專利名稱：一種磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于非相參雷達(dá)的磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，尤其涉及一種采用數(shù)字化處理方式的磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置。
背景技術(shù)：
非相參雷達(dá)具有成本低、易調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，非相參雷達(dá)的應(yīng)用較為廣泛。在非相參雷達(dá)中精確的頻率跟蹤控制可以提供更加穩(wěn)定、精度更聞的中頻 目號(hào)，從而獲取目標(biāo)體的速度場(chǎng)信息。頻率跟蹤裝置的跟蹤精度和響應(yīng)時(shí)間是影響非相參雷達(dá)中頻接收機(jī)性能的關(guān)鍵因素。 現(xiàn)有雷達(dá)頻率跟蹤裝置多采用磁控管自頻控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定中頻，包括搜索/跟蹤轉(zhuǎn)換器、放大器、濾波器、本振電路和調(diào)諧馬達(dá)等，當(dāng)中頻信號(hào)頻率和中心頻率相差很大時(shí)，系統(tǒng)處于掃頻搜索狀態(tài)，搜索/跟蹤轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生周期性的鋸齒電壓，使磁控管頻率由低到高連續(xù)變化，直至接近額定中頻，轉(zhuǎn)換成頻率跟蹤狀態(tài)。當(dāng)處于頻率跟蹤狀態(tài)時(shí)，鑒頻器根據(jù)差頻偏離額定中頻的方向和大小，輸出一串脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大峰值檢波后去控制調(diào)諧馬達(dá)，從而使磁控管頻率與穩(wěn)定本振頻率之差接近于額定中頻?，F(xiàn)有雷達(dá)頻率跟蹤裝置的缺點(diǎn)在于模塊多、穩(wěn)定性差、調(diào)試難度大；精度差，不能提供一個(gè)精確的中頻信號(hào)；頻率跟蹤有延遲，實(shí)時(shí)性差；成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種采用數(shù)字化處理方式的磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置。本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，其信號(hào)輸入端輸入發(fā)射機(jī)輸出的樣本中頻信號(hào)，其信號(hào)輸出端與本振電路的信號(hào)輸入端連接，所述本振電路的信號(hào)輸出端輸出頻率調(diào)節(jié)信號(hào)；所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置包括放大器、中頻濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、帶通濾波電路、功率判別電路、頻率計(jì)數(shù)電路、頻率判別電路和頻率調(diào)整電路,所述放大器的信號(hào)輸入端為所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置的信號(hào)輸入端，所述放大器、所述中頻濾波電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述帶通濾波電路、所述功率判別電路、所述頻率計(jì)數(shù)電路、所述頻率判別電路和所述頻率調(diào)整電路依次串聯(lián)連接，所述頻率調(diào)整電路的信號(hào)輸出端為所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置的信號(hào)輸出端。在雷達(dá)系統(tǒng)中，對(duì)磁控管加高壓使其產(chǎn)生振蕩，多數(shù)能量經(jīng)發(fā)射機(jī)發(fā)射后由被探測(cè)物體散射，經(jīng)天線接收送到接收機(jī)，即回波信號(hào)。另有少部分能量經(jīng)耦合作為射頻樣本送到接收機(jī)用以頻率跟蹤，該射頻樣本與本振混頻得到樣本中頻。由于磁控管具有很強(qiáng)的頻率隨溫度漂移特性，從而使樣本中頻頻率也隨之漂移，故采用本實(shí)用新型所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置對(duì)樣本頻率進(jìn)行跟蹤并控制本振產(chǎn)生相應(yīng)的頻率以抵消該漂移量，達(dá)到穩(wěn)定中頻的目的。[0009]本實(shí)用新型中，首先對(duì)樣本中頻信號(hào)進(jìn)行放大，并濾除高頻成分；然后進(jìn)行高速高精度采樣，得到數(shù)字量送入帶通濾波電路，進(jìn)行數(shù)字帶通濾波以去除干擾噪聲的影響，然后進(jìn)行功率判別，智能識(shí)別出樣本功率最大點(diǎn)出現(xiàn)的位置和樣本脈寬，再結(jié)合采樣率對(duì)樣本信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)時(shí)發(fā)射頻率，最后根據(jù)本振特性進(jìn)行頻率判別生成調(diào)整量，以數(shù)字的方式調(diào)整本振頻率從而達(dá)到頻率跟蹤的目的。