CN108011677A - 一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法 - Google Patents
一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，本方法采用射频分频技术并结合信道化数字测频方法，实现覆盖的频段宽，截获概率高，能够保持高的频率分辨力。本发明选用32路数字信道化，保证测频延时不超过1μs，测频精度在1MHz范围内。射频分频模块先对输入的1‑18GHz射频信号进行三级放大、均衡，这样的设计压缩输入幅度动态，输入信号的动态范围是‑45dBm~0dBm，经过多级放大均衡后将其压缩至‑5dBm~0dBm；同时减少信噪比的恶化；并且保证超宽带信号1‑18GHz的幅度平坦度，使送至分频器的全频段信号功率均在其正常工作范围内。
Description
技术领域
本发明涉及电子侦察、电子对抗领域，特别是一种瞬时测频的方法。
背景技术
瞬时测频技术经过几十年的发展，理论技术已经非常成熟，在电子侦察、电子对抗领域发挥着非常重要的作用。在理想的、比较单纯的电子环境中，任何一种瞬时测频接收机都可以工作得很好。但是，随着雷达技术的不断进步，雷达信号形式发生了很大的变化，多数雷达都采用了捷变频技术，同时使用环境也发生了很大的变化，接收机面临的电磁环境越来越复杂，这时就需要更高性能的瞬时测频方法来担任重任。
在复杂的电磁环境中，无论是电子侦察技术还是电子干扰技术，都需要提取雷达信号的工作参数，在众多雷达参数中，频域参数特别是载频参数就是一个重要的指标参数，对雷达信号载频的测定通常由瞬时测频接收机来完成。传统的测频接收机多采用模拟方法实现，由于温度、增益等变换，使得系统性能相对较差且不稳定，很难满足实际要求。
随着雷达信号形式的日益增多，系统对瞬时测频接收机所需测频范围、瞬时带宽等的要求更加苛刻，从而使得软件无线电技术的应用越来越普遍。数字测频接收机就是将输入信号直接进行AD变换、数字存储，再在FPGA中进行数字信号处理，但由于受到数字电路工作速度等的限制，目前尚不能直接进行射频信号的AD变换和数据存储，因此瞬时带宽、测频范围受到很大限制，目前一般采用变频器将其转换到某一基带信号再进行处理，但这种方式即增加射频电路设计的难度，又延长了测频时间。
信号环境中的信号日益密集、频率跳变的速度与范围越来越大，这就迫切要求研制新型的测频接收机，使之即要有宽的频段覆盖性能，截获概率高，又要保持较高的频率分辨力；本发明解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，本发明覆盖的频段宽，截获概率高，能够保持高的频率分辨力。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，包括如下步骤：
步骤一，安装于瞬时测频板卡上的射频分频模块先对输入的1-18GHz射频信号通过放大器和均衡器进行三级放大、均衡；
步骤二，放大、均衡后的信号顺次经过5dB的衰减器、四分频器、带通滤波器、四分频器、低通滤波器，可得到功率值恒定的十六分频信号62.5MHz~1.125GHz的瞬时带宽；
步骤三，再通过放大器和5dB的衰减器进行一次放大和固定衰减；
步骤四，将62.5MHz~1.125MHz的瞬时带宽分成两段，分别作为62.5MHz~500MHz和500MHz~1.125GHz信号处理；
步骤五，分频处理后的信号送至AD芯片，AD采样后的数据送至FPGA进行数字下变频、信道化、数字测量、数据比较选择，得到62.5MHz~1.125GHz的瞬时测频码和检波脉冲；
步骤六，将该瞬时测频码乘以16倍换算出1-18GHz的最终瞬时测频码。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，数字下变频的具体过程为：把62.5MHz~500MHz的信号变到零中频信号，中心频率为281.25MHz，对该组零中频数据再进行1/4倍抽取，得到48bit@187.5MHz的数据流；把500MHz~1.125GHz的信号变到零中频信号，中心频率为812.5MHz，对该组零中频数据再进行1/4倍抽取，得到48bit@187.5MHz的数据流。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，信道化的具体过程为：首先把500MHz~1.125GHz信号划分为N个信道，信道的划分选择相邻信道50%交叠，则每个信道的抽取倍数就是N/2；每个信道的中心频率均不同，定义为DDSn（n=1…N）；4倍抽取后的中频信号IFn分别与N路用DDS产生的本振信号混频，得到N路零中频输出，再经N组低通滤波，进行2/N倍抽取。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法， N为32。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，数字测量的具体过程为：对N组信道化输出数据进行数字检波、数字测幅和比相法数字测频，得到N组测量数据，上述测量数据包括：检波脉冲CPn、脉冲幅度PAn和测频码Fn。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，数据比较选择的具体过程为：对N组测量数据采用比幅法进行数字比较，选择幅度最大的信道输出作为瞬时测频码的最终输出；若信号落在两个相邻信道交叠处，则任取其中一个信道作为最终结果。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，瞬时频率范围：1GHz-18GHz；信号输入功率范围：-45dBm~0dBm。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，信号的形式包括：连续波、脉冲单载频、线性调频、非线性调频、相位编码。
