[发明专利]基于DDS和乒乓式锁相环相结合的步进频信号产生方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体为一种基于直接数字式频率合成(DDS)和乒乓式锁相环相结合的步进频信号产生方法。应用在步进频雷达频率合成器的设计中，实现大幅提高步进频雷达频率合成器的性能，对于各个频段的步进频雷达频率合成器具有通用性，并且对于其它体制雷达频率合成器的设计提供了良好的借鉴。

背景技术

随着现代雷达技术的发展，采用距离高分辨率雷达信号对目标进行高分辨率成像，从而实现对目标的检测与识别已经成为现代雷达的一个重要研究和发展方向。步进频信号是一种常用的距离高分辨率雷达信号，它是一个包含N个发射频率的脉冲串，每个脉冲的发射频率不同，频率步进为固定值。从时域上看，步进频信号是由脉冲宽度为τ、脉冲重复间隔为Tr的N个子脉冲组成的脉冲串；从频域上看，步进频信号是由起始载频为f₀、载频步进为Δf、并按照线性规律(比如三角波、锯齿波等方式)跳变的N个载频组成的跳频信号。步进频信号是一种合成宽带信号，它将宽带信号分解成N个窄带信号，通过对N个窄带信号的发射、接收和处理获得等效大带宽和高距离分辨率。由于步进频信号发射和接收的脉冲信号均为窄带信号，具有瞬时带宽窄的特点，所以对于接收前端和A/D采样速率的要求都不高，易于工程实现。

在现代雷达系统中，步进频信号都是由频率合成器实现的，决定其性能的主要是带宽、频率分辨率、跳频时间、相位噪声和杂散电平等技术指标。目前，步进频信号主要采用直接模拟式频率合成方法、间接式频率合成方法和直接数字式频率合成方法实现。

直接模拟式频率合成方法是以一个高稳定的晶体振荡器作为参考频率源，通过对参考频率源进行分频、混频和倍频，并结合多个开关滤波组件的信号滤波和控制作用从而产生所需要的步进频信号。这种方法虽然具有较快的跳频时间和极低的相位噪声等优点，但是这种方法也有其自身的缺陷。虽然采用这种方法理论上可以实现极高的频率分辨率，但是随着频率分辨率的提高，系统的杂散性能将会急剧恶化，而且系统将变得非常复杂，会导致系统的体积庞大、成本急剧上升，不利于频率合成器的小型化和模块化发展需求。

间接式频率合成方法即是我们通常所说的锁相环频率合成方法，它利用反馈的原理产生步进频信号所要求的频率步进，并通过连续改变环路分频比值实现步进频信号载波频率的线性跳变。这种方法虽然具有系统电路形式简单、体积小和成本低的优点，但是它的主要缺陷就是跳频时间、频率分辨率和相位噪声等指标较差，而且跳频时间和频率分辨率还是一对无法兼顾的指标，这两项指标中，其中一个指标的优化是以牺牲另外一个指标作为代价的。采用间接式频率合成方法实现的步进频信号其跳频时间一般在10微秒以上，不能满足脉冲重复间隔较小(小于10μS)的应用场合。

直接数字式频率合成(简称DDS)方法是随着大规模集成电路和微电子技术的发展而产生的一种频率合成方法。它是根据正弦函数的产生，从相位出发，由不同的相位给出不同的电压幅度，即相位-正弦幅度变换，最后滤波，平滑输出所需要的频率。它不同于上面所讲的直接模拟式和间接式频率合成方法，因为它是数字处理的。直接数字式频率合成方法的特点是可以通过灵活的数字处理器对其输出信号的频率、相位和幅度进行精确、快速的设置，跳频时间极快，而且它还具有极高的频率分辨率和相位分辨率。但是目前这种频率合成方法还有许多问题尚未很好地解决，其中最突出的问题就是相位噪声和杂散。由于相位截断和数模转换器位数的限制导致了直接数字式频率合成器频谱纯度较差、输出杂散电平较大。另外，受目前数字集成电路材料和工艺水平的限制，直接数字式频率合成器的工作频段较低、输出带宽较窄。目前，工艺成熟、性能可靠、在工程上能够实用的直接数字式频率合成器的最高输出频率也只能达到L波段。所以，单纯的直接数字式频率合成方法无法直接实现更高频率的微波信号合成，难以实现大带宽信号合成，而且其输出信号杂散电平指标也较差。所以，尽管直接数字式频率合成方法解决了跳频时间和频率分辨率的问题，但是它依然有许多目前技术水平条件下无法解决的问题，使得单纯的直接数字式频率合成方法的应用受到了很大的限制。

发明内容

本发明要解决的问题是针对上述几种目前主要的步进频信号产生方法存在的跳频时间、最小步进、相位噪声、杂散电平、带宽、体积和成本等指标之间相互影响和制约的缺陷，提供一种新的步进频信号产生方法，使上述各项指标能够兼顾并得到进一步的优化，从而设计出高性能的步进频信号。