一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法技术

本发明专利技术提供一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，将数字式频综输出的本振信号与定向耦合器采样得到的磁控管发射信号样本混频输出的中频信号，采用基于频率计数技术，通过数字信号处理和数值运算技术，获得磁控管发射机的瞬时频率测量；通过稳定可靠而成本不高的数字技术，将非相参磁控管雷达的进行升级，使之性能达到甚至超过全相参速调管雷达的性能；实现速度、差分相移(率)等偏振参数的相位测量。

An instantaneous measurement method for transmitting frequency of magnetron radar

The invention provides a method for instantaneous measurement of the transmitting frequency of a magnetron radar. The intermediate frequency signal is mixed with the local oscillator signal sampled from a digital frequency synthesizer and the magnetron transmitting signal sampled from a directional coupler, and the magnetron is obtained by digital signal processing and numerical operation based on the frequency counting technique. Transmitter instantaneous frequency measurement; non-coherent magnetron radar is upgraded to achieve or even exceed the performance of all-coherent klystron radar by stable, reliable and low-cost digital technology; phase measurement of polarization parameters such as velocity, differential phase shift (rate) is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法
本专利技术属于电子信息领域，尤其涉及一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法。
技术介绍
磁控管雷达具有发射功率大结构简单的特点，其成本低廉，对维护维修要求低，因此被广泛地应用。但是其随机发射初相和不稳定的发射频率令其不易用于像速度测量这种需要相位信息的领域中。采用自频调和数字初相消除技术，在一定程度上可以让磁控管雷达实现速度测量功能，但是在指标上很难达到全相参技术的功率放大式雷达的水平。其主要原因是自频调技术虽然能够让接收机的本振频率趋向于发射机频率与一个中频的和/或差，但是不能相等，也即中频的频率始终存在一个偏差，且不是一个恒定值，如果没有偏差就没有控制能力。而这种随机的偏差，在中频上虽然没有超出带宽范围，在强度检测性能方面不会受到影响，但是，却给数字初相消除带来较大的误差，给这种补偿性的相位相参技术带来缺陷，结果，测速性能下降。同时，由于中频信号与采样时钟完全没有相参性，在中频模拟信号变成数字中频信号的过程中，还会增加额外的相位差，而这个相位差也是随机的。这样，理论上可行的数字初相消除技术的实际效果比预料的情况还要更差。同时，模拟自频调技术需要较为繁琐的调试才能正常工作，其搜索、跟踪频率范围有限，跟踪跳模和磁控管频率变化过大等问题可能导致自频调失效，最终导致接收机失灵，雷达无法工作。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，通过数字输出，将测量到的准确的发射频率馈送到雷达频综中产生全部雷达时基信号，用于脉冲制式的雷达发射频率实时精确测量。为实现上述目的，本专利技术采用如下方案：一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，包括以下步骤：第一步，首先把发射信号中频信号IF变换成发射脉冲信号P与发射中频方波信号Fx；第二步，控制计数器进行计数操作；第三步，由计数值计算发射信号频率值；第四步，频率值显示与传送。进一步，所述第一步中输入的频率被测的中频信号IF由一个大动态范围的对数/限幅放大器进行放大处理，变成具有单端输出特性的对数视频输出信号Vo和具有平衡差分输出特性的线性限幅输出信号；平衡差分线性限幅输出信号通过平衡差分比较器后形成方波信号，该方波信号由施密特触发器再次整形，即得LVTTL电平标准的中频方波信号Fx，单端对数视频输出信号Vo通过一个单端-差分转换电路后变成平衡差分信号，该信号经平衡差分比较器和施密特触发器再次整形后形成LVTTL电平标准的发射脉冲信号P。进一步，所述第二步中控制计数器用FPGA或高速DSP器件实现，模块包括时钟发生器、计数闸门发生器、平均次数计数器、基准计数器、被测信号计数器和计算与接口模块；时钟发生器是一个带压控振荡器的锁相环电路；计数闸门发生器是一个带有上电清0功能的D触发器；平均次数计数器是一个具有自清0和预置计数范围的可控计数器，它受计算与接口模块控制而工作。进一步，控制计数器还包括外部辅助模块，外部辅助模块为单片机系统，包括主控芯片、液晶显示器LCD和用于输入参数的按键。进一步，所述第三步中由计数值计算发射信号频率值，具体步骤如下：首先，通过公式(7)确定被测信号计数器CNTx的计数信号频率fX：NR和NX分别为基准计数器CNTR和被测信号计数器CNTx的计数值，如果基准计数器CNTR的计数脉冲信号频率为fR；对(7)式进行偏微分处理，得测量频率误差的估计：其中，ΔfR为参考频率的误差，ΔNX为被测脉冲信号计数器的计数误差，ΔNR为参考计数器的计数误差。由于采用高稳定参考信号，ΔfR很小，(8)式的第一项忽略，测频误差的估计公式简化为：由此得到的发射脉冲样本中频信号的频率fX，通过公式(6)可计算出发射脉冲信号频率fT；fT＝fL±fI----------------------------------(6)fL为频率预先设置的本振信号，fI是通过测量得到中频信号频率。进一步，所述第四步中由外部辅助模块实现频率值显示与传送，计算与接口模块送出发射脉冲样本中频信号的频率fX或发射脉冲信号频率fT，主控芯片MCU接收该信号，并在液晶显示器LCD上显示频率值，通过按键实现工作模式选择和输入参数。本专利技术磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，将数字式频综输出的本振信号与定向耦合器采样得到的磁控管发射信号样本混频输出的中频信号，采用基于频率计数技术，通过数字信号处理和数值运算技术，获得磁控管发射机的瞬时频率测量；通过稳定可靠而成本不高的数字技术，将非相参磁控管雷达的进行升级，使之性能达到甚至超过(如免旋转关节的天线-发射-接收处理一体化的磁控管双偏振雷达)全相参速调管雷达的性能。在同性能雷达中，发射机的成本大约降到40％，整机成本降到大约80％，售价大约降到2/3。更为重要的是，对雷达的运行，以及维修、维护所需的成本和人员应达到的技术水平，在发射机方面大约降低60％，从整机角度考虑，大约降低2/3。本专利技术的装置由变频、功率检测、波形转换、测频计数模块、单片机等部分组成。由变频电路将发射信号样本变成发射中频样本；由正弦波-方波转换电路形成发射中频脉冲样本；由功率检测电路形成雷达发射脉宽匹配脉冲信号，确定发射起止时刻及宽度。在测频计数模块中，由发射脉宽匹配脉冲计数设定平均测量次数CNTA并获得计数控制波门；由稳定时钟源通过锁相环产生FR频率的高频参考计数时钟；通过波门控制实现发射中频脉冲计数CNTX和基准计数CNTR。在单片机中，计算二者比值，并乘以参考计数频率即可得到发射频率。瞬时测频误差不超过1KHz由于雷达频综很容易实现所有频率及时基信号的全相参特性，后续的数字相参处理就只需解决磁控管的随机初相就行了。在混频中可能产生的中频偏差，以及磁控管可能产生的微小频率漂移，由数字相参处理直接解决掉。结果，简单廉价的非相参磁控管雷达，获得了复杂高成本的全相参速调管(或行波管等)雷达一致的相参特性，可用于实现速度、差分相移(率)等偏振参数的相位测量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的发射中频频率测量原理方块图。图2是本专利技术实施例提供的计数式瞬时测频技术基本应用原理方块图。图3是本专利技术实施例提供的波形检测原理与波形图，说明了图1中由模拟信号变成数字信号的原理和波形特征。图4是本专利技术实施例提供的应用计数式瞬时测频技术的发射中频基本测试电路波形。该波形显示了电路的工作原理和时间状态的变迁过程。图5和图6是一个波形图的先后两个部分，是本专利技术实施例提供的发射中频改进频率测量原理波形图。该波形显示了电路的工作原理和时间状态的变迁过程。图7是本专利技术实施例提供的计数式瞬时测频技术在高分辨测量雷达中的应用(实例2)原理方块图。图8是本专利技术实施例提供的计数式瞬时测频技术在高高性能双偏振雷达中的应用(实例3)原理方块图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，将数字式频综输出的本振信号与定向耦合器采样得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，首先把发射信号中频信号IF变换成发射脉冲信号P与发射中频方波信号Fx；第二步，控制计数器进行计数操作；第三步，由计数值计算发射信号频率值；第四步，频率值显示与传送。

