一種分布式波形產(chǎn)生在線同步調(diào)整電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生同步性綜合設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種分布式波形產(chǎn)生在線同步調(diào)整電路及方法。本發(fā)明通過主控終端完成與收發(fā)組件中的波形產(chǎn)生部分進(jìn)行控制通信，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)波形輸出前沿、后沿和起始頻率等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置調(diào)整。本發(fā)明具有成本低廉、操作便捷、精度高、并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于集成。
【專利說明】一種分布式波形產(chǎn)生在線同步調(diào)整電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生同步性綜合設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種分布式波形產(chǎn)生在線同步調(diào)整電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相控陣?yán)走_(dá)波形產(chǎn)生設(shè)計(jì)主要可以分為集中式波形產(chǎn)生和分布式波形產(chǎn)生設(shè)計(jì)，集中式波形產(chǎn)生設(shè)計(jì)是將統(tǒng)一的波形產(chǎn)生中頻信號(hào)進(jìn)行隔離功分，提供給每個(gè)收發(fā)組件，此種方法缺點(diǎn)是每個(gè)發(fā)射信號(hào)形式統(tǒng)一，不能靈活變化；分布式波形產(chǎn)生是每個(gè)收發(fā)組件具有獨(dú)立的波形產(chǎn)生單元，與集中式波形產(chǎn)生相比，具有波形控制靈活、移相精度高等明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，采用分布式波形產(chǎn)的雷達(dá)具有以下缺點(diǎn):通道之間模擬信道特性的差異引起通道間輸出信號(hào)的差異；器件批次性差異而引起的輸出信號(hào)的差異；以上缺點(diǎn)在實(shí)際設(shè)計(jì)和批產(chǎn)過程中很難精確控制，但是分布式雷達(dá)收發(fā)組件中波形產(chǎn)生輸出的一致性的優(yōu)劣會(huì)直接影響雷達(dá)在空間的能量合成，進(jìn)而影響雷達(dá)的威力覆蓋范圍等雷達(dá)的關(guān)鍵性指標(biāo)，所以該問題能否有效解決成為提升此類體制雷達(dá)性能的主要瓶頸之一。
[0003]現(xiàn)在多通道波形產(chǎn)生設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用比較普遍的同步方式是由集成DDS芯片自身的同步功能來實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)時(shí)需要通過時(shí)鐘分配器提供同步信號(hào)，來保證每個(gè)DDS器件輸出信號(hào)的同步性和一致性。在分布式波形產(chǎn)生雷達(dá)設(shè)計(jì)過程中，由于信號(hào)產(chǎn)生部分在物理空間上是相對(duì)獨(dú)立的，所以該方法難以解決分布式信號(hào)產(chǎn)生通道間與批次間存在的同步性差異問題。
[0004]在相控陣?yán)走_(dá)中，收發(fā)組件采用分布式信號(hào)產(chǎn)生形式的同步問題主要包括相位同步和時(shí)間同步兩方面，相位同步可以通過雷達(dá)的自身的校正網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行移相修正通道間的信號(hào)的相位差，但是當(dāng)信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)間存在延時(shí)差異，會(huì)導(dǎo)致通道間的信號(hào)在同一時(shí)刻產(chǎn)生頻率差。雷達(dá)實(shí)際工作中最常用的信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)和非線性調(diào)頻信號(hào)，本專利以線性調(diào)頻信號(hào)為例，根據(jù)信號(hào)特性通道間的相位差就會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大，此種情況所導(dǎo)致的相位差是通過校正網(wǎng)絡(luò)無法修正的，最終導(dǎo)致雷達(dá)空間能量合成的結(jié)果發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響雷達(dá)的整機(jī)性能。
