一种分布式波形产生在线同步调整电路及方法
【专利摘要】本发明属于雷达分布式波形产生同步性综合设计【技术领域】，具体涉及一种分布式波形产生在线同步调整电路及方法。本发明通过主控终端完成与收发组件中的波形产生部分进行控制通信，根据预先设定好的通信协议，实现波形输出前沿、后沿和起始频率等相关参数的设置调整。本发明具有成本低廉、操作便捷、精度高、并且结构简单易于集成。
【专利说明】一种分布式波形产生在线同步调整电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达分布式波形产生同步性综合设计【技术领域】，具体涉及一种分布式波形产生在线同步调整电路及方法。
【背景技术】
[0002]相控阵雷达波形产生设计主要可以分为集中式波形产生和分布式波形产生设计，集中式波形产生设计是将统一的波形产生中频信号进行隔离功分，提供给每个收发组件，此种方法缺点是每个发射信号形式统一，不能灵活变化；分布式波形产生是每个收发组件具有独立的波形产生单元，与集中式波形产生相比，具有波形控制灵活、移相精度高等明显的优势。但是，采用分布式波形产的雷达具有以下缺点:通道之间模拟信道特性的差异引起通道间输出信号的差异；器件批次性差异而引起的输出信号的差异；以上缺点在实际设计和批产过程中很难精确控制，但是分布式雷达收发组件中波形产生输出的一致性的优劣会直接影响雷达在空间的能量合成，进而影响雷达的威力覆盖范围等雷达的关键性指标，所以该问题能否有效解决成为提升此类体制雷达性能的主要瓶颈之一。
[0003]现在多通道波形产生设计过程中应用比较普遍的同步方式是由集成DDS芯片自身的同步功能来实现的，设计时需要通过时钟分配器提供同步信号，来保证每个DDS器件输出信号的同步性和一致性。在分布式波形产生雷达设计过程中，由于信号产生部分在物理空间上是相对独立的，所以该方法难以解决分布式信号产生通道间与批次间存在的同步性差异问题。
[0004]在相控阵雷达中，收发组件采用分布式信号产生形式的同步问题主要包括相位同步和时间同步两方面，相位同步可以通过雷达的自身的校正网络来进行移相修正通道间的信号的相位差，但是当信号产生输出信号间存在延时差异，会导致通道间的信号在同一时刻产生频率差。雷达实际工作中最常用的信号为线性调频信号和非线性调频信号，本专利以线性调频信号为例，根据信号特性通道间的相位差就会随着时间的增加而增大，此种情况所导致的相位差是通过校正网络无法修正的，最终导致雷达空间能量合成的结果发生畸变，严重影响雷达的整机性能。
[0005]基于此，本发明针对分布式波形产生雷达设计过程中的一致性问题提出一种基于DDS技术和模拟信号合成技术的分布式波形产生在线同步调整方法。
【发明内容】
[0006]针对【背景技术】中所提出的问题，本发明提供了一种雷达分布式波形产生在线同步性方法。该方法通过主控终端完成与收发组件中的波形产生部分进行控制通信，根据预先设定好的通信协议，实现波形输出前沿、后沿和起始频率等相关参数的设置调整；在雷达分布式波形产生的多通道波形产生的雷达中，每个波形产生通道由时钟调理单元、波形产生单元、接口控制单元和模拟变频单元组成，其中时钟调理单元完成对FPGA和DDS时钟的处理；波形产生单元根据波形码、移相码和接口调整控制信号产生相应的波形信号，模拟变频单元完成两次上变频后完成射频信号输出。从而产生雷达分布式波形产生通道间同步性精度高的雷达波形，该方法具有成本低廉、操作便捷、精度高、并且结构简单易于集成。
[0007]本发明的技术方法是:一种分布式波形产生在线同步调整方法，包括N路基于DDS技术的波形产生电路，每路波形产生电路都包含时钟调理单元、波形产生单元、接口控制单元和模拟变频单元，其特征包括如下步骤:
步骤一:基于DDS技术的多通道分布式波形产生；
步骤二:高精度数字移相控制；
步骤三:基于串口进行起始频率和时延参数控制；
步骤四:射频模拟脉冲信号合成后幅相一致性分析，
其中，N为收发组件数量。
[0008]其有益效果是:产生同步精度高，波形种类灵活的雷达波形。
[0009]如上所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤一中多通道分布式波形产生的具体方法为:雷达分布式N路波形产生采用DDS技术实现，其中核心芯片采用ADI公司的AD99XX系列芯片，该芯片是一片性价比比较高的直接数字频率合成器(DDS)芯片，其速度快、输出波形稳定，频率、相位和幅度皆可控制且分辨率高。其内部集成14 bit数模转换器(DAC)并且支持高1GSPS地采样率，通过FPGA控制DDS的输出。
