CN207780234U - 宽带自适应频率跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种宽带自适应频率跟踪系统，包括：瞬时测频模块，用于对接收到的发射脉冲信号进行频率测量，得到频率码；存储模块，用于存储频率码与控制码的关联关系表；控制码生成模块，分别与瞬时测频模块和存储模块连接，用于根据瞬时测频模块测得的频率码，从存储模块中查表并生成控制码；频率综合模块，与控制码生成模块连接，用于根据控制码生成模块生成的控制码生成本振信号。其在发射脉冲信号的每个重复周期内，雷达接收机混频后的实际中频信号都处于最佳处理频带内，实现接收本振信号对发射脉冲信号的自适应快速频率跟踪功能，保证接收机性能不受发射频率漂移影响，确保雷达整机的战术性能。

Description

宽带自适应频率跟踪系统

技术领域

本实用新型涉及雷达技术领域，尤其涉及一种宽带自适应频率跟踪系统。

背景技术

磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件，广泛用于引导、火控、测高、机载、舰载、气象等各种雷达中。其工作原理是管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而产生微波能。其中，脉冲磁控管的工作脉冲宽度可在0.004～60μs(微秒)范围内变化，工作频率范围在250MHz(兆赫兹)至120GHz(吉赫兹)之间，脉冲功率从几十瓦到几十兆瓦，效率可达70％，寿命可达几万小时。

但是，因其自身体制原因，磁控管发射机工作时存在由预热漂移、温度漂移、负载变化等原因引起的频率漂移，造成磁控管发射频率精度差，且受时间、环境等因素的影响变化较大，使得接收机混频后的实际中频信号偏离设定中频，不能位于最佳处理频带内，直接影响雷达整机的战术性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种宽带自适应频率跟踪系统，有效解决现有技术中由磁控管发射机的频率漂移导致接收机混频后的中频信号偏离的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种宽带自适应频率跟踪系统，包括：

瞬时测频模块，用于对接收到的发射脉冲信号进行频率测量，得到频率码；

存储模块，用于存储频率码与控制码的关联关系表；

控制码生成模块，分别与瞬时测频模块和存储模块连接，用于根据瞬时测频模块测得的频率码，从存储模块中查表并生成控制码；

频率综合模块，与所述控制码生成模块连接，用于根据控制码生成模块生成的控制码生成本振信号。

在本技术方案中，瞬时测频模块在发射脉冲前沿对发射脉冲信号进行测频得到频率码，进而控制码生成模块根据得到的频率码，通过存储模块内部存储的关联关系表生成控制码，控制频率综合模块输出雷达接收机所需要的本振信号，以此在发射脉冲信号的每个重复周期内，雷达接收机混频后的实际中频信号都处于最佳处理频带内，实现接收本振信号对回波信号的自适应快速频率跟踪功能，保证接收机性能不受发射频率漂移影响，确保雷达整机的战术性能。

进一步优选地，所述频率跟踪系统中还包括与所述瞬时测频模块连接的预处理模块，用于接收发射脉冲信号进行预处理操作，并将预处理后的发射脉冲信号发送至所述瞬时测频模块。

进一步优选地，所述控制码生成模块根据瞬时测频模块测得的频率码，从存储模块中查表并生成并行控制码；所述频率综合模块根据控制码生成模块生成的并行控制码生成本振信号。

在本技术方案中，为了提高系统反应速度，控制码生成模块生成并行控制码，以此控制频率综合模块生成本振信号，缩短数据传输时间。

进一步优选地，所述控制码生成模块为FPGA(Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)电路，所述FPGA电路根据瞬时测频模块测得的频率码，从存储模块中查表并生成控制码。

进一步优选地，所述频率综合模块中包括：

DDS，用于根据控制码生成模块生成的控制码生成预设频率范围内的输出信号；

倍频器，与所述DDS连接，用于对DDS生成的输出信号进行倍频操作得到本振信号。

本实用新型还提供了一种宽带自适应频率跟踪方法，包括：

接收发射脉冲信号；

对接收到的发射脉冲信号进行频率测量，得到频率码；

根据测得的频率码生成控制码，所述频率码与控制码关联；

根据生成的控制码生成本振信号。

在本技术方案中，瞬时测频模块在脉冲前沿对发射脉冲信号进行测频得到频率码，进而控制码生成模块根据得到的频率码，通过存储模块内部存储的关联关系表生成控制码，控制频率综合模块输出雷达接收机所需要的本振信号，以此在发射脉冲信号的每个重复周期内，雷达接收机混频后的实际中频信号都处于最佳处理频带内，实现接收本振信号对回波信号的自适应快速频率跟踪功能，保证接收机性能不受发射频率漂移影响，确保雷达整机的战术性能。

