專利名稱：一種非相參雷達頻率跟蹤器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種非相參雷達頻率跟蹤器，屬于頻率跟蹤器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件，其實質(zhì)上是一個置于恒定磁場中的二極管。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場和恒定電場的控制下，與高頻電磁場發(fā)生相互作用，把從恒定電場中獲得能量轉(zhuǎn)變成微波能量，從而達到產(chǎn)生微波能的目的。磁控管的特點是結(jié)構(gòu)簡單、功率大、效率高、工作電壓低、尺寸小、重量輕、成本低、價格便宜、電源簡單以及適應(yīng)負載變化的能力強，因此在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)中得到重用。但是，現(xiàn)有磁控管的頻率漂移嚴重，發(fā)射初始相位不確定，這將直接導致后端信號處理無法計算出多普勒速度，大大降低了該雷達的使用價值和應(yīng)用范圍。目前，現(xiàn)有磁控管雷達頻率跟蹤器的技術(shù)方案主要為如圖1所示為鎖相環(huán)PLL的原理框圖，采用鑒相技術(shù)以及采用鎖相環(huán)直接對發(fā)射樣本進行鑒相，產(chǎn)生本振偏差調(diào)整時基，從而實現(xiàn)頻率跟蹤。雖然鎖相環(huán)PLL技術(shù)具有高頻率、寬頻、頻譜質(zhì)量好等優(yōu)點，但其頻率分辨率和轉(zhuǎn)換速度較低，頻率跟蹤鎖定時間慢，不能快速地進行頻率切換，不能滿足非相參雷達頻率實時跟蹤要求，且抗干擾能力差。因此，快速有效地跟蹤磁控管的瞬時頻率，使接收機中頻輸出頻率達到信號處理帶寬要求，成為改進磁控管雷達性能的關(guān)鍵。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種非相參雷達頻率跟蹤器，能夠提高頻率跟蹤的鎖定時間，實現(xiàn)快速頻率跟蹤，提高頻率分辨率和跟蹤精度， 提高抗干擾能力，減小系統(tǒng)復雜度。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提供一種非相參雷達頻率跟蹤器，其包括磁控管發(fā)射機、定向耦合器、混頻濾波模塊、頻率跟蹤器、直接數(shù)字式頻率合成器、本地時基倍頻器、天線、環(huán)行器、低噪聲放大器和混頻器，磁控管發(fā)射機的輸出端與定向耦合器相連，定向耦合器的一輸出端與環(huán)行器的輸入端相連，環(huán)形器的輸出端通過低噪聲放大器與混頻器相連，定向耦合器的另一輸出端與混頻濾波模塊的輸入端相連，混頻濾波模塊的輸出端與頻率跟蹤器相連，頻率跟蹤器的輸出端通過直接數(shù)字式頻率合成器與倍頻器的輸入端相連，倍頻器的輸出端與混頻器和混頻濾波模塊相連。作為一種優(yōu)選方式，直接數(shù)字式頻率合成器采用AD公司的AD9858芯片。其中，DDS 即直接數(shù)字式頻率合成器Direct Digital Synthesizer的英文縮寫。更近一步地，DDS采用SPI串行配置方式配置，配置時鐘(dds_sclk)為4. 8MHz， DDS輸出頻率為185MHz-189MHz,其中，SPI即高速同步串行口 Serial Peripheral interface的英文縮寫。進一步地，混頻濾波模塊中設(shè)置窄帶低通濾波高速ADC，采用窄帶低通濾波高速ADC對樣本信號采樣，得到中頻樣本信號，其中，ADC是數(shù)模轉(zhuǎn)換器Analog-to-Digital Converter的英文縮寫。其中，上述DDS與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型帶來的有益效果為該實用新型結(jié)構(gòu)簡單、合理，能夠提高頻率跟蹤的鎖定時間，實現(xiàn)快速頻率跟蹤，提高頻率分辨率和跟蹤精度，提高抗干擾能力，減小系統(tǒng)復雜度，頻率跟蹤器能夠快速的跟蹤磁控管頻率漂移，采用窄帶低通濾波高速ADC與FPGA (FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列Field-Programmable Gate Array的英文縮寫) 相結(jié)合的硬件架構(gòu)，基于FPGA的功率優(yōu)先判定法，以DDS作為頻差時基輸出調(diào)整時基，精度高、控制靈活，保證后端處理正確性，使非相差雷達的應(yīng)用領(lǐng)域大大提高，雷達機動性、快捷性得到充分體現(xiàn)。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的PLL的原理框圖；圖2為本實用新型非相參雷達頻率跟蹤器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