作為優(yōu)選，所述帶通濾波電路、所述功率判別電路、所述頻率計(jì)數(shù)電路、所述頻率判別電路和所述頻率調(diào)整電路均采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列作為CPU。具體地，所述放大器采用型號(hào)為HMC478的芯片；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ADI公司的AD6645 芯片。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型采用數(shù)字化處理方式，其精度更高、穩(wěn)定性更好，不易受環(huán)境因素影響，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力；利用兩級(jí)濾波方式，有效縮短了跟蹤時(shí)間，提高中頻信號(hào)的精度和實(shí)時(shí)性，降低了成本；采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，使磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置靈活性更高、擴(kuò)展性更強(qiáng)、成本更低?？偟膩?lái)說(shuō)，本實(shí)用新型具有模塊少、穩(wěn)定性好、調(diào)試容易、精度高、頻率跟蹤準(zhǔn)時(shí)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

圖I是本實(shí)用新型所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖I所示，本實(shí)用新型所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，包括放大器、中頻濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、帶通濾波電路、功率判別電路、頻率計(jì)數(shù)電路、頻率判別電路和頻率調(diào)整電路(即圖中虛線框內(nèi)部分)，放大器的信號(hào)輸入端輸入發(fā)射機(jī)輸出的樣本中頻信號(hào)，放大器、中頻濾波電路ADC、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、帶通濾波電路、功率判別電路、頻率計(jì)數(shù)電路、頻率判別電路和頻率調(diào)整電路依次串聯(lián)連接,頻率調(diào)整電路的信號(hào)輸出端與本振電路的信號(hào)輸入端連接，本振電路的信號(hào)輸出端輸出頻率調(diào)節(jié)信號(hào)。其中，帶通濾波電路、功率判別電路、頻率計(jì)數(shù)電路、頻率判別電路和頻率調(diào)整電路均采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列作為CPU。上述結(jié)構(gòu)中，各電路的工作原理如下I、放大器由于發(fā)射機(jī)耦合功率較小，為了獲得更佳的信噪比，需對(duì)樣本中頻信號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)20dB，采用單芯片HMC478實(shí)現(xiàn)，該芯片在DC IGHz范圍內(nèi)典型增益22dB, 5V單電源供電，最大輸出功率+18dBm，輸入阻抗50歐姆，外圍電路簡(jiǎn)單，非常適合于對(duì)中頻信號(hào)的放大。2、中頻濾波電路射頻樣本與本振混頻后會(huì)引入高頻成分，經(jīng)中頻放大后易對(duì)后端信號(hào)識(shí)別帶來(lái)誤差，故需進(jìn)行中頻模擬濾波，提取需要的頻率成分，降低系統(tǒng)干擾。該濾波器采用LC低通濾波器，帶寬60MHz，帶外抑制-60dB。3、中頻濾波電路ADC :ADC選用ADI公司的AD6645，采樣精度14bit，最大采樣率105MSPS，其無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR典型值為89dBc，輸入帶寬可達(dá)200MHz，最大不飽和電平+6dBm。本裝置采樣率為80MHz，樣本中心頻率30MHz，采用過(guò)采樣技術(shù)，可以完整的保留被采樣信號(hào)的所有信息，以便后續(xù)信號(hào)處理和識(shí)別跟蹤。4、帶通濾波電路基于FPGA的帶通濾波器主要作用是信號(hào)篩選，其中心頻率30MHz，帶寬BW為8MHz，帶外抑制60dB，采用40階FIR實(shí)現(xiàn)。只有當(dāng)樣本中頻頻率落入本濾波器通帶范圍內(nèi)，才進(jìn)行后續(xù)的功率判別和頻率識(shí)別處理，以準(zhǔn)確的計(jì)算出樣本頻率進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)；否則，直接控制本振進(jìn)行跳頻跟蹤，提高跟蹤速度。5、功率判別電路本模塊首先對(duì)樣本信號(hào)進(jìn)行緩存，在系統(tǒng)同步信號(hào)作用下采用逐次比較法找出樣本最大功率點(diǎn)，結(jié)合雷達(dá)系統(tǒng)脈沖寬度判別原則，取幅值在最大功率點(diǎn)左右各50%處為發(fā)射脈沖左右邊界，作為頻率計(jì)數(shù)模塊的數(shù)據(jù)來(lái)源。