进一步优选地，在接收发射脉冲信号之后还包括：对接收到发射脉冲信号进行预处理操作。

进一步优选地，在根据测得的频率码生成控制码中，具体为：根据测得的频率码生成并行控制码；

在根据生成的控制码生成本振信号中，具体为：根据生成的并行控制码生成本振信号。

在本技术方案中，为了提高系统反应速度，通过并行控制码控制生成本振信号，短数据传输时间。

进一步优选地，在根据测得的频率码查表并生成控制码中，具体为：FPGA电路根据测得的频率码在内部存储查表到与之关联的控制码。

进一步优选地，在步骤根据生成的控制码生成本振信号中，包括：

根据控制码生成预设频率范围内的输出信号；

对输出信号进行倍频操作得到本振信号。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本实用新型中频率跟踪系统一种实施方式示意图；

图2为本实用新型中频率跟踪系统另一种实施方式示意图；

图3为本实用新型中预处理模块示意图；

图4为本实用新型中瞬时测频模块示意图；

图5为本实用新型中频率综合模块示意图；

图6为本实用新型中频率跟踪方法流程示意图。

附图标号说明：

100-频率跟踪系统，110-瞬时测频模块，120-存储模块，130-控制码生成模块，140-频率综合模块，150-预处理模块，151-限幅器，152-滤波器，153-低噪声放大器，154-温度补偿衰减器，141-DDS，142-第二滤波器，143-倍频器，144-放大器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

由磁控管发射机自身的体制原因，工作时会因各种原因引起频率漂移，造成磁控管发射频率精度差，受时间、环境等因素影响变化较大的问题，故本实用新型提供了一种全新的宽带自适应频率跟踪系统，确保接收的本振信号对发射脉冲信号的自适应快速频率跟踪功能。如图1所示，在一种实施方式中，该频率跟踪系统100中包括：瞬时测频模块110、存储模块120、控制码生成模块130以及频率综合模块140，其中，控制码生成模块130分别与瞬时测频模块110和存储模块120连接，频率综合模块140与控制码生成模块130连接。

在工作过程中，接收到磁控管发射机耦合输出的发射脉冲信号之后，随即通过瞬时测频模块110对其进行测频得到频率码；之后控制码生成模块130根据测量得到的频率码，在存储模块120内部存储的关联关系表中进行查表得到并生成控制码，控制频率综合模块140输出雷达接收机所需要的本振信号。具体，若磁控管发射机产生的发射脉冲信号产生了频率漂移，则频率综合模块140根据控制码对发射脉冲信号频率的偏移量进行调整得到本振信号，以此实现接收本振信号对发射脉冲信号的自适应快速频率跟踪功能，保证雷达接收机正常工作。

在本实施方式中，频率码与控制码的关联关系表预先存储在存储模块120中。在实际应用中，频率码与控制码之间的关联关系表由雷达自身的性能决定。一般来说，f_LO＝f_T±f_IF，其中，f_LO为接收机本振频率，f_T为发射机载波频率，f_IF为接收机中频中心频率，接收机根据接收到的发射脉冲信号将频率调谐到自身所需的本振频率，为了保证发射脉冲信号的频率码不会超出接收机的频率跟踪范围，以此预先设定频率码与控制码之间的关联关系表，具体，当发射脉冲信号的频率码没有超出接收机的频率跟踪范围，则不进行调整，直接生成控制码进行输出；当发射脉冲信号的频率码超出接收机的频率跟踪范围，则将频率适当的调整之后生成控制码进行输出。