本實用新型的上述技術(shù)方案及其優(yōu)點，通過下述實施例結(jié)合附圖進行深入說明。如圖2所示，非相參雷達頻率跟蹤器包括磁控管發(fā)射機、定向耦合器、混頻濾波模塊、頻率跟蹤器、直接數(shù)字式頻率合成器、本地時基倍頻器、天線、環(huán)行器、低噪聲放大器和混頻器，磁控管發(fā)射機的輸出端與定向耦合器相連，定向耦合器的一輸出端與環(huán)行器的輸入端相連，環(huán)形器的輸出端通過低噪聲放大器與混頻器相連，定向耦合器的另一輸出端與混頻濾波模塊的輸入端相連，混頻濾波模塊的輸出端與頻率跟蹤器相連，頻率跟蹤器的輸出端通過直接數(shù)字式頻率合成器與倍頻器的輸入端相連，倍頻器的輸出端與混頻器和混頻濾波模塊相連。磁控管發(fā)射機輸出信號經(jīng)定向耦合器耦合后輸出發(fā)射機射頻樣本，發(fā)射機射頻樣本一路通過環(huán)形器及低噪聲放大器放大后進入混頻器，發(fā)射機射頻樣本另一路輸入混頻濾波模塊中進行下混頻，采用窄帶低通濾波高速ADC對樣本信號采樣，得到中頻樣本信號，該信號輸入頻率跟蹤器并經(jīng)其中的AD采樣后再進行功率跟蹤，采用FPGA內(nèi)部對信號的優(yōu)先判別處理機制得到頻差調(diào)整信號，該信號通過數(shù)字接口輸入DDS，并以DDS作為頻差時基輸出調(diào)整時基，DDS輸出信號進入倍頻器，DDS輸出信號與倍頻器輸出信號進行上混頻作為接收通道的本振時鐘，實現(xiàn)對磁控管發(fā)射機輸出頻率的實時跟蹤。OSC輸入信號給倍頻器，該 OSC即振蕩器Open Source Commerce的英文縮寫。倍頻器將本振信號一路輸入混頻濾波模塊，另一路輸入混頻器并與先前進入混頻器的信號進行上混頻，在混頻濾波模塊中，當發(fā)射機射頻樣本頻率與本振頻率頻偏大時，下混頻出來的頻偏也會大，這樣中頻信號進行窄帶濾波時就會被濾除掉，后端對信號功率判別就會失效。混頻器輸出中頻。其中DDS與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點。在頻率跟蹤器中，通過高速ADC芯片AD6645對樣本信號進行直接采樣，在FPGA內(nèi)部對得到的高精度數(shù)字信號進行功率判別，并做防干擾濾波處理，一旦判別結(jié)果失效，即頻率尚未跟蹤鎖定，這時差頻調(diào)整信號L0CK_CHECK為低電平，啟動DDS配置以步進2KHz提高 DDS輸出頻率，直到功率判別生效，差頻調(diào)整信號L0CK_CHECK為高電平，停止DDS配置，頻率跟蹤結(jié)束。由于DDS采用串行配置，配置時鐘4. 8MHz，對4MHz調(diào)整范圍，只需要數(shù)毫秒，就完全滿足跟蹤速度和跟蹤精度要求。AD6645最大采樣率可達105Msps，采樣精度14位，SFDR可達IOOdB,典型信噪比為 74dB，有效提升了系統(tǒng)靈敏度和線性動態(tài)范圍。中頻樣本信號經(jīng)AD直接采樣后，輸出14位
數(shù)字量。DDS采用AD公司的AD9858芯片，其內(nèi)置了一個10位DAC，工作速度最高達1GSPS， 可輸出最高400MHz的頻率捷變模擬輸出正弦波。AD9858芯片專為提供快速跳頻和精密調(diào)諧分辨率(32位頻率調(diào)諧字)而設(shè)計。頻率調(diào)諧和控制字以并行(8位)或串行加載格式載入。器件內(nèi)置一個集成式電荷泵(CP)和相位頻率檢波器(PFD)，適合同時要求高速DDS與鎖相環(huán)功能的頻率合成應(yīng)用。AD9858芯片的時鐘輸入上還具有二分頻特性，使外部時鐘速率可以高達2GHz。本實用新型采用SPI串行配置方式配置DDS，配置時鐘dds_ sclk為4. 8MHz，DDS輸出頻率為185MHz_189MHz，DDS輸出信號經(jīng)濾波、倍頻器、功放后得到9250MHz-9450MHz 15. 