[0005]基于此，本發(fā)明針對(duì)分布式波形產(chǎn)生雷達(dá)設(shè)計(jì)過程中的一致性問題提出一種基于DDS技術(shù)和模擬信號(hào)合成技術(shù)的分布式波形產(chǎn)生在線同步調(diào)整方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)【背景技術(shù)】中所提出的問題，本發(fā)明提供了一種雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生在線同步性方法。該方法通過主控終端完成與收發(fā)組件中的波形產(chǎn)生部分進(jìn)行控制通信，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)波形輸出前沿、后沿和起始頻率等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置調(diào)整；在雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生的多通道波形產(chǎn)生的雷達(dá)中，每個(gè)波形產(chǎn)生通道由時(shí)鐘調(diào)理單元、波形產(chǎn)生單元、接口控制單元和模擬變頻單元組成，其中時(shí)鐘調(diào)理單元完成對(duì)FPGA和DDS時(shí)鐘的處理；波形產(chǎn)生單元根據(jù)波形碼、移相碼和接口調(diào)整控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的波形信號(hào)，模擬變頻單元完成兩次上變頻后完成射頻信號(hào)輸出。從而產(chǎn)生雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生通道間同步性精度高的雷達(dá)波形，該方法具有成本低廉、操作便捷、精度高、并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于集成。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方法是:一種分布式波形產(chǎn)生在線同步調(diào)整方法，包括N路基于DDS技術(shù)的波形產(chǎn)生電路，每路波形產(chǎn)生電路都包含時(shí)鐘調(diào)理單元、波形產(chǎn)生單元、接口控制單元和模擬變頻單元，其特征包括如下步驟:
步驟一:基于DDS技術(shù)的多通道分布式波形產(chǎn)生；
步驟二:高精度數(shù)字移相控制；
步驟三:基于串口進(jìn)行起始頻率和時(shí)延參數(shù)控制；
步驟四:射頻模擬脈沖信號(hào)合成后幅相一致性分析，
其中，N為收發(fā)組件數(shù)量。
[0008]其有益效果是:產(chǎn)生同步精度高，波形種類靈活的雷達(dá)波形。
[0009]如上所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟一中多通道分布式波形產(chǎn)生的具體方法為:雷達(dá)分布式N路波形產(chǎn)生采用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中核心芯片采用ADI公司的AD99XX系列芯片，該芯片是一片性價(jià)比比較高的直接數(shù)字頻率合成器(DDS)芯片，其速度快、輸出波形穩(wěn)定，頻率、相位和幅度皆可控制且分辨率高。其內(nèi)部集成14 bit數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)并且支持高1GSPS地采樣率，通過FPGA控制DDS的輸出。
[0010]如上所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟二中高精度的數(shù)控移相的具體方法為:根據(jù)FPGA解碼的8位以上的控制碼，送至DDS相位控制字寄存器，來進(jìn)行精確的移相控制。
[0011]如上所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟三中基于串口進(jìn)行起始頻率和時(shí)延參數(shù)控制的具體方法為:根據(jù)接口控制單元提供的起始頻率和波形時(shí)延參數(shù)的控制，利用DDS芯片產(chǎn)生分布式波形產(chǎn)生雷達(dá)所需要的通道間具有高精度同步性的雷達(dá)波形。
[0012]如上所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟四中射頻模擬脈沖信號(hào)合成后幅相一致性分析的具體方法為:將DDS芯片產(chǎn)生的雷達(dá)波形信號(hào)進(jìn)行變頻、濾波和放大等處理后，直接進(jìn)行射頻模擬合成，得到兩路之間的和、差信號(hào)，進(jìn)行幅相分析得到一致性誤差。
[0013]一種基于分布式波形產(chǎn)生的在線同步調(diào)整電路，包括N路相同的波形產(chǎn)生電路，每路均具有時(shí)鐘調(diào)理單元、波形產(chǎn)生單元、接口控制單元和模擬變頻單元組成；時(shí)鐘調(diào)理單元的輸入端與外部時(shí)鐘相連，其輸出端一路送至DDS芯片作為波形產(chǎn)生時(shí)鐘，另一路送至FPGA作為工作時(shí)鐘；接口控制單元與FPGA相連，控制DDS輸出的波形種類；波形產(chǎn)生單元是DDS芯片根據(jù)外部時(shí)鐘和波形控制參數(shù)產(chǎn)生雷達(dá)所需要的中頻調(diào)制波形信號(hào)；接口控制單元與FPGA相連，將初始頻率、波形種類和輸出時(shí)間等波形參數(shù)送至DDS芯片，產(chǎn)生雷達(dá)所需要的雷達(dá)波形；模擬變頻單元與DDS芯片輸出相連，將DDS產(chǎn)生的中頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大和變頻得到雷達(dá)最后發(fā)射的射頻信號(hào)。