将该频率跟踪系统应用于雷达中，可快速跟踪测量发射脉冲信号的载频，并快速产生频率与发射信号载频相应的信号，频率跟踪精度达0.5MHz(r.m.s)，频率跟踪时间小于0.7μs(频率跟踪时间＝瞬时测频模块测频时间+频率综合模块置频时间)，瞬时工作带宽较宽，可达几百兆赫兹至几个吉赫兹。实现接收本振信号对发射脉冲信号的自适应快速频率跟踪功能，解决现有技术中自动频率控制装置出现跟踪失效的问题，确保发射脉冲信号的每个重复周期内接收机的本振信号的频率与该重复周期的发射脉冲信号的载波频率对应关系正确，以此保证每个脉冲重复周期的回波信号都能够正常进行接收处理、接收机性能不受发射频率漂移影响，确保雷达整机的战术性能。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，控制码采用并行的方式控制频率综合模块140生成本振信号。在工作过程中，预处理模块150接收到磁控管发射机发送的发射脉冲信号之后，随即对其进行预处理操作，包括限幅、滤波、低噪声放大等处理，以此抑制大功率射频信号，保护后级电路，提高测频准确度。之后瞬时测频模块110对预处理后的发射脉冲信号进行测频得到频率码；接着控制码生成模块130根据测量得到的频率码，在存储模块120内部存储的关联关系表中进行查表得到并生成并行控制码，控制频率综合模块140输出雷达接收机所需要的本振信号，提高效率。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，如图2所示，该频率跟踪系统100中除了包括瞬时测频模块110、存储模块120、控制码生成模块130以及频率综合模块140之外，还包括与瞬时测频模块110连接的预处理模块150，用于接收发射脉冲信号进行预处理操作，并将预处理后的发射脉冲信号发送至瞬时测频模块110。

在工作过程中，预处理模块150接收到磁控管发射机发送的发射脉冲信号之后，随即对其进行预处理操作，包括限幅、滤波、低噪声放大等处理，以此抑制大功率射频信号，保护后级电路，提高测频准确度。之后瞬时测频模块110对预处理后的发射脉冲信号进行测频得到频率码；接着控制码生成模块130根据测量得到的频率码，在存储模块120内部存储的关联关系表中进行查表得到并生成控制码，控制频率综合模块140输出雷达接收机所需要的本振信号。

在上述实施方式中，如图3所示，在该预处理模块150(接收前端)中接收前端主要由限幅器151、第一滤波器152、低噪声放大器153、温度补偿衰减器154等组成，其中，限幅器用于抑制大功率射频信号保护后级电路不被烧毁；第一滤波器用于抑制除雷达发射频率之外的干扰信号，提高测频准确度；低噪声放大器用于对发射脉冲信号进行低噪声放大，温度补偿衰减器用于对温度变化引起的通道增益变化进行补偿。

如图4所示，在瞬时测频模块110(宽带瞬时测频接收机)通过功分、延时线、相加器及平方律检波器形成信号的自相关函数，再通过比相方法推算信号频率，实现对宽输入频率范围的发射脉冲信号进行快速、高精度的频率测量。具体，该瞬时测频模块由功分器、延迟线、I/Q混频器、A/D变换器、频率测量模块等组成，其中，四功分器将发射脉冲信号功分为四路；二功分器将四功分后的发射脉冲信号再功分为两路，一路直通与I/Q混频器连接，一路经延迟线与I/Q混频器连接，转换为I/Q两路信号，并进入双通道A/D变换器；四路双通道A/D变换器分别对I/Q信号进行高速采样、量化后送频率测量模块；频率测量模块完成发射脉冲信号的频率测量，输出频率码。在工作过程中，通过功分器(上述二功分器和四公分器)将预处理过后的发射脉冲信号分为八路射频信号，其中，四路分别I/Q混频器(自相关器)的一端，另四路通过延迟线分别送到自相关器的另一端，经四个I/Q混频器处理后，输出八路IQ视频信号。之后，双通道A/D变换器对输入的IQ视频信号进行AD采样后对四个通道进行鉴相、温度校正、1:4:16:64校码及拼接后产生14位频率码和相关状态码进行输出。

如图5所示，在频率综合模块140(直接合成频率综合器)中主要由DDS141(DirectDigital Synthesizer，直接数字频率合成器)、第二滤波器142、倍频器143、放大器144等组成，其频率切换时间快、体积小、相噪好。具体，DDS输入参考时钟信号为1.2GHz，输出频率的上限是600MHz，在工程应用中选择50MHz～450MHz，置频时间小于500ns。DDS接收到控制码生成模块130输出的控制码之后，产生频率在50MHz～450MHz之间的输出信号；第二滤波器对DDS输出信号进行滤波，滤除杂波信号；倍频器将DDS输出信号进行倍频处理，扩展输出频率范围，产生雷达所需本振信号；放大器对信号进行功率放大，使得本振信号功率满足雷达接收机要求。