前述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，最小适应脉宽：100ns；测频时间：800ns；最小测频误差：1MHz。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，实现覆盖的频段宽，截获概率高，能够保持高的频率分辨力。本发明选用32路数字信道化，可以保证测频延时不超过1μs，测频精度在1MHz范围内。射频分频模块先对输入的1-18GHz射频信号进行三级放大、均衡，这样的设计压缩输入幅度动态，输入信号的动态范围是-45dBm~0dBm，经过多级放大均衡后将其压缩至-5dBm~0dBm；同时减少信噪比的恶化；并且保证超宽带信号（1-18GHz）的幅度平坦度，使送至分频器的全频段信号功率均在其正常工作范围内。
附图说明
图1是本发明瞬时测频板卡的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明射频分频模块的一种实施例的结构示意图；
图3是本发明瞬时测频板卡信号处理的流程图；
图4是本发明信道化和数字测量的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示，一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，包括如下步骤：
步骤一，安装于瞬时测频板卡上的射频分频模块先对输入的1-18GHz射频信号通过放大器和均衡器进行三级放大、均衡；这样的设计具有如下三个优点：一是压缩输入幅度动态，输入信号的动态范围是-45dBm~0dBm，经过多级放大均衡后将其压缩至-5dBm~0dBm；二是尽量减少信噪比的恶化；三是保证超宽带信号（1-18GHz）的幅度平坦度，使送至分频器的全频段信号功率均在其正常工作范围内。
步骤二，放大、均衡后的信号顺次经过5dB的衰减器、四分频器、带通滤波器、四分频器、低通滤波器，可得到功率值恒定的十六分频信号62.5MHz~1.125GHz的瞬时带宽；
步骤三，再通过放大器和5dB的衰减器进行一次放大和固定衰减；
步骤四，将62.5MHz~1.125MHz的瞬时带宽分成两段，分别作为62.5MHz~500MHz和500MHz~1.125GHz信号处理；因为62.5MHz~1.125MHz的瞬时带宽大于1GHz，因此在后续的信号处理时可以分成两段62.5MHz~500MHz和500MHz~1.125GHz信号来处理（以射频信号1-8GHz和8-18GHz来取，16分频后的信号为62.5MHz~500MHz和500MHz~1.125GHz），这样带宽均不超过650MHz，而两段信号的区别仅在于中心频率不一样，信号处理实现方式均一样，因此两段信号的信号处理实现可以采用同时例化的方式实现，只有初始频段范围、中心频率定义不同。
如图3所示，步骤五，分频处理后的信号送至AD芯片，AD采样后的数据送至FPGA进行数字下变频、信道化、数字测量、数据比较选择，得到62.5MHz~1.125GHz的瞬时测频码和检波脉冲；作为一种实施例，方案选用的A/D变换器量化位数为12bit，采样时钟3GHz，经其内嵌的DEMUX按1:4比率降速处理后，实际到达FPGA器件的数据流为48bit@750MHz。在FPGA器件中，还需进行1:4的降速，得到187.5MHz的16倍字长的数据，即192bit@187.5MHz。
数字下变频的具体过程为：把62.5MHz~500MHz的信号变到零中频信号，中心频率为281.25MHz，对该组零中频数据再进行1/4倍抽取，得到48bit@187.5MHz的数据流；把500MHz~1.125GHz的信号变到零中频信号，中心频率为812.5MHz，对该组零中频数据再进行1/4倍抽取，得到48bit@187.5MHz的数据流。
如图4所示，信道化的具体过程为：首先把500MHz~1.125GHz信号划分为N个信道，信道的划分选择相邻信道50%交叠，则每个信道的抽取倍数就是N/2；每个信道的中心频率均不同，定义为DDSn（n=1…N）；4倍抽取后的中频信号IFn分别与N路用DDS产生的本振信号混频，得到N路零中频输出，再经N组低通滤波，进行2/N倍抽取。
数字信道化设计中，信道如果选用过多，会导致测频时间过长；如果过少，又会导致测频精度下降。作为一种实施例， N为32。选用32路数字信道化，可以保证测频延时不超过1μs，测频精度在1MHz范围内。在进行信道划分时，为确保覆盖整个带宽无盲区，信道的划分选择相邻信道50%交叠，即扩大每个信道的处理带宽。若信道划分为32路，则每个信道的抽取倍数就是16。
