[发明专利]一种基于全数字锁相环的宽带射频信号频率检测与跟踪装置

说明书

本发明公开了一种基于全数字锁相环的宽带射频信号频率检测与跟踪装置，包括频率粗估计模块，基于全数字锁相环的射频信号频率精确测量与跟踪模块和频率估计算法模块。该装置有效避免了数字侦察接收机的模拟前端难以完成对宽带范围内射频无线电信号的高精度实时截获的问题，将宽范围内的信号调节为适合全数字锁相环的输入信号，实现对射频信号频率的快速检测与跟踪。本发明结构具有新颖性和通用性，用于无线通信/雷达/电子对抗领域对宽带范围内射频信号的快速检测与跟踪。

所属技术领域

本发明涉及无线通信/雷达/电子对抗领域，特别是接收机前端测频装置。

背景技术

近年来随着科学技术的发展，传统意义上的战场对抗正在向电子对抗转变。频率测量和跟踪技术在现代电子对抗中发挥着非常重要的作用，适用于电子情报侦察、雷达告警等。针对敌方开展高效的电子战能够以最小的代价，干扰敌方通信链路、破坏敌方电子设备或对敌方的电子侦察手段进行反制。在复杂的现代电磁环境条件中快速检测出信号频率的能力，成为在电子战中占据有利地位的关键因素之一。此外，在民用通讯行业，各类设备的发展和增多对频率测量的需求也逐步提高。

文献“王伟旭.用相位推算法实现瞬时测频.Jan.2007.EBSCOhost”(参考文献1)中提到瞬时测频常用的技术主要是延迟线鉴相法。如图1所示，其主要思想是把一个单频信号分为两路，其中一路信号经延迟线后输出，因此两路信号的相位不同。把这两路信号经过鉴相器检测出它们之间的相位差，结合已知的延迟时间差，可以建立一个频率和延迟时间之间的关系，实现频率—相位的转换；再利用电阻环实现相位—幅度的转化，最后由测量到的幅度信息反推得到频率值。该技术在工程中得到了广泛应用，但其缺点是体积大，测频精度不高。

文献“凌祥,et al.一种基于时间数字转换器的瞬时测频技术/The Echnology ofInstantaneous Frequency Measurement Based on TDC.电子测量技术,vol.39,no.11,Jan.2016,pp.16–25.EBSCOhost”(参考文献2)中说明了一种数字计数测频技术，系统总体框图如图2所示。该技术利用数字方法，测量脉冲包络时间和脉冲包络内的被测信号脉冲个数，计算得到频率值。为了提高测频精度，需要有更高频率的时钟作为标准去测量脉冲包络时间，目前通常采取对标准时钟进行多路移相的方法，得到等效时钟。但当要求更高的测频精度时，难以将时钟进行更精确地移相，等效时钟频率也难以提升。

文献“万缙.X波段瞬时测频计的研究.Jan.2007.EBSCOhost”(参考文献3)中介绍了数字式瞬时测频技术，该技术基于典型的射频收发机技术，对接收信号进行下变频及模数转换，结合数字测频算法，可以完成对脉冲雷达载波频率的瞬时测量工作。此方法系统架构复杂、面积大、成本高、功耗高，且对模拟数字转换器(简称ADC，Analog to DigitalConverter)处理速度的要求很高。基于数字信号处理器(简称DSP，Digital SignalProcessor)或现场可编程门阵列(简称FPGA，Field Programmable Gate Array)的数字测频算法运行速度慢，若需要同时满足瞬时性好，测频精度高以及测频脉宽窄的指标要求，则需要宽带高速高精度ADC以及高性能的FPGA，但是超高速ADC价格十分昂贵。

文献“马骁.基于0.18μm CMOS工艺的全数字锁相环设计.Jan.2016.EBSCOhost”(参考文献4)设计了一款全数字锁相环(简称ADPLL，All Digital Phase-locked Loop)，它主要由四个模块组成，分别是鉴相器、控制器、数控振荡器以及可编程分频器。其参考时钟由系统芯片提供，一般为几十兆赫兹。数控振荡器的输出频率经过可编程分频器的N分频后得到分频时钟，进入环路与参考时钟进行比较，在两者频率一致后使振荡器输出频率为参考时钟频率的N倍。锁相环现多用于产生一定频率大小的稳定信号，在调制、解调、频率合成、载波同步、重定时等很多方面具有广泛的应用。

综上所述，现有的频率检测跟踪面临着检测精度低、面积大、功耗高、器件要求高等问题；同时，对宽带范围内进行信号频率测量和跟踪的能力有待提升。