CN112966462A - 雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法，对功放的放大管上的等效电感和等效电容进行简化，得到电路模型，该电路模型中，

为储能电容

两端电压，

为电感，负载由等效电阻

及电容

构成，

和

电压相等，故

即为输出电压；利用

替代

，并不失一般性地假设储能电容的初始归一化电压

，可得到固态功率放大器的脉冲幅度模型随时间的分段函数，采用分段式建模消除了传统模型中前沿、后沿以及顶部降落中村的干扰，从而输出理想的矩形调制脉冲。

Description

雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法

技术领域

本发明涉及雷达发射机领域，具体涉及一种雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法。

背景技术

辐射源个体识别通过从被截获的雷达辐射源信号中检测有用的信息，从而识别发射该信号的雷达类型。雷达辐射源识别要经过雷达辐射信号接收、信号特征参数提取和信号识别三个阶段，传统的雷达辐射源个体识别主要利用信号的常规参数，如载频(RF)、脉宽(PW)、脉幅(PA)、重频(PRF)和脉内调制方式等脉冲参数构成的脉冲描述字(PDW)。

雷达信号的脉内调制特征分为脉内有意调制和脉内无意调制。脉内有意调制又称功能性调制，是指对信号进行有目的相位调制、频率调制和幅度调制，是现代雷达广泛采用的技术。随着雷达系统复杂性的提高，各类新体制雷达的调制方式复杂多变，为了提高反侦察能力，调制方式有意的随机跳变，提高了有意调制特征提取与识别的难度和准确度。由此引出了无意调制特征提取与识别技术。

脉内无意调制是由于大功率雷达发射机的发射管、调制器和高压电源等器件或电路产生的所不希望的各种寄生调制。无意调制是大功率雷达发射机固有的特性，难以完全消除。但其调制形式和调制量对于不同发射机又有差异，即使是设计相同的一批雷达中的每部雷达，总有不同的无意调制分布，因为类同的部件在性能上仍有细微的差异。无意调制本身在雷达信号中是存在的，又能体现每部雷达的个体特征。因此，它是雷达重要的指纹特征。特别是现代雷达具有多种工作方式和复杂的调制波形，能在脉间改变其脉内有意调制特征，使雷达信号的分选和识别变得非常困难。因此，脉内无意调制特征拥有在密集复杂的信号环境中对雷达进行识别、分析和告警的巨大潜力。

在雷达发射机中，由于波形发生器及频综输出的脉冲信号比较理想，无意调制特征比较微弱，发射机无意调幅主要由末级固态功率放大器和末级速调管放大器所引起。理想的矩形脉冲顶部平坦，瞬态响应快，实际上，由于脉冲开关电路中不可避免地存在有寄生参量，例如分布电容、引线电感等，而其上的电压、电流又是不能突变的，这就使得脉冲开关电路不可能输出理想的矩形调制脉冲。

以下因素影响了功率放大器输出的脉冲包络形状：

前沿：输入端RLC电路(包括匹配电路以及栅极偏置电路)的充电时间；

后沿：输出端RLC电路(包括匹配电路以及漏极偏置电路，尤其是漏极偏置电路中的储能电路)的能量泄放时间；

顶部降落：顶部降落输出能力随时间而恶化，主要体现在脉冲调制电路储能电路的短时供能不足引起的负载电压下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法，用于克服传统脉冲开关电路不能输出理想的矩形调制脉冲的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法，包括：

1)对功放的放大管上的等效电感和等效电容进行简化，得到电路模型，该电路模型中， U_S为储能电容C两端电压，L为电感，负载由等效电阻R_L及电容C构成，R_L和C₀电压相等，故U_C即为输出电压；

2)设t0时刻，开关K1闭合，K2断开，功放开始工作，由KVL方程可得：

U_L(t)+U_C(t)＝U_S

其中，U_L(t)和U_C(t)分别代表电感L和电容C₀的电压值，并且有：

同时，

按U_C(t)为未知量代入KVL方程可得：

即：

整理后得到：

即为脉冲发生期间电路模型的暂态响应，对应的边界条件为：

该微分方程描述了功放输出信号由前沿至稳定的物理过程，解上述二阶微分方程得：

其中：

3)假设在t1时刻，开关K2闭合，功放进行关断，即发射脉冲截止，此时，电源输出电压U_S＝0，所述电路模型的暂态响应为：

对应边界条件可以表示为：

该二阶微分方程描述了功放输出信号后沿的物理过程，解上述微分方程可得：

其中：

4)假设储能电容初始电压为U_S，电容通过回路对负载进行放电，电压按照指数下降：

式中，t₀为脉冲的起始时刻，设开关导通时间为τ，即发射脉冲宽度为τ，则发射脉冲顶降为：

5)利用

替代U_S，并不失一般性地假设储能电容的初始归一化电压U_S＝1，可得到固态功率放大器的脉冲幅度模型随时间的分段函数：

(1)当t＜t₀时，功放输出的幅度模型为：

A(t)＝0

(2)当t₀≤t＜t₁时，功放输出的幅度模型为：

其中：

(3)当t≥t₁时，功放输出的归一化幅度模型为：

其中：

本发明的有益效果是：通过本发明建立的无意调制固态功放脉冲模型，采用分段式建模消除了传统模型中前沿、后沿以及顶部降落中村的干扰，从而输出理想的矩形调制脉冲。

附图说明

图1为放大器输出回路模型；

图2为ADS仿真软件功放回路建模；

图3为ADS软件功放电路仿真结果

图4为Matlab软件功放电路仿真结果

图5为调制电路的放电电路模型。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法，包括：

1)对功放的放大管上的等效电感和等效电容进行简化，得到如图1所示的电路模型，该电路模型中，U_S为储能电容C两端电压，为电感，负载由等效电阻R_L及电容C构成，R_L和C₀电压相等，故U_C即为输出电压；