[0010]如上所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤二中高精度的数控移相的具体方法为:根据FPGA解码的8位以上的控制码，送至DDS相位控制字寄存器，来进行精确的移相控制。
[0011]如上所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤三中基于串口进行起始频率和时延参数控制的具体方法为:根据接口控制单元提供的起始频率和波形时延参数的控制，利用DDS芯片产生分布式波形产生雷达所需要的通道间具有高精度同步性的雷达波形。
[0012]如上所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤四中射频模拟脉冲信号合成后幅相一致性分析的具体方法为:将DDS芯片产生的雷达波形信号进行变频、滤波和放大等处理后，直接进行射频模拟合成，得到两路之间的和、差信号，进行幅相分析得到一致性误差。
[0013]一种基于分布式波形产生的在线同步调整电路，包括N路相同的波形产生电路，每路均具有时钟调理单元、波形产生单元、接口控制单元和模拟变频单元组成；时钟调理单元的输入端与外部时钟相连，其输出端一路送至DDS芯片作为波形产生时钟，另一路送至FPGA作为工作时钟；接口控制单元与FPGA相连，控制DDS输出的波形种类；波形产生单元是DDS芯片根据外部时钟和波形控制参数产生雷达所需要的中频调制波形信号；接口控制单元与FPGA相连，将初始频率、波形种类和输出时间等波形参数送至DDS芯片，产生雷达所需要的雷达波形；模拟变频单元与DDS芯片输出相连，将DDS产生的中频调制信号进行放大和变频得到雷达最后发射的射频信号。
[0014]如上所述的基于分布式波形产生的在线同步调整电路，其特征在于:由时钟调理电路、DDS芯片AD9910、串口接口芯片MAX232E和FPGA EP2C70F672I8构成，其中时钟调理电路与DDS芯片和FPAG相连，串口接口芯片与FPGA相连，DDS芯片AD9910芯片产生的雷达调频波形输出端与变频、滤波和放大电路的输入端相连。其有益效果是:产生低杂散、低相噪、高分辨率、通道间同步精度高和一致性好的雷达调频射频信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1:系统工作流程图；
图2:系统结构框图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图对本发明做进一步说明。
[0017]一种基于分布式雷达波形产生在线同步设计方法，如图2所示为本系统的结构组成框图，系统主要由时钟调理单元、DDS芯片AD9910、串口接口芯片MAX232E和FPGAEP2C70F672I8构成，其中时钟调理单元与DDS芯片和FPAG相连，串口接口芯片与FPGA相连，DDS芯片AD9910芯片产生的雷达调频波形输出端与变频、滤波和放大电路的输入端相连，其输出口直接与输出口相连接。其有益效果是:产生低杂散、低相噪、高分辨率、通道间同步精度高的雷达调频波形信号。
[0018]通过以上所述主要部件就能够实现根据波形码、移相码、和固化波形参数产生重复周期为T,载频为的波形信号，脉冲宽度τ分别为30 μ s、或60 μ s、或100 μ s,带宽Β分别为2MHz、或10MHz的通道间具有高精度的同步线性调频信号。并且通过串口控制，可在线实时更改通道间波形的起始频率和波形时延等具体的波形参数，产生满足雷达整机需要的发射波形。
[0019]本发明所修正的雷达分布式波形产生之间的相位差主要是由:
1)通道参考时钟之间相位的差异；
2)DDS波形控制信号配置寄存器的时间差异；
3)信号产生通道中模拟部分的群延时等模拟特性指标的差异。
[0020]本发明是以基于DDS的波形产生技术为基础，提出的一种在线解决通道间同步性问题的方法，外部时钟的选取主要以DDS产生的中频波形信号的频率为主，本实例中选用的波形时钟为外部输入的80MHz，经过时钟调理电路，一路经过5倍频后产生400MHz送至DDS芯片AD9910作为波形产生时钟，另一路80MHz直接送至FPGA作为工作时钟。
[0021]信号时宽调整，以一路信号产生通道为基准，其它信号产生通道与之进行比较调整，通过串口调整波形输出的前沿位置和后沿位置，使两路之间的时域宽度上的误差
1 1
^2*fldk ~ 2 *E0MHz°
[0022]通道间波形重合调整初始相位，从示波器读取两通道波形重合区域前沿的相位差
ΛφΛφ
Am，移相码采用8位并行码控制，即对应的相位调整控制字为使ΔΦ360/2 1,40ο25
两通道信号重合区域起始相位差ΔΦ~0°。
[0023]通道间波形重合区域频率差的调整，通过示波器读取尾部相位差ΑΦρ由
Αφ