[0014]如上所述的基于分布式波形產(chǎn)生的在線同步調(diào)整電路，其特征在于:由時(shí)鐘調(diào)理電路、DDS芯片AD9910、串口接口芯片MAX232E和FPGA EP2C70F672I8構(gòu)成，其中時(shí)鐘調(diào)理電路與DDS芯片和FPAG相連，串口接口芯片與FPGA相連，DDS芯片AD9910芯片產(chǎn)生的雷達(dá)調(diào)頻波形輸出端與變頻、濾波和放大電路的輸入端相連。其有益效果是:產(chǎn)生低雜散、低相噪、高分辨率、通道間同步精度高和一致性好的雷達(dá)調(diào)頻射頻信號(hào)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:系統(tǒng)工作流程圖；
圖2:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0017]一種基于分布式雷達(dá)波形產(chǎn)生在線同步設(shè)計(jì)方法，如圖2所示為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖，系統(tǒng)主要由時(shí)鐘調(diào)理單元、DDS芯片AD9910、串口接口芯片MAX232E和FPGAEP2C70F672I8構(gòu)成，其中時(shí)鐘調(diào)理單元與DDS芯片和FPAG相連，串口接口芯片與FPGA相連，DDS芯片AD9910芯片產(chǎn)生的雷達(dá)調(diào)頻波形輸出端與變頻、濾波和放大電路的輸入端相連，其輸出口直接與輸出口相連接。其有益效果是:產(chǎn)生低雜散、低相噪、高分辨率、通道間同步精度高的雷達(dá)調(diào)頻波形信號(hào)。
[0018]通過以上所述主要部件就能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)波形碼、移相碼、和固化波形參數(shù)產(chǎn)生重復(fù)周期為T,載頻為的波形信號(hào)，脈沖寬度τ分別為30 μ s、或60 μ s、或100 μ s,帶寬Β分別為2MHz、或10MHz的通道間具有高精度的同步線性調(diào)頻信號(hào)。并且通過串口控制，可在線實(shí)時(shí)更改通道間波形的起始頻率和波形時(shí)延等具體的波形參數(shù)，產(chǎn)生滿足雷達(dá)整機(jī)需要的發(fā)射波形。
[0019]本發(fā)明所修正的雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生之間的相位差主要是由:
1)通道參考時(shí)鐘之間相位的差異；
2)DDS波形控制信號(hào)配置寄存器的時(shí)間差異；
3)信號(hào)產(chǎn)生通道中模擬部分的群延時(shí)等模擬特性指標(biāo)的差異。
[0020]本發(fā)明是以基于DDS的波形產(chǎn)生技術(shù)為基礎(chǔ)，提出的一種在線解決通道間同步性問題的方法，外部時(shí)鐘的選取主要以DDS產(chǎn)生的中頻波形信號(hào)的頻率為主，本實(shí)例中選用的波形時(shí)鐘為外部輸入的80MHz，經(jīng)過時(shí)鐘調(diào)理電路，一路經(jīng)過5倍頻后產(chǎn)生400MHz送至DDS芯片AD9910作為波形產(chǎn)生時(shí)鐘，另一路80MHz直接送至FPGA作為工作時(shí)鐘。
[0021]信號(hào)時(shí)寬調(diào)整，以一路信號(hào)產(chǎn)生通道為基準(zhǔn)，其它信號(hào)產(chǎn)生通道與之進(jìn)行比較調(diào)整，通過串口調(diào)整波形輸出的前沿位置和后沿位置，使兩路之間的時(shí)域?qū)挾壬系恼`差
1 1
^2*fldk ~ 2 *E0MHz°
[0022]通道間波形重合調(diào)整初始相位，從示波器讀取兩通道波形重合區(qū)域前沿的相位差
ΛφΛφ
Am，移相碼采用8位并行碼控制，即對(duì)應(yīng)的相位調(diào)整控制字為使ΔΦ360/2 1,40ο25
兩通道信號(hào)重合區(qū)域起始相位差ΔΦ~0°。
[0023]通道間波形重合區(qū)域頻率差的調(diào)整，通過示波器讀取尾部相位差ΑΦρ由
Αφ
得出尾部時(shí)刻的瞬時(shí)頻率差= ~DDS芯片的頻率控制寄存器為f
48位，即頻率控制字imr =248，<為模塊輸出起始頻率，通過串口將此送入
16?(ΜΗζ} JiF，DDS相應(yīng)配置寄存器，然后再微調(diào)起始頻率，使其后沿盡量重合，即減小了通道間的同步性差異，以基本滿足雷達(dá)整機(jī)性能要求。
[0024]下面根據(jù)本發(fā)明具體的實(shí)現(xiàn)過程，來對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析計(jì)算:
首先，對(duì)脈沖前沿相位進(jìn)行校正，由于移相控制為8位并行控制信號(hào)，根據(jù)示波器所讀取的前沿相位差值來計(jì)算對(duì)應(yīng)的相位控制碼，完成前沿相位對(duì)齊。[0025]其次，通過讀取脈沖重合區(qū)域后沿相位誤差推算出脈沖頻率誤差，利用串口進(jìn)行修正頻率。
