维普资讯 http://www.cqvip.com ３６ 雷达与对抗 ２００２年 第２期 一种新的提取脉冲雷达载频方法的研究 傅建军，章启嵊 （西安电子科技大学电子对抗研究所，陕西西安７１００７１） 摘 要：基于锁相环有良好的窄带载波跟踪特性和良好的调制跟踪特性及脉冲雷 达信号的特点，提出了实现雷达载频提取的两种方案，和检测用这两种方案测量频 率产生误差的方法。 关键词：脉冲雷达；载频；锁相环 中图分类号：ＴＮ９１１．７文献标识码：Ａ文章编号：１００９—０４０１（２００２）０２—００３６—０４ Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ａ Ｎｅｗ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ Ｐｕｌｓｅ Ｒａｄａｒ ＦＵ Ｊｉａｎ—ｊ ｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉ—ｓｈｅｎｇ （Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＥＣＭ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｌｌ ７１００７１，Ｃｈ ｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｃｏｒ— ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｗａｙｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｕｔ ｆｏｒ— ｗａｒｄ．Ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｌｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｐｈｒａｓｅ—ｌｏｃｋｅｄ—ｌｏｏｐ ｈａｖｅ ｇｏｏｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎａｒｒｏｗ—ｂａｎｄ ｃａｒｒｉｅｒ ｔｒａｃｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ｔｒａｃｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｕｌｓｅ ｒａｄａｒ；ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｐｈｒａｓｅ—ｌｏｃｋｅｄ—ｌｏｐ 引 言 在电子对抗仿真试验中，要求在输入雷达射频（ＲＦ）信号时，产生相干的杂波和频率瞄准 的噪声干扰。因此，提取对方雷达载波是实现杂波和噪声干扰的基础，通过提取雷达载波，可 产生相干杂波和窄带噪声瞄准干扰。然而，雷达发射的信号是间断性的，且脉冲持续时间短， 这就给测量其载波频率带来一定难度。现代测频技术主要有两类：频域取样法，变换法。传统 的频域取样法只在有信号时对信号进行采样，去控制压控振荡器的频率变化。这种方法误差 较大，本文讨论了用锁相环和采样保持电路实现雷达载波提取的方法，具有实用价值。 ２ 锁相环电路的基本原理 收稿日期：２００２．０４．０２ 作者简介：傅建军（１９７７一），男，陕西西安人，西安电子科技大学电子对抗研究所在读研究生，主要研究方 向为雷达信号处理仿真及实现。 维普资讯 http://www.cqvip.com 傅建军 等 一种新的提取脉冲雷达载频方法的研究 ３７ 锁相环路由三个基本单元组成，即鉴相器（ＰＤ）、低通滤波器（ＬＰＦ）和压控振荡器（ＶＣＯ）， 如图１所示。 图１ 锁相环原理图 鉴相器的作用是将输入信号Ｕ 与压控振荡器的信号Ｕ２的相位进行比较，其输出电压 Ｕｄ（￡）是Ｕ１和Ｕ２相位差的函数，Ｕｄ（ｒ）＝Ｋｄｓｉｎ（ １一 ２），Ｋ［ｉ为鉴相灵敏度。图２是两种 常见的鉴相器特性曲线，横坐标（ 一 ！）是Ｕ１和Ｕ２的相位差，纵坐标是鉴相器的直流输出 电压Ｕｏ。 Ｊ Ｕ０ Ｕ０ — ／ ／ ＼ｈ． 一 ｉ 厂 、 Ｉ 丌．． ＼ Ｌ一 ２ 图２ｆ ＼ １一 ２ 鉴相器特性曲线 压控振荡器输出信号Ｕ２的频率＾与电压Ｕｃ的大小有关，并受Ｕｃ控制，０２， （ｒ）＝０２，ｏ＋ ｋ （￡），ｋｏ为增益。锁相环的基本方程可用表示为 臼 （ｒ）＝臼ｌ（ｒ）一臼２（ｒ）＝臼１（ｒ）一Ｋ０ｕ （ｒ）／ｐ＝臼１（ｒ）一ＫｏＦ（．７））ｔ）ｄ（ｒ）／．７） ＝臼１（ｔ）一ＫｏＦ（．７））ＫｄｓｉｎＯ （￡） 根据其方程，其相位模型如图３所示。 （１） 图３锁相环相位模型 如果Ｕ１和ｕ２的频率不相等，即鉴相器的两输入信号存在相位差，鉴相器输出电压ｕｄ 经低通滤波器得到Ｕｃ，Ｕｃ去调整压控振荡器的频率，使－厂２向－厂 靠拢，直到－厂２和厂１相等， 就稳定在某一数值上，此时环路处于稳定状态，即锁定状态。如果Ｕ 频率发生变化，Ｕｃ 也会发生变化去控制压控振荡器的输出频率，使ｕ２的频率跟踪变化，保持厂２与厂１相等。 ３ 实现方案 （１）方案