6、頻率計(jì)數(shù)電路在得到發(fā)射脈沖左右邊界點(diǎn)后，首先統(tǒng)計(jì)落入該范圍的采樣點(diǎn)數(shù)，再根據(jù)信號(hào)幅值統(tǒng)計(jì)出樣本周期數(shù)，最后結(jié)合ADC采樣頻率計(jì)算出發(fā)射樣本中頻頻率，其計(jì)算公式為fIF = N (fsx τ )，其中fIF為樣本中頻頻率，N為樣本周期數(shù)，fs為采樣頻率，τ為發(fā)射脈寬。7、頻率判別電路本裝置所屬雷達(dá)中頻帶寬為4MHz，為了避免中頻頻率漂移導(dǎo)致信號(hào)處于帶外，必須在|fIF|彡fc±2MHz時(shí)進(jìn)行頻率調(diào)整，其中fIF為樣本中頻頻率，f。為雷達(dá)中頻中心頻率。8、頻率調(diào)整電路當(dāng)頻率判別結(jié)果指示需要調(diào)整本振頻率時(shí)，首先緩存調(diào)整值，待發(fā)射前導(dǎo)脈沖到達(dá)時(shí)才發(fā)出調(diào)整指令，以確保下次采集的樣本已經(jīng)過(guò)調(diào)整處理，從而保證系統(tǒng)同步性，防止調(diào)整過(guò)程中采集樣本導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤。主要技術(shù)指標(biāo)如下(I)中頻放大增益40dB ；(2)頻率粗調(diào)步進(jìn)4MHz ；(3)頻率細(xì)調(diào)精度IOOKHz ；(4)頻率調(diào)整時(shí)間彡100ns。
權(quán)利要求1.一種磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，其信號(hào)輸入端輸入發(fā)射機(jī)輸出的樣本中頻信號(hào)，其信號(hào)輸出端與本振電路的信號(hào)輸入端連接，所述本振電路的信號(hào)輸出端輸出頻率調(diào)節(jié)信號(hào)；其特征在于包括放大器、中頻濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、帶通濾波電路、功率判別電路、頻率計(jì)數(shù)電路、頻率判別電路和頻率調(diào)整電路，所述放大器的信號(hào)輸入端為所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置的信號(hào)輸入端，所述放大器、所述中頻濾波電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述帶通濾波電路、所述功率判別電路、所述頻率計(jì)數(shù)電路、所述頻率判別電路和所述頻率調(diào)整電路依次串聯(lián)連接，所述頻率調(diào)整電路的信號(hào)輸出端為所述磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置的信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，其特征在于所述帶通濾波電路、所述功率判別電路、所述頻率計(jì)數(shù)電路、所述頻率判別電路和所述頻率調(diào)整電路均采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列作為CPU。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，其特征在于所述放大器采用型號(hào)為HMC478的芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ADI公司的AD6645芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種磁控管雷達(dá)頻率跟蹤裝置，包括放大器、中頻濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、帶通濾波電路、功率判別電路、頻率計(jì)數(shù)電路、頻率判別電路和頻率調(diào)整電路，放大器的信號(hào)輸入端輸入發(fā)射機(jī)輸出的樣本中頻信號(hào)，放大器、中頻濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、帶通濾波電路、功率判別電路、頻率計(jì)數(shù)電路、頻率判別電路和頻率調(diào)整電路依次串聯(lián)連接，頻率調(diào)整電路的信號(hào)輸出端與本振電路的信號(hào)輸入端連接，本振電路的信號(hào)輸出端輸出頻率調(diào)節(jié)信號(hào)。本實(shí)用新型采用數(shù)字化處理方式，其精度更高、穩(wěn)定性更好，不易受環(huán)境因素影響，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力；利用兩級(jí)濾波方式，有效縮短了跟蹤時(shí)間，提高中頻信號(hào)的精度和實(shí)時(shí)性，降低了成本。
文檔編號(hào)G01S7/285GK202815212SQ201220536308
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者羅繼成 申請(qǐng)人:成都遠(yuǎn)望科技有限責(zé)任公司, 成都信息工程學(xué)院, 何建新