【技术特征摘要】
1.一种磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，首先把发射信号中频信号IF变换成发射脉冲信号P与发射中频方波信号Fx；第二步，控制计数器进行计数操作；第三步，由计数值计算发射信号频率值；第四步，频率值显示与传送。2.根据权利要求1所述的磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，其特征在于：所述第一步中输入的频率被测的中频信号IF由一个大动态范围的对数/限幅放大器进行放大处理，变成具有单端输出特性的对数视频输出信号Vo和具有平衡差分输出特性的线性限幅输出信号；平衡差分线性限幅输出信号通过平衡差分比较器后形成方波信号，该方波信号由施密特触发器再次整形，即得LVTTL电平标准的中频方波信号Fx，单端对数视频输出信号Vo通过一个单端-差分转换电路后变成平衡差分信号，该信号经平衡差分比较器和施密特触发器再次整形后形成LVTTL电平标准的发射脉冲信号P。3.根据权利要求1所述的磁控管雷达发射频率瞬时测量的方法，其特征在于：所述第二步中控制计数器用FPGA或高速DSP器件实现，模块包括时钟发生器、计数闸门发生器、平均次数计数器、基准计数器、被测信号计数器和计算与接口模块；时钟发生器是一个带压控振荡器的锁相环电路；计数闸门发生器是一个带有上电清0功能的D触发器；平均次数计数器是一个具有自清0和预置计数范围的可控计数器，它受计算与接口模块控制而工作。4.根据权利要求1所述的磁控管雷达...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚振东，李建，王烁，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川,51