得出尾部时刻的瞬时频率差= ~DDS芯片的频率控制寄存器为f
48位，即频率控制字imr =248，<为模块输出起始频率，通过串口将此送入
16?(ΜΗζ} JiF，DDS相应配置寄存器，然后再微调起始频率，使其后沿尽量重合，即减小了通道间的同步性差异，以基本满足雷达整机性能要求。
[0024]下面根据本发明具体的实现过程，来对系统误差进行分析计算:
首先，对脉冲前沿相位进行校正，由于移相控制为8位并行控制信号，根据示波器所读取的前沿相位差值来计算对应的相位控制码，完成前沿相位对齐。[0025]其次，通过读取脉冲重合区域后沿相位误差推算出脉冲频率误差，利用串口进行修正频率。
[0026]所以系统主要误差来源于示波器所能达到的读取精度。即误差公式为Ar=Ara，/(Xx孙其中Δτ,为示波器读出的理论误差，B为信号带宽』为信号载频的中心频率。然而，示波器上读取误差理论上可以达到2ps，实际上经过多次读数取均值后，可以使误差控制在±2.5ps以内。假设信号带宽B=2MHz，中心频率为久=1200MHz，则误差最大情况下△?QzSps，得出的最大误差为Δτ=3η8，折合到脉冲后沿相位误差约为2.2°，可以满足天线的波瓣覆盖范围的要求，由此可以想象，对于Β=10ΜΗζ宽带信号，这样的误差会更小。由此可见，本方法所达到的调整控制精度远高于常规方式中所介绍的同步精度。
[0027]本方法所针对的雷达分布式波形产生设计方法，主要应用于由于物理上是分开的分布式波形产生，无法采用ADI公司所推荐的同步性设计方式，使雷达分布式波形产生具有更广的应用前景。
【权利要求】
1.一种分布式波形产生在线同步调整方法，包括N路基于DDS技术的波形产生电路，每路波形产生电路都包含时钟调理单元、波形产生单元、接口控制单元和模拟变频单元，其特征包括如下步骤:步骤一:基于DDS技术的多通道分布式波形产生；步骤二:高精度数字移相控制；步骤三:基于串口进行起始频率和时延参数控制；步骤四:射频模拟脉冲信号合成后幅相一致性分析，其中，N为收发组件数量。
2.如权利要求1所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤一中多通道分布式波形产生的具体方法为:雷达分布式N路波形产生采用DDS技术实现，其中核心芯片采用ADI公司的AD99XX系列芯片。
3.如权利要求1所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤二中高精度的数控移相的具体方法为:根据FPGA解码的8位以上的控制码，送至DDS相位控制字寄存器，来进行精确的移相控制。
4.如权利要求1所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤三中基于串口进行起始频率和时延参数控制的具体方法为:根据接口控制单元提供的起始频率和波形时延参数的控制，利用DDS芯片产生分布式波形产生雷达所需要的通道间具有高精度同步性的雷达波形。
5.如权利要求1所述的基于串口控制的分布是波形产生的同步方法，其特征在于:所述步骤四中射频模拟脉冲信号合成后幅相一致性分析的具体方法为:将DDS芯片产生的雷达波形信号进行变频、滤波和放大等处理后，直接进行射频模拟合成，得到两路之间的和、差信号，进行幅相分析得到一致性误差。
6.一种基于分布式波形产生的在线同步调整电路，包括N路相同的波形产生电路，每路均具有时钟调理单元、波形产生单元、接口控制单元和模拟变频单元组成；时钟调理单元的输入端与外部时钟相连，其输出端一路送至DDS芯片作为波形产生时钟，另一路送至FPGA作为工作时钟；接口控制单元与FPGA相连，控制DDS输出的波形种类；波形产生单元是DDS芯片根据外部时钟和波形控制参数产生雷达所需要的中频调制波形信号；接口控制单元与FPGA相连，将初始频率、波形种类和输出时间等波形参数送至DDS芯片，产生雷达所需要的雷达波形；模拟变频单元与DDS芯片输出相连，将DDS产生的中频调制信号进行放大和变频得到雷达最后发射的射频信号。
7.如权利要求6所述的基于分布式波形产生的在线同步调整电路，其特征在于:由时钟调理电路、DDS芯片AD9910、串口接口芯片MAX232E和FPGA EP2C70F672I8构成，其中时钟调理电路与DDS芯片和FPAG相连，串口接口芯片与FPGA相连，DDS芯片AD9910芯片产生的雷达调频波形输出端与变频、滤波和放大电路的输入端相连。
【文档编号】G01S7/28GK103630881SQ201310513613
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】苑凤雨, 李建垚, 徐晓, 罗华 申请人:武汉滨湖电子有限责任公司