2)设t0时刻，开关K1闭合，K2断开，功放开始工作，由KVL方程可得：

U_L(t)+U_C(t)＝U_S

其中，U_L(t)和U_C(t)分别代表电感L和电容C₀的电压值，并且有：

同时，

按U_C(t)为未知量代入KVL方程可得：

即：

整理后得到：

即为脉冲发生期间电路模型的暂态响应，对应的边界条件为：

该微分方程描述了功放输出信号由前沿至稳定的物理过程，解上述二阶微分方程得：

其中：

3)假设在t1时刻，开关K2闭合，功放进行关断，即发射脉冲截止，此时，电源输出电压U_S＝0，所述电路模型的暂态响应为：

对应边界条件可以表示为：

该二阶微分方程描述了功放输出信号后沿的物理过程，解上述微分方程可得：

其中：

利用ADS电路仿真软件按照图1所示的电路模型对功放回路进行建模，如图2所示，仿真参数设置如下：

分布电感：L＝100nH；

负载电阻：R_L＝20Ω；

分布电容：C₀＝1000pF；

脉冲持续时间：τ＝10us。

ADS仿真输出结果如图3所示。

图3结果可明显看出功放输出脉冲信号出现前沿和后沿。按照本功放数学模型，利用 Matlab软件对同样的电路参数进行仿真，结果如图4所示。对比图3的ADS软件仿真结果和图4的MatLab仿真结果可以看出二者结果一致，证明了本发明所建立功放数学模型的正确性。

在理想情况下，储能电容C的容量为无限大，负载可以得到很好的矩形脉冲，但实际上这是不可能的。储能电容的容量有限，它会因放电而造成电压降落，于是会引起负载脉冲的顶降。储能电容放电可以简化成如图5所示的电路模型，这里忽略了分布电感和负载电容的影响。雷达脉冲发射期间，放电开关导通，电源不能对储能电容C补充能量，负载R_L开始抽取电荷，其所需的高峰值电流由储能电容C提供。随着发射脉冲的持续，储能电容上的电荷越来越少，电压越来越低，从而使输出调制脉冲的后沿幅度低于前沿的幅度，该幅度差就是通常所说的脉冲顶降。为简化分析，假定在脉冲通过时间内，电源不对储能电容充电。在脉冲间隙内，电源给储能电容充电，在下一个脉冲到来之前，储能电容上的电压被充到固定值 (与电源相同)。

4)假设储能电容初始电压为U_S，电容通过回路对负载进行放电，电压按照指数下降：

式中，t₀为脉冲的起始时刻，设开关导通时间为τ，即发射脉冲宽度为τ，则发射脉冲顶降为：

5)利用

替代U_S，并不失一般性地假设储能电容的初始归一化电压U_S＝1，可得到固态功率放大器的脉冲幅度模型随时间的分段函数：

(1)当t＜t₀时，功放输出的幅度模型为：

A(t)＝0

(2)当t₀≤t＜t₁时，功放输出的幅度模型为：

其中：

(3)当t≥t₁时，功放输出的归一化幅度模型为：

其中：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种雷达发射机无意调制固态功放脉冲建模方法，其特征在于，包括：

1)对功放的放大管上的等效电感和等效电容进行简化，得到电路模型，该电路模型中，U_S为储能电容C两端电压，L为电感，负载由等效电阻R_L及电容C构成，R_L和C₀电压相等，故U_C即为输出电压；

2)设t0时刻，开关K1闭合，K2断开，功放开始工作，由KVL方程可得：

U_L(t)+U_C(t)＝U_S

其中，U_L(t)和U_C(t)分别代表电感L和电容C₀的电压值，并且有：

同时，

按U_C(t)为未知量代入KVL方程可得：

即：

整理后得到：

即为脉冲发生期间电路模型的暂态响应，对应的边界条件为：

该微分方程描述了功放输出信号由前沿至稳定的物理过程，解上述二阶微分方程得：

其中：

3)假设在t1时刻，开关K2闭合，功放进行关断，即发射脉冲截止，此时，电源输出电压U_S＝0，所述电路模型的暂态响应为：

对应边界条件可以表示为：

该二阶微分方程描述了功放输出信号后沿的物理过程，解上述微分方程可得：

其中：

4)假设储能电容初始电压为U_S，电容通过回路对负载进行放电，电压按照指数下降：

式中，t₀为脉冲的起始时刻，设开关导通时间为τ，即发射脉冲宽度为τ，则发射脉冲顶降为：

5)利用

替代U_S，并不失一般性地假设储能电容的初始归一化电压U_S＝1，可得到固态功率放大器的脉冲幅度模型随时间的分段函数：

(1)当t<t₀时，功放输出的幅度模型为：

A(t)＝0

(2)当t₀≤t<t₁时，功放输出的幅度模型为：

其中：

(3)当t≥t₁时，功放输出的归一化幅度模型为：

其中：

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