数字测量的具体过程为：对N组信道化输出数据进行数字检波、数字测幅和比相法数字测频，得到N组测量数据，上述测量数据包括：检波脉冲CPn、脉冲幅度PAn和测频码Fn。
数据比较选择的具体过程为：对N组测量数据采用比幅法进行数字比较，选择幅度最大的信道输出作为瞬时测频码的最终输出；若信号落在两个相邻信道交叠处，则任取其中一个信道作为最终结果。
步骤六，将该瞬时测频码乘以16倍换算出1-18GHz的最终瞬时测频码。
本发明的相关参数如下所示：
瞬时频率范围：1GHz-18GHz；信号输入功率范围：-45dBm~0dBm。
信号的形式包括：连续波、脉冲单载频、线性调频、非线性调频、相位编码。最小适应脉宽：100ns；测频时间：800ns；最小测频误差：1MHz。
本发明提供一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，实现覆盖的频段宽，截获概率高，能够保持高的频率分辨力。本发明选用32路数字信道化，可以保证测频延时不超过1μs，测频精度在1MHz范围内。射频分频模块先对输入的1-18GHz射频信号进行三级放大、均衡，这样的设计压缩输入幅度动态，输入信号的动态范围是-45dBm~0dBm，经过多级放大均衡后将其压缩至-5dBm~0dBm；同时减少信噪比的恶化；并且保证超宽带信号（1-18GHz）的幅度平坦度，使送至分频器的全频段信号功率均在其正常工作范围内。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，安装于瞬时测频板卡上的射频分频模块先对输入的1-18GHz射频信号通过放大器和均衡器进行三级放大、均衡；
步骤二，放大、均衡后的信号顺次经过5dB的衰减器、四分频器、带通滤波器、四分频器、低通滤波器，可得到功率值恒定的十六分频信号62.5MHz~1.125GHz的瞬时带宽；
步骤三，再通过放大器和5dB的衰减器进行一次放大和固定衰减；
步骤四，将62.5MHz~1.125MHz的瞬时带宽分成两段，分别作为62.5MHz~500MHz和500MHz~1.125GHz信号处理；
步骤五，分频处理后的信号送至AD芯片，AD采样后的数据送至FPGA进行数字下变频、信道化、数字测量、数据比较选择，得到62.5MHz~1.125GHz的瞬时测频码和检波脉冲；
步骤六，将该瞬时测频码乘以16倍换算出1-18GHz的最终瞬时测频码。
2.根据权利要求1所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，上述数字下变频的具体过程为：把62.5MHz~500MHz的信号变到零中频信号，中心频率为281.25MHz，对该组零中频数据再进行1/4倍抽取，得到48bit@187.5MHz的数据流；把500MHz~1.125GHz的信号变到零中频信号，中心频率为812.5MHz，对该组零中频数据再进行1/4倍抽取，得到48bit@187.5MHz的数据流。
3.根据权利要求1所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，上述信道化的具体过程为：首先把500MHz~1.125GHz信号划分为N个信道，信道的划分选择相邻信道50%交叠，则每个信道的抽取倍数就是N/2；每个信道的中心频率均不同，定义为DDSn（n=1…N）；4倍抽取后的中频信号IFn分别与N路用DDS产生的本振信号混频，得到N路零中频输出，再经N组低通滤波，进行2/N倍抽取。
4.根据权利要求3所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，上述N为32。
5.根据权利要求1所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，上述数字测量的具体过程为：对N组信道化输出数据进行数字检波、数字测幅和比相法数字测频，得到N组测量数据，上述测量数据包括：检波脉冲CPn、脉冲幅度PAn和测频码Fn。
6.根据权利要求1所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，上述数据比较选择的具体过程为：对N组测量数据采用比幅法进行数字比较，选择幅度最大的信道输出作为瞬时测频码的最终输出；若信号落在两个相邻信道交叠处，则任取其中一个信道作为最终结果。
7.根据权利要求1所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，瞬时频率范围：1GHz-18GHz；信号输入功率范围：-45dBm~0dBm。
8.根据权利要求1所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，信号的形式包括：连续波、脉冲单载频、线性调频、非线性调频、相位编码。
9.根据权利要求1所述的一种大动态超宽带数字瞬时测频的方法，其特征在于，最小适应脉宽：100ns；测频时间：800ns；最小测频误差：1MHz。
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