在一实例中，上述瞬时测频模块110为宽带数字瞬时测频接收机，存储模块120为ROM(Read-only Memory)存储器，控制码生成模块130由FPGA电路得到，频率综合模块140为直接合成式频率综合器。在工作过程中，接收前端(预处理模块)对发射脉冲信号进行限幅、滤波、低噪声放大等处理之后，宽带数字瞬时测频接收机对预处理后的发射脉冲信号进行快速实时测量，输出雷达发射的发射脉冲信号的频率码；之后，由FPGA电路得到的控制码生成模块根据宽带数字瞬时测频接收机输出的频率码，通过ROM存储器查表生成控制码，并根据该控制码控制直接合成频率综合器输出雷达接收机所需要的本振信号。

在该实例中，应用在海军某型雷达上，雷达工作频带为9.5GHz～11.5GHz。在工作过程中，频率跟踪系统输入的发射脉冲信号的频率范围为9.5GHz～11.5GHz，输入功率范围为-30dBm～10dBm；宽带数字瞬时测频接收机的测频精度优于0.5MHz(r.m.s)，测频时间优于200ns，适应脉冲宽度为0.1μs～CW。系统输出的本振信号频率范围为16GHz～18GHz，频率步进为1MHz，置频时间≤500ns，置频精度≤10KHz，频率稳定度为5ppm，输出功率≥0±2dBm。

本实用新型还提供了一种宽带自适应频率跟踪方法，如图5所示，在该频率跟踪方法中包括：S10接收发射脉冲信号；S20对接收到的发射脉冲信号进行频率测量，得到频率码；S30根据测得的频率码生成控制码，频率码与控制码关联；S40根据生成的控制码生成本振信号。

在工作过程中，接收到发射脉冲信号之后，随即通过对其进行测频得到频率码；之后根据测量得到的频率码，在内部存储的关联关系表中进行查表得到并生成控制码，控制生成并输出雷达接收机所需要的本振信号。具体，若磁控管发射机产生的发射脉冲信号产生了频率漂移，则根据控制码对发射脉冲信号频率的偏移量进行调整得到本振信号，以此实现接收本振信号对发射脉冲信号的自适应快速频率跟踪功能，保证雷达接收机正常工作。具体，若磁控管发射机产生的发射脉冲信号产生了频率漂移，则根据控制码对发射脉冲信号频率的偏移量进行调整得到本振信号，以此实现接收本振信号对发射脉冲信号的自适应快速频率跟踪功能，保证雷达接收机正常工作。

在本实施方式中，频率码与控制码的关联关系表预先进行存储。在实际应用中，频率码与控制码之间的关联关系表由雷达自身的性能决定，将该频率跟踪系统应用于雷达中，可快速跟踪测量发射脉冲信号的载频，并快速产生频率与发射信号载频相应的信号，频率跟踪精度达0.5MHz(r.m.s)，频率跟踪时间小于0.7μs，实现接收本振信号对发射脉冲信号的自适应快速频率跟踪功能，保证接收机性能不受发射频率漂移影响，确保雷达整机的战术性能。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，控制码采用并行的方式控制生成本振信号。在工作过程中，接收到发射脉冲信号之后，随即通过对其进行测频得到频率码；之后根据测量得到的频率码，在内部存储的关联关系表中进行查表得到并生成并行控制码，控制生成并输出雷达接收机所需要的本振信号。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，该频率跟踪方法中包括：接收发射脉冲信号；对接收到发射脉冲信号进行预处理操作；对接收到的发射脉冲信号进行频率测量，得到频率码；根据测得的频率码生成控制码，频率码与控制码关联；根据生成的控制码生成本振信号。

在工作过程中，接收到磁控管发射机发送的发射脉冲信号之后，随即对其进行预处理操作，包括限幅、滤波、低噪声放大等处理，以此抑制大功率射频信号和其他频率干扰信号，保护后级电路，提高测频准确度。之后对预处理后的发射脉冲信号进行测频得到频率码；接着根据测量得到的频率码，在内部存储的关联关系表中进行查表得到并生成控制码，控制生成并输出雷达接收机所需要的本振信号。

