz;
FWi:带宽。如i=0,F0=2~18GHz,则
FW0=FU0-FD=18GHz-2GHz=16GHz;
如图2,根据微波带宽折叠接收方法构造的原理框图,由串连折叠器1~n级和输出电路组成。输入频带F0(代表其中的所有信号)送折叠器1,经带宽折叠后,输出折叠码m1、信号标志s1和信号所在的低子频带F1,并将F1送折叠器2,重复折叠器1的工作,直到折叠器n,并将Fn送输出电路,输出归一化误差射频FOUT和对数直流脉冲P;折叠器的外部复位信号r,通常来自信号后沿,一旦复位,立即再接收信号;如果r延迟,延迟时间内跟踪原信号。
折叠器i的输出带宽FWi
F Wi = F W 0 2 i i=1,2,…,n                        (1)
式中,FW0:输入(设计)带宽;
i:折叠器的级数。
如果已知折叠器的输入带宽FW0和输出带宽FWi,代入(1)式,就可算出折叠器的总级数n。
输出频带Fi与输出带宽FWi的关系:
Fi=FWi+FD    i=1,2,3,…,n                (2)
式中,FD:F0的下界频率。
如图3,折叠器i由微波组件和编码控制器两部分组成,连接关系是:微波组件从高、低子频带中检出的视频脉冲dai1、dai0,送编码控制器MCi;MCi根据视频脉冲所在的子频带和信号间的时域特征,输出控制信号ci1、ci0到微波组件,分别控制微波开关Ki1、Ki0的通、断。
如图4,微波组件由射频放大器Ai0、功分器(包括前置功分器PDi、高子带功分器PDi1和低子带功分器PDi0)、滤波器(包括高子带滤波器WFi1和低子带滤波器WFi0)、检波交流放大器(包括高子带检波交流放大器DAi1和低子带检波交流放大器DAi0)、变频器(包括本振FLi和射频放大器Ai1)、微波开关(包括高子带微波开关Ki1和低子带微波开关Ki0)和合路器Hi组成。
微波组件是这样工作的:输入频带是上一级折叠器i-1输出的子频带Fi-1,经射频放大器Ai0放大后送前置功分器PDi,PDi将输入频带分成两路:第一路输出,经滤波器WFi1滤出输入带宽的高半断,形成高子频带,到高子频带功分器PDi1;第二路输出,经滤波器WFi0滤出输入带宽的低半断,形成低子频带,到低子频带功分器PDi0
高子频带滤波器WFi1的频率范围FWFi1
FWFi1=FUi~FUi-1        i=1,2,3,…,n            (3)
式中,FUi:折叠器i输出的上界频率;
FUi-1:折叠器i-1输出的上界频率。
低子带滤波器WFi0的频率范围FWFi0
FWFi0=FD~FUi           i=1,2,3,…n              (4)
式中,FD:输入频带的下界频率。
输出带宽FWi与高、低子频带滤波器FWFi1、FWFi0的带宽的关系:
FWi=FUi-1-FUi=FUi-FD    i=1,2,3,…n              (5)
(5)式说明:折叠器i输出的带宽等于高、低子频带滤波器FWFi1、FWFi0的带宽
高子频带功分器PDi1的一端pdi10,经检波交流放大器DAi1,输出脉冲dai1到编码控制器MCi;PDi1的另一端pdi11送至下变频器,将高子频带变成低子频带后,输送至高子频带微波开关Ki1。低子频带功分器PDi0的一端pdi00,经检波交流放大器DAi0放大后,输出脉冲dai0到编码控制器MCi;PDi0的另一端pdi01,输送至低子频带微波开关Ki0。Ki1、Ki0在编码控制器MCi的控制下,输出其一至合路器Hi,完成频带折叠。Hi输出的Fi就是下一级折叠器i+1的输入。
下变频器由混频器和射频放大器Ai1组成,Ai1用来补偿下变频器的损耗,下变频器的滤波由下一级折叠器的高、低子频带滤波器完成。
混频器的本振频率FLi
FLi=FWi    i=1,2,3,…,n            (6)
式中,FWi:折叠器i的输出带宽,见公式(1)。
如图5,编码控制器MCi的逻辑图。编码控制器MCi由子频带标识寄存器Di1、Di0和门Gi0~2组成;输入脉冲dai1、dai0来自微波组件,分别代表高、低子频带的输出信号;在MCi中,当高、低子频带同时输出信号时,则高、低标识寄存器Di1、Di0同时被置“1”;当高、低子频带不同时输出信号时,则先输出者置“1”,后到者无效;di1、di0分别代表高、低标识寄存器Di1、Di0输出;当di1=0、di0=0时,信号标志si=0,否则si=1;当di1=1,di0=0时,折叠码mi=1,否则mi=0。这种状态直到复位信号到来时结束。
子频带标识寄存器Di1、Di0的输入逻辑表达式:
信号前沿输入端(Di中的”>”):cp/Di1、cp/Di0,分别为:
cp/Di1=dai1            i=1,2,3,…,n        (7)
cp/Di0=dai0            i=1,2,3,…,n        (8)
Di1、Di0的D端:D/Di1、D/Di0,分别为:
D / D i 1 = d i 0 ‾ i=1,2,3,…,n                    (9)
D / D i 0 = d i 1 ‾ i=1,2,3,…,n                    (10)
式中,
Figure BDA0000036463150000073
Figure BDA0000036463150000074
分别为低标识寄存器Di0、Di1输出di0、di1的反码。
信号结束靠Di1、Di0的异步复位端c/Di1、0的复位脉冲,逻辑表达式:
c/Di1,0=r            i=1,2,3,…,n         (11)
式中,r:复位脉冲;脉冲信号,产生于脉冲后沿;连续波信号产生于脉冲宽度超时。
Di1、Di0的输出功能:
信号标志si(见门Gi2):
si=di1+di0            i=1,2,3,…,n        (12)
信号标志只有两种状态是稳定的:有信号时,S(=s1s2…sn)为全1,无信号时,S为全0,其它状态都是过渡状态。
子频带i的折叠码mi(见门Gi1、0):
m i = d i 1 d i 0 ‾ i=1,2,3,…,n                (13)
折叠码M(=m1m2…mn),就是信号的特征频率。
S和M,信号宽度内有效。
高、低子频带微波开关受编码控制器控制:高子频带先输出信号时,高子频带微波开关导通,低子频带微波开关断开;否则,低子频带微波开关导通(包括没收到信号),高子频带微波开关断开。微波开关Ki1、Ki0的控制信号ci1、ci0
c i 1 = m i = c i 0 ‾ i=1,2,3,…,n                (14)
c i 0 = d i 0 + d i 1 ‾ i=1,2,3,…,n                (15)
逻辑图,见门Gi1、Gi0
折叠器i是通用的,i取1~n中的任何1个值,代入公式(1)~(6)中,就能得到该级折叠器的全部参数。
如图6,输出电路原理图之一:基本输出电路。由射频放大器An+1、滤波器WFn+1、微波开关Kn+1和检波对数直流放大器DLVA组成。An+1对射频作最后放大,WFn+1完成折叠器n高子频带折叠后的遗留滤波,带宽等于FWFn0,计算公式见公式(4)。FWFn+1的输出送微波开关Kn+1,输出到检波对数直流放大器DLVA,输出视频脉冲P。微波开关Kn+1,受末级折叠器n的信号标志sn控制:没信号时sn=0,Kn+1为断开状态,禁止信号输出,目的是禁止最低子频带内的连续波通过全部低子频带的输出;有信号时,sn=1,Kn+1通,输出信号。
如图7,输出电路原理图之二:增加了归一化误差射频输出。在图6中,微波开关Kn+1与检波对数直流放大器DLVA之间,加了一个功分器PDn+1。PDn+1的一端接DLVA,输出视频脉冲P;另一端输出归一化误差频率Fout
如图8,输出电路原理图之三:降低归一化误差射频输出。在图7的Fout之后增加了一级下变频器:混频器、滤波器WFn+2和射频放大器An+1。目的是降低输出频率,以便提高测频精度或直接数字化。本振频率FLn+1
FLn+1=FD-FDn+1                                (16)
式中,FDn+1:输出电路中输出信号的下界频率,
滤波器WFn+2的带宽:
FWFn+2=FDn+1~FDn+1+FWn                    (17)
以上三种输出电路中,基本输出电路是必不可少的,特别是滤波器WFn+1、微波开关Kn+1
三种输出电路输出的绝对频率F:
F = ( M + 1 2 ) F Wn + F D ΔF = ± F Wn 2 (图6)
=MFWn+Fout                 ΔF=Fout的测频误差(图7)
=MFWn+FD+Fout-FDn+1        ΔF=Fout的测频误差(图8)    (18)
式中,M:特征频率,等于折叠码的顺序排列:M=m1m2…mn
FWn:折叠器n的输出带宽;
FD:输入频带的下界频率;
Fout:输出电路输出的误差射频;
FDn+1:输出电路变频后的下界频率;
ΔF:测频误差。
频带下移并非一定要放到输出电路中。下变频器从原理上讲是非常灵活的,关键取决于折叠器的级数和系统的需要。如果折叠器的级数多,其间可挿入一级下变频器,降低输入频带的上、下界频率。此后折叠器的上、下界频率,必须用下变频器之后的上、下界频率;下变频器前的折叠器,仍保持原来的上、下界频率不变。
