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一种基于中频采样的雷达数字波形产生方法研究

姒强  
【摘要】: 随着现代数字技术和VLSI技术的发展,通过数字方式获得脉冲压缩信号已成为现代雷达普遍采用的波形合成方法。数字方法生成的波形具有严格的相干性、可重复性、高度的稳定性和可编程的优点,能够方便地实现波形参数捷变以及产生任意复杂波形,满足了现代电子战环境中对雷达抗干扰和强生存能力的迫切要求。因此,对雷达波形数字化产生技术的深入研究具有非常重要的现实意义。 本文以直接数字合成(DDS)系统的误差分析为基础,对直接数字波形合成(DDWS)及直接数字频率合成(DDFS)两种数字波形产生方法进行了较为全面的分析对比。提出并实现了基于中频采样的DDWS数字合成技术产生多波形、多模式脉冲压缩信号的新方法,并就其中的理论设计和工程实践问题进行了详细讨论。基于中频采样的DDWS数字合成方法具有结构新颖、技术指标先进,应用灵活等优点。采用该技术结合工程实际要求完成的窄带(1MHz带宽)和宽带(3MHz/10MHz带宽)雷达数字波形产生器总体性能指标经测试达到了当前国内领先水平。该成果对于老型号雷达的技术改造及新型雷达系统的预先研究或型号开发均具有重要的工程应用价值。同时,利用中频数字直接产生技术辅以倍频链还可实现宽带、超宽带雷达脉冲压缩信号的产生。作者对此进行了研究探讨,详细分析了数字系统和倍频链电路中存在的各种误差及其影响。在此基础上,根据某型雷达系统总体要求,设计并研制成功中心频率1200MHz、带宽200MHz/66.6MHz双分辨宽带LFM雷达波形产生实验系统。实验结果表明,该系统输出信号带外谐波、杂散及带内起伏指标均达到或超过了系统总体设计要求。 本文的主要工作及创新之处在于: 1) 在介绍DDS系统结构的基础上,建立并完善了DDFS和DDWS的系统误差模型。全面系统地研究了数字波形产生中采样失真、量化位数、DAC毛刺、镜像频率干扰及滤波器幅相失真的形成机理及其对输出信号的影响。其中,就采样失真和镜像频率干扰对脉冲压缩信号产生质量的分析在现有文献中鲜有报道,对量化误差及滤波器幅相失真的分析本文也有独到之处。 WP=6 2) 提出并实现了一种基于中频采样新型结构的窄带(1MHz带宽)和宽带(3MHz、10MHz带宽)雷达数字波形产生器实验系统,与传统的基于正交调制的雷达波形产生系统相比,它们的输出信号具有极高的幅相一致性和优良的谐波、杂散抑制性能。测试表明,产生的15MHz中频、1MHz带宽和28~40MHz中频、3MHz/10MHz带宽LFM、NLFM信号谐波杂散分别达到了-68dB和-60dB,脉冲压缩性能测试也取得了接近理想无失真信号的处理效果。其中,窄带波形产生器通过了国家“九、五”科技成果鉴定,总体性能达到了当前国内领先水平,现已应用在我国某新型雷达系统并投入型号生产。宽带波形产生器成果也已通过某研究所的验收并交付系统使用。 3) 设计并完成了基于400MHz时钟、8位数字精度的DDWS波形产生器实验系统。该系统可直接产生30?s时宽,75MHz中频,12.5MHz和4.1625MHz两种带宽LFM信号,其带外杂散小于-50dB,脉冲压缩主副比分别达到40.9dB和36.7dB,接近理想信号的脉压性能。 该技术成果解决了目前国外高速DDS器件难以得到,而通用DDS产品未突破300MHz时钟频率的限制。该实验系统在工程上填补了国内空白。 4) 提出并完善了中频数字直接产生加倍频链方式合成宽带、超宽带信号的误差模型,并完成了1200MHz中频、200MHz/66.6MHz带宽的双分辨LFM信号实验系统。经实测,该系统输出信号带外谐波、杂散优于-50dB,带内起伏小于2dB,脉压主副比达到30dB以上,总体性能指标优于系统总体要求。目前该实验样机已通过某研究所验收,正在参加雷达整机联试。


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