[0026]所以系統(tǒng)主要誤差來源于示波器所能達(dá)到的讀取精度。即誤差公式為Ar=Ara，/(Xx孫其中Δτ,為示波器讀出的理論誤差，B為信號(hào)帶寬』為信號(hào)載頻的中心頻率。然而，示波器上讀取誤差理論上可以達(dá)到2ps，實(shí)際上經(jīng)過多次讀數(shù)取均值后，可以使誤差控制在±2.5ps以內(nèi)。假設(shè)信號(hào)帶寬B=2MHz，中心頻率為久=1200MHz，則誤差最大情況下△?QzSps，得出的最大誤差為Δτ=3η8，折合到脈沖后沿相位誤差約為2.2°，可以滿足天線的波瓣覆蓋范圍的要求，由此可以想象，對(duì)于Β=10ΜΗζ寬帶信號(hào)，這樣的誤差會(huì)更小。由此可見，本方法所達(dá)到的調(diào)整控制精度遠(yuǎn)高于常規(guī)方式中所介紹的同步精度。
[0027]本方法所針對(duì)的雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生設(shè)計(jì)方法，主要應(yīng)用于由于物理上是分開的分布式波形產(chǎn)生，無法采用ADI公司所推薦的同步性設(shè)計(jì)方式，使雷達(dá)分布式波形產(chǎn)生具有更廣的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式波形產(chǎn)生在線同步調(diào)整方法，包括N路基于DDS技術(shù)的波形產(chǎn)生電路，每路波形產(chǎn)生電路都包含時(shí)鐘調(diào)理單元、波形產(chǎn)生單元、接口控制單元和模擬變頻單元，其特征包括如下步驟:步驟一:基于DDS技術(shù)的多通道分布式波形產(chǎn)生；步驟二:高精度數(shù)字移相控制；步驟三:基于串口進(jìn)行起始頻率和時(shí)延參數(shù)控制；步驟四:射頻模擬脈沖信號(hào)合成后幅相一致性分析，其中，N為收發(fā)組件數(shù)量。
2.如權(quán)利要求1所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟一中多通道分布式波形產(chǎn)生的具體方法為:雷達(dá)分布式N路波形產(chǎn)生采用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中核心芯片采用ADI公司的AD99XX系列芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟二中高精度的數(shù)控移相的具體方法為:根據(jù)FPGA解碼的8位以上的控制碼，送至DDS相位控制字寄存器，來進(jìn)行精確的移相控制。
4.如權(quán)利要求1所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟三中基于串口進(jìn)行起始頻率和時(shí)延參數(shù)控制的具體方法為:根據(jù)接口控制單元提供的起始頻率和波形時(shí)延參數(shù)的控制，利用DDS芯片產(chǎn)生分布式波形產(chǎn)生雷達(dá)所需要的通道間具有高精度同步性的雷達(dá)波形。
5.如權(quán)利要求1所述的基于串口控制的分布是波形產(chǎn)生的同步方法，其特征在于:所述步驟四中射頻模擬脈沖信號(hào)合成后幅相一致性分析的具體方法為:將DDS芯片產(chǎn)生的雷達(dá)波形信號(hào)進(jìn)行變頻、濾波和放大等處理后，直接進(jìn)行射頻模擬合成，得到兩路之間的和、差信號(hào)，進(jìn)行幅相分析得到一致性誤差。
6.一種基于分布式波形產(chǎn)生的在線同步調(diào)整電路，包括N路相同的波形產(chǎn)生電路，每路均具有時(shí)鐘調(diào)理單元、波形產(chǎn)生單元、接口控制單元和模擬變頻單元組成；時(shí)鐘調(diào)理單元的輸入端與外部時(shí)鐘相連，其輸出端一路送至DDS芯片作為波形產(chǎn)生時(shí)鐘，另一路送至FPGA作為工作時(shí)鐘；接口控制單元與FPGA相連，控制DDS輸出的波形種類；波形產(chǎn)生單元是DDS芯片根據(jù)外部時(shí)鐘和波形控制參數(shù)產(chǎn)生雷達(dá)所需要的中頻調(diào)制波形信號(hào)；接口控制單元與FPGA相連，將初始頻率、波形種類和輸出時(shí)間等波形參數(shù)送至DDS芯片，產(chǎn)生雷達(dá)所需要的雷達(dá)波形；模擬變頻單元與DDS芯片輸出相連，將DDS產(chǎn)生的中頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大和變頻得到雷達(dá)最后發(fā)射的射頻信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于分布式波形產(chǎn)生的在線同步調(diào)整電路，其特征在于:由時(shí)鐘調(diào)理電路、DDS芯片AD9910、串口接口芯片MAX232E和FPGA EP2C70F672I8構(gòu)成，其中時(shí)鐘調(diào)理電路與DDS芯片和FPAG相連，串口接口芯片與FPGA相連，DDS芯片AD9910芯片產(chǎn)生的雷達(dá)調(diào)頻波形輸出端與變頻、濾波和放大電路的輸入端相連。
【文檔編號(hào)】G01S7/28GK103630881SQ201310513613
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】苑鳳雨, 李建垚, 徐曉, 羅華 申請(qǐng)人:武漢濱湖電子有限責(zé)任公司