雷达目标模拟器快速测频模块设计
发布时间：2021-07-18 15:54
雷达目标模拟器作为一种典型的雷达测试仪器,对于验证雷达的目标分辨能力、多目标实时处理等功能具有重要作用,并能够缩短雷达研发周期,节省研制成本。随着电子技术的发展,雷达目标信号从固定的载频脉冲信号发展为具有宽带、捷变频等特性的多种制式信号,为了适应这种发展趋势,需要配置频率引导单元,即测频模块来对雷达载频进行快速精确测量,并根据测频信息配置捷变频单元使其输出频率与雷达工作频率相对应,实现目标快速锁定和跟踪功能。本论文在实现雷达目标模拟信号载波频率快速高精度测量基础上,增加了捷变本振单元,实现“测频+频率计算+频率合成”全功能覆盖,同时将捷变本振输出信号作为二次下变频的参考信号,与中频信号进行混频得到基带信号,从而降低对后级模数转换器的性能要求。本论文的主要研究内容包括:比较了基于宽带采样和直接频率分频测量两种方法的优缺点,分析了对于不同载波（连续波、脉冲波等）频率的测量方法;讨论了频率合成的几种主流方法并分析其对捷变频时间的影响,结合课题实际要求,确定了基于TDC+FPGA+DDS的硬件实现方案。针对测频单元和捷变频单元的关键指标对硬件进行选型,给出了RF信号增益自动控制单元、多级分频器...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
雷达目标模拟器典型结构
担?庵址?式相较于宽带采样而言增加了分频器件，但由于不受采样定理限制，通常使用两级分频即可轻松实现对GHz带宽信号的频率测量。而由图1-1中可知测频模块仅完成频率测量和频率发送给中频处理模块的功能，存在着功能单一、系统集成度不高等缺点，难以满足现代雷达测试仪器模块化、小型化及测量功能多样化的要求。因此需要进一步拓展测频模块功能，实现更高的模块集成度[5]。为解决宽带采样面临的采样率急剧提升问题和测频模块功能单一问题，本论文在实现快速高精度测频的基础上在测频模块内部增加了捷变频功能，原理图如图1-2所示，中频信号首先经过快速测频单元实时测得频率值后引导捷变频单元工作到相应频率上，同时所测得频率参数提供给主控模块；将捷变频输出信号送与原有中频信号进行二次下变频，得到基带信号再送入后级模数转换器（ADC），同时捷变频输出信号送入到上变频单元与中频模块处理过的信号进行上变频。这种结构相较于图1-1中方案可在保证具有较高原始输入带宽的同时减少后级ADC输入信号带宽，提高系统整体性能。图1-2本次设计测频模块结构1.2国内外研究历史与现状对于雷达信号载波频率快速测量及合成的研究和应用目前国外仍处于领先地位，其中以美国国家仪器（NationalInstruments）、泰克（Tektronix）、Spectracom等公司为代表的一批科技公司，其所开发的一系列数字化频率测量、频率合成产品代表了目前的世界顶尖水平[6]。以芬兰的Patulia公司推出的雷达信号接收模块为例，采用基于实时频谱分析技术的方式对信号中心频率进行测量，处理带宽500MHz，信号接收范围为0.5-18GHz,同时采用了标准化9UVME机械结构板，便于系统集成[7]。美国KOR公司生产的数字化雷达模拟器，采用多处理器架构和VME总线结合的方式，实现对雷达信号
电子科技大学硕士学位论文81xxxGNfTT==（2-3）图2-1脉冲计数法式中Nx为被测信号计数值，Tg为闸门信号周期。在这种测量方法中测量误差主要由计数脉冲误差和标准参考时基误差构成，误差表达式为：xxxxfNTfNT=（2-4）式（2-4）中右侧第一项为计数时基误差，由被测信号与闸门信号存在非相关性引起。在一次测量中由于闸门信号与被测信号并不是严格边沿对齐，因此在测量中会存在时间“零头”,如图2-2所示，闸门信号上升沿到来时与被测信号的下一个上升沿之间存在一个时间差1t，而闸门信号下降沿到来时与被测信号上升沿之间同样存在一个时间差2t，因此实际测量时间应为：1212tttt()()GxxxxxxxTNTNTTNNT=+=+=+（2-5）图2-2脉冲计数法式（2-5）中12ttxNT=，由于1t和2t均服从均匀分布，因此有(0,)xNT，结合式（2-4）可知：11xxGxNNNTf==（2-6）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improved Smith prediction monitoring AGC system based on feedback-assisted iterative learning control[J]. 张浩宇,孙杰,张殿华,陈树宗,张欣. Journal of Central South University. 2014(09)
[2]Carry-chain propagation delay impacts on resolution of FPGA-based TDC[J]. 董磊,杨俊峰,宋克柱. Nuclear Science and Techniques. 2014(03)
[3]一种低杂散高速跳频频率合成器设计与实现[J]. 王欢,陈章,李卫忠. 微波学报. 2014(S1)
[4]多路相移时间戳IFM算法研究及实现[J]. 张朋,王厚军,田书林,李力. 仪器仪表学报. 2013(11)
[5]级联PLL超低噪声精密时钟抖动滤除技术研究[J]. 范圆圆,张丕状. 电子世界. 2013(14)
[6]基于AD采样量化编码体制的IFM设计[J]. 项正山,唐龙. 电子信息对抗技术. 2013(03)
[7]一种Ka波段倍频器设计[J]. 李磊,唐宗熙,张彪,杜倚诚,黄锦沛. 电子质量. 2013(02)
[8]高分辨雷达目标回波模拟器设计[J]. 王超,李毅,袁乃昌. 系统工程与电子技术. 2007(08)