以上折叠器中,下变频时都是采用的低本振,优点甚多。实际应用中也可以用高本振,或高、低本振混合。不过折叠码、输出频率表达式等会发生变化,但终值不变。
如图9,2~18GHz、5级折叠电路原理图
当输入频带F0=2~18GHz,折叠器级数n=5时:
代入(1)式,输出带宽PW5=0.5GHz;
代入(2)式,输出频带F5=2.5GHz;
代入(3)式,高子频带滤波器WF1~51的频率范围FWF1~51:10~18GHz、6~10GHz、4~6GHz、3~4GHz、2.5~3GHz
代入(4)式,低子带滤波器WF1~50的频率范围FWF1~50:2~10GHz、2~6GHz、2~4GHz、2~3GHz、2~2.5GHz;
代入(6)式,混频器的本振频率FL1~5:8GHz、4GHz、2GHz、1GHz、0.5GHz;
频率特征码M=m1m2m3m4m5
以上参数,标注在图中。
输出电路,根据需要可选图6、图7、图8中之1:图6输出视频脉冲P;图7增加了归一化误差射频FOUT输出;图8下移归一化误差射频FOUT,当FLX=1.9GHz,WF7=0.1~0.6GHz时,FOUT的下界频率由2GHz变成了0.1HGz,上界频率由2.5GHz变成了0.6HGz,即:FOUT=0.1~0.6GHz。于是可以直接数字化。不同输出电路输出的绝对频率见公式(18)。
以上所述,仅为本发明原理具体实施例,但是本发明的构造特征并不局限于此,任何熟悉该项技术者在本发明领域内,可轻易思及的变化或修饰,皆属于本发明权利要求保护范围内。

Claims (9)

1.微波带宽折叠接收方法,其特征在于,它包括以下步骤:
(1)微波信号接收:
(2)微波信号折叠处理;
(3)输出归一化误差射频、对数视频脉冲、信号标志和特征码;
其中,所述的微波信号折叠处理由1~n个串连折叠器和输出电路完成,折叠器是按频带工作的,输入频带内的射频信号送至第1级折叠器,进行带宽折叠处理后,输出折叠码和折叠射频,并将后者送至串连折叠器的第2级;第2级折叠器重复第1级折叠器处理后送至串连折叠器的第3级,依次下传,直到折叠器n;
每级折叠器由微波组件和编码控制器组成,微波组件将输入频带的带宽对半折断,形成高、低子频带,而且把高子频带下移至低子频带;在折叠码控制下,输出折叠射频;同时从高、低子频带中检出的视频信号送编码控制器;编码控制器根据视频信号的先后顺序:输出信号标志和折叠码:高子频带信号先到,折叠码为1,否则折叠码为0;并将折叠码送微波组件,控制高、低子频带之一输出;折叠器折叠一次,带宽降低1倍;
末级折叠器n输出的折叠带宽,送输出电路,处理后输出归一化误差射频和对数视频脉冲;
每级折叠器输出的折叠码,按顺序排列起来,就是信号特征频率。
2.根据权利要求书1所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:输入频带F0送折叠器1,经带宽折叠后,输出折叠码m1、信号标志s1和信号所在的低子频带F1,并将F1送折叠器2,重复折叠器1的工作,直到折叠器n,并将Fn送输出电路,输出归一化误差射频FOUT和对数直流脉冲P;折叠器的外部复位信号r,通常来自信号后沿,一旦复位,立即再接收信号;如果r延迟,延迟时间内跟踪原信号。
3.根据权利要求书1所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:折叠器是带宽折叠方法的关键器件,有1~n级,依次串连而成,折叠器之间的唯一区别是带宽不同:后级折叠器的输出带宽是前级折叠器输出带宽的一半;
折叠器i的输出带宽FWi
F Wi = F W 0 2 i i=1,2,…,n
式中,FW0:输入带宽;
i:折叠器的级数;
输出频带Fi与输出带宽FWi的关系:
Fi=FWi+FD    i=1,2,3,…,n
式中,FD:F0的下界频率。
4.根据权利要求书1所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:折叠器i由微波组件和编码控制器两部分组成,连接关系是:微波组件从高、低子频带中检出的视频脉冲dai1、dai0,送编码控制器MCi;MCi根据视频脉冲所在的子频带和信号间的时域特征,输出控制信号ci1、ci0到微波组件,分别控制微波开关Ki1、Ki0的通、断。
5.根据权利要求书4所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:微波组件由射频放大器Ai0、功分器、滤波器、检波交流放大器、变频器、微波开关和合路器Hi组成;
功分器包括前置功分器PDi、高子带功分器PDi1和低子带功分器PDi0
滤波器包括高子带滤波器WFi1和低子带滤波器WFi0