具体来说，在上述实施方式中，由一预处理模块对接收到发射脉冲信号进行预处理操作，在该预处理模块(接收前端)中接收前端主要由限幅器、第一滤波器、低噪声放大器、温度补偿衰减器等组成，其中，限幅器用于抑制大功率射频信号，保护后级电路不被烧毁；第一滤波器用于抑制除雷达发射频率之外的干扰信号，提高测频准确度；低噪声放大器用于对发射脉冲信号进行低噪声放大，温度补偿衰减器用于对温度变化引起的通道增益变化进行补偿。

由一瞬时测频模块(宽带瞬时测频接收机)对接收到的发射脉冲信号进行频率测量，具体，该瞬时测频模块通过功分、延时线、相加器及平方律检波器形成信号的自相关函数，再通过比相方法推算信号频率，实现对宽输入频率范围的发射脉冲信号进行快速、高精度的频率测量。具体，该瞬时测频模块由功分器、延迟线、I/Q混频器、A/D变换器、频率测量模块等组成，其中，四功分器将发射脉冲信号功分为四路；二功分器将四功分后的发射脉冲信号再功分为两路，一路直通与I/Q混频器连接，一路经延迟线与I/Q混频器连接，转换为I/Q两路信号，并进入双通道A/D变换器；四路双通道A/D变换器分别对I/Q信号进行高速采样、量化后送频率测量模块；频率测量模块完成发射脉冲信号的频率测量，输出频率码。在工作过程中，通过功分器(上述二功分器和四公分器)将预处理过后的发射脉冲信号分为八路射频信号，其中，四路分别I/Q混频器(自相关器)的一端，另四路通过延迟线分别送到自相关器的另一端，经四个I/Q混频器处理后，输出八路IQ视频信号。之后，双通道A/D变换器对输入的IQ视频信号进行AD采样后对四个通道进行鉴相、温度校正、1:4:16:64校码及拼接后产生14位频率码和相关状态码进行输出。

由一FPGA电路得到的控制码生成模块根据瞬时测频模块(宽带瞬时测频接收机)输出的频率码，其通过ROM存储器查表生成控制码。

由一频率综合模块(直接合成频率综合器)根据生成的控制码生成本振信号，具体该频率综合模块主要由DDS、第二滤波器、倍频器、放大器等组成，其频率切换时间快、体积小、相噪好。具体，DDS输入参考时钟信号为1.2GHz，输出频率的上限是600MHz，在工程应用中选择50MHz～450MHz，置频时间小于500ns。DDS接收到控制码生成模块130输出的控制码之后，产生频率在50MHz～450MHz之间的输出信号；第二滤波器对DDS输出信号进行滤波，滤除杂波信号；倍频器将DDS输出信号进行倍频处理，扩展输出频率范围，产生雷达所需本振信号；放大器对信号进行功率放大，使得本振信号功率满足雷达接收机要求。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种宽带自适应频率跟踪系统，其特征在于，所述频率跟踪系统中包括：

用于对接收到的发射脉冲信号进行频率测量得到频率码的瞬时测频模块；

用于存储频率码与控制码的关联关系表的存储模块；

用于根据瞬时测频模块测得的频率码，从存储模块中查表并生成控制码的控制码生成模块，所述控制码生成模块分别与瞬时测频模块和存储模块连接；

用于根据控制码生成模块生成的控制码生成本振信号的频率综合模块，所述频率综合模块与所述控制码生成模块连接。

2.如权利要求1所述的频率跟踪系统，其特征在于，所述频率跟踪系统中还包括用于接收发射脉冲信号进行预处理操作，并将预处理后的发射脉冲信号发送至所述瞬时测频模块的预处理模块，所述预处理模块与所述瞬时测频模块连接。

3.如权利要求1所述的频率跟踪系统，其特征在于，所述控制码生成模块根据瞬时测频模块测得的频率码，从存储模块中查表并生成并行控制码；所述频率综合模块根据控制码生成模块生成的并行控制码生成本振信号。

4.如权利要求1或2或3所述的频率跟踪系统，其特征在于，所述控制码生成模块为FPGA电路，所述FPGA电路根据瞬时测频模块测得的频率码，从存储模块中查表并生成控制码。

5.如权利要求1或2或3所述的频率跟踪系统，其特征在于，所述频率综合模块中包括：

DDS，用于根据控制码生成模块生成的控制码生成预设频率范围内的输出信号；

倍频器，与所述DDS连接，用于对DDS生成的输出信号进行倍频操作得到本振信号。