[9]FPGA现状与发展趋势[J]. 王红,彭亮,于宗光. 电子与封装. 2007(07)
[10]集成运放和电压比较器[J]. 乜国荃. 青海师范大学学报(自然科学版). 2006(02)
硕士论文
[1]Ka波段T/R组件关键技术研究[D]. 方杨佳.电子科技大学 2019
[2]射频宽带分频器的研究与设计[D]. 梁伟.东南大学 2016
[3]某雷达综合测试设备的研制[D]. 刘鑫光.哈尔滨工业大学 2012
[4]DDS-PLL低相噪低杂散频综研究[D]. 杨永.电子科技大学 2007
本文编号：3289887
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
雷达目标模拟器典型结构
担?庵址?式相较于宽带采样而言增加了分频器件，但由于不受采样定理限制，通常使用两级分频即可轻松实现对GHz带宽信号的频率测量。而由图1-1中可知测频模块仅完成频率测量和频率发送给中频处理模块的功能，存在着功能单一、系统集成度不高等缺点，难以满足现代雷达测试仪器模块化、小型化及测量功能多样化的要求。因此需要进一步拓展测频模块功能，实现更高的模块集成度[5]。为解决宽带采样面临的采样率急剧提升问题和测频模块功能单一问题，本论文在实现快速高精度测频的基础上在测频模块内部增加了捷变频功能，原理图如图1-2所示，中频信号首先经过快速测频单元实时测得频率值后引导捷变频单元工作到相应频率上，同时所测得频率参数提供给主控模块；将捷变频输出信号送与原有中频信号进行二次下变频，得到基带信号再送入后级模数转换器（ADC），同时捷变频输出信号送入到上变频单元与中频模块处理过的信号进行上变频。这种结构相较于图1-1中方案可在保证具有较高原始输入带宽的同时减少后级ADC输入信号带宽，提高系统整体性能。图1-2本次设计测频模块结构1.2国内外研究历史与现状对于雷达信号载波频率快速测量及合成的研究和应用目前国外仍处于领先地位，其中以美国国家仪器（NationalInstruments）、泰克（Tektronix）、Spectracom等公司为代表的一批科技公司，其所开发的一系列数字化频率测量、频率合成产品代表了目前的世界顶尖水平[6]。以芬兰的Patulia公司推出的雷达信号接收模块为例，采用基于实时频谱分析技术的方式对信号中心频率进行测量，处理带宽500MHz，信号接收范围为0.5-18GHz,同时采用了标准化9UVME机械结构板，便于系统集成[7]。美国KOR公司生产的数字化雷达模拟器，采用多处理器架构和VME总线结合的方式，实现对雷达信号
电子科技大学硕士学位论文81xxxGNfTT==（2-3）图2-1脉冲计数法式中Nx为被测信号计数值，Tg为闸门信号周期。在这种测量方法中测量误差主要由计数脉冲误差和标准参考时基误差构成，误差表达式为：xxxxfNTfNT=（2-4）式（2-4）中右侧第一项为计数时基误差，由被测信号与闸门信号存在非相关性引起。在一次测量中由于闸门信号与被测信号并不是严格边沿对齐，因此在测量中会存在时间“零头”,如图2-2所示，闸门信号上升沿到来时与被测信号的下一个上升沿之间存在一个时间差1t，而闸门信号下降沿到来时与被测信号上升沿之间同样存在一个时间差2t，因此实际测量时间应为：1212tttt()()GxxxxxxxTNTNTTNNT=+=+=+（2-5）图2-2脉冲计数法式（2-5）中12ttxNT=，由于1t和2t均服从均匀分布，因此有(0,)xNT，结合式（2-4）可知：11xxGxNNNTf==（2-6）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improved Smith prediction monitoring AGC system based on feedback-assisted iterative learning control[J]. 张浩宇,孙杰,张殿华,陈树宗,张欣. Journal of Central South University. 2014(09)
[2]Carry-chain propagation delay impacts on resolution of FPGA-based TDC[J]. 董磊,杨俊峰,宋克柱. Nuclear Science and Techniques. 2014(03)
[3]一种低杂散高速跳频频率合成器设计与实现[J]. 王欢,陈章,李卫忠. 微波学报. 2014(S1)
[4]多路相移时间戳IFM算法研究及实现[J]. 张朋,王厚军,田书林,李力. 仪器仪表学报. 2013(11)
[5]级联PLL超低噪声精密时钟抖动滤除技术研究[J]. 范圆圆,张丕状. 电子世界. 2013(14)
[6]基于AD采样量化编码体制的IFM设计[J]. 项正山,唐龙. 电子信息对抗技术. 2013(03)
[7]一种Ka波段倍频器设计[J]. 李磊,唐宗熙,张彪,杜倚诚,黄锦沛. 电子质量. 2013(02)
[8]高分辨雷达目标回波模拟器设计[J]. 王超,李毅,袁乃昌. 系统工程与电子技术. 2007(08)
[9]FPGA现状与发展趋势[J]. 王红,彭亮,于宗光. 电子与封装. 2007(07)
[10]集成运放和电压比较器[J]. 乜国荃. 青海师范大学学报(自然科学版). 2006(02)
硕士论文
[1]Ka波段T/R组件关键技术研究[D]. 方杨佳.电子科技大学 2019
[2]射频宽带分频器的研究与设计[D]. 梁伟.东南大学 2016
[3]某雷达综合测试设备的研制[D]. 刘鑫光.哈尔滨工业大学 2012
[4]DDS-PLL低相噪低杂散频综研究[D]. 杨永.电子科技大学 2007
本文编号：3289887
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