检波交流放大器包括高子带检波交流放大器DAi1和低子带检波交流放大器DAi0
变频器包括本振FLi和射频放大器Ai1
微波开关包括高子带微波开关Ki1和低子带微波开关Ki0
输入频带是上一级折叠器i-1输出的子频带Fi-1,经射频放大器Ai0放大后送前置功分器PDi,PDi将输入频带分成两路:第一路输出,经滤波器WFi1滤出输入带宽的高半断,形成高子频带,到高子频带功分器PDi1;第二路输出,经滤波器WFi0滤出输入带宽的低半断,形成低子频带,到低子频带功分器PDi0
高子频带滤波器WFi1的频率范围FWFi1
FWFi1=FUi~FUi-1        i=1,2,3,…,n
式中,FUi:折叠器i输出的上界频率;
FUi-1:折叠器i-1输出的上界频率;
低子带滤波器WFi0的频率范围FWFi0
FWFi0=FD~FUi    i=1,2,3,…n
式中,FD:输入频带的下界频率;
输出带宽FWi与高、低子频带滤波器FWFi1、FWFi0的带宽的关系:
FWi=FUi-1-FUi=FUi-FD    i=1,2,3,…n
高子频带功分器PDi1的一端pdi10,经检波交流放大器DAi1,输出脉冲dai1到编码控制器MCi;PDi1的另一端pdi11送至下变频器,将高子频带变成低子频带后,输送至高子频带微波开关Ki1。低子频带功分器PDi0的一端pdi00,经检波交流放大器DAi0放大后,输出脉冲dai0到编码控制器MCi;PDi0的另一端pdi01,输送至低子频带微波开关Ki0。Ki1、Ki0在编码控制器MCi的控制下,输出其一至合路器Hi,完成频带折叠,Hi输出的Fi就是下一级折叠器i+1的输入;
下变频器由混频器和射频放大器Ai1组成,Ai1用来补偿下变频器的损耗,下变频器的滤波由下一级折叠器的高、低子频带滤波器完成;
混频器的本振频率FLi
FLi=FWi    i=1,2,3,…,n
式中,FWi:折叠器i的输出带宽;。
6.根据权利要求书4所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:编码控制器MCi由子频带标识寄存器Di1、Di0和门Gi0~2组成;输入脉冲dai1、dai0来自微波组件,分别代表高、低子频带的输出信号;在MCi中,当高、低子频带同时输出信号时,则高、低标识寄存器Di1、Di0同时被置“1”;当高、低子频带不同时输出信号时,则先输出者置“1”,后到者无效;di1、di0分别代表高、低标识寄存器Di1、Di0输出;当di1=0、di0=0时,信号标志si=0,否则si=1;当di1=1,di0=0时,折叠码mi=1,否则mi=0。这种状态直到复位信号到来时结束。
7.根据权利要求书6所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:编码控制器MCi中,信号标志si
si=di1+di0                i=1,2,3,…,n信号标志只有两种状态是稳定的:有信号时,S(=s1s2…sn)为全1,无信号时,S为全0,其它状态都是过渡状态;
子频带i的折叠码mi
m i = d i 1 d i 0 ‾ i=1,2,3,…,n
折叠码M(=m1m2…mn),就是信号的特征频率;
S和M,信号宽度内有效。
8.根据权利要求书4所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:高、低子频带微波开关受编码控制器控制:高子频带先输出信号时,高子频带微波开关导通,低子频带微波开关断开;否则,低子频带微波开关导通(包括没收到信号),高子频带微波开关断开;
微波开关Ki1、Ki0的控制信号ci1、ci0
c i 1 = m i = c i 0 ‾ i=1,2,3,…,n
c i 0 = d i 0 + d i 1 ‾ i=1,2,3,…,n逻辑图,见门Gi1、Gi0
9.根据权利要求书1所述的微波带宽折叠接收方法,其特征在于:所述的输出电路至少包括由滤波器WFn+1、微波开关Kn+1。组成的基本输出电路;
输出电路输出的绝对频率F:
F = ( M + 1 2 ) F Wn + F D ΔF = ± F Wn 2
或者F=MFWn+Fout             ΔF=Fout的测频误差
或者F=MFWn+FD+Fout-FDn+1    ΔF=Fout的测频误差
式中,M:特征频率,等于折叠码的顺序排列:M=m1m2…mn
FWn:折叠器n的输出带宽;
FD:输入频带的下界频率;
Fout:输出电路输出的误差射频;
FDn+1:输出电路变频后的下界频率;
ΔF:测频误差。
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