5daii射頻信號作為本振信號。本實用新型中DDS輸出頻率為 185MHz-189MHz，DDS輸出信號經(jīng)倍頻器倍頻50倍后得到9250MHz-9450MHz射頻信號。DDS采用AD公司的AD9858芯片。所述DDS的主要特點如下1.具有IGSPS的采樣速率；2.具有高達2GHz的輸入時鐘(通過2分頻)；3.集成有10位D/A轉(zhuǎn)換器；4.內(nèi)含32位可編程頻率寄存器；5.帶有8位并行及SPI串行控制接口 ；6.具有自動頻率掃描功能；7.內(nèi)帶4個頻率寄存器；8.采用3. 3V低壓電源供電；9.電荷泵獨立供電電壓可達5V;10.集成有2GHz混頻器。采用本實用新型所述非相參雷達頻率跟蹤器可以達到如下性能指標1、頻率跟蹤鎖定時間彡IOOms ；2、頻率分辨率IOOKHz ；3、頻率跟蹤帶寬200MHz ；4、輸出信號功率15. ；5、輸出信號諧波彡-70cffim。因此，本實用新型所述非相參雷達頻率跟蹤器不僅結(jié)構(gòu)簡單、合理，還能夠提高頻率跟蹤的鎖定時間，實現(xiàn)快速頻率跟蹤，提高頻率分辨率和跟蹤精度，提高抗干擾能力，減小系統(tǒng)復雜度，頻率跟蹤器能夠快速地跟蹤磁控管頻率漂移，采用窄帶低通濾波高速ADC 與FPGA相結(jié)合的硬件架構(gòu)，基于FPGA的功率優(yōu)先判定法，以DDS作為頻差時基輸出調(diào)整時基，精度高、控制靈活，保證后端處理正確性，使非相差雷達的應(yīng)用領(lǐng)域大大提高，雷達機動性、快捷性得到充分體現(xiàn)。 如熟悉此技術(shù)的人員所了解的，以上所述本實用新型的較佳實施例僅用于幫助了解本實用新型的實施，本實用新型不限于上述實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所做出的對上述實施方式任何顯而易見的改進或變更，都不會超出本實用新型的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種非相參雷達頻率跟蹤器，包括磁控管發(fā)射機、定向耦合器、混頻濾波模塊、頻率跟蹤器、直接數(shù)字式頻率合成器、本地時基倍頻器、天線、環(huán)行器、低噪聲放大器和混頻器， 磁控管發(fā)射機的輸出端與定向耦合器相連，定向耦合器的一輸出端與環(huán)行器的輸入端相連，環(huán)形器的輸出端通過低噪聲放大器與混頻器相連，其特征在于定向耦合器的另一輸出端與混頻濾波模塊的輸入端相連，混頻濾波模塊的輸出端與頻率跟蹤器相連，頻率跟蹤器的輸出端通過直接數(shù)字式頻率合成器與倍頻器的輸入端相連，倍頻器的輸出端與混頻器和混頻濾波模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非相參雷達頻率跟蹤器，其特征在于直接數(shù)字式頻率合成器采用AD公司的AD9858芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非相參雷達頻率跟蹤器，其特征在于直接數(shù)字式頻率合成器采用高速同步串行口串行配置方式配置，配置時鐘為4. 8MHz，直接數(shù)字式頻率合成器輸出頻率為185MHz-189MHz。
專利摘要本實用新型公開一種非相參雷達頻率跟蹤器，包括磁控管發(fā)射機、定向耦合器、混頻濾波模塊、頻率跟蹤器、直接數(shù)字式頻率合成器、本地時基倍頻器、天線、環(huán)行器、低噪聲放大器和混頻器，磁控管發(fā)射機的輸出端與定向耦合器相連，定向耦合器的一輸出端與環(huán)行器的輸入端相連，環(huán)形器的輸出端通過低噪聲放大器與混頻器相連，定向耦合器的另一輸出端與混頻濾波模塊的輸入端相連，混頻濾波模塊的輸出端與頻率跟蹤器相連，頻率跟蹤器的輸出端通過直接數(shù)字式頻率合成器與倍頻器的輸入端相連，倍頻器的輸出端與混頻器和混頻濾波模塊相連。該實用新型能夠提高頻率跟蹤的鎖定時間，實現(xiàn)快速頻率跟蹤，提高頻率分辨率、跟蹤精度、抗干擾能力，減小系統(tǒng)復雜度。
文檔編號G01S7/02GK202083794SQ20112018645
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者何建新 申請人:何建新, 成都信息工程學院, 成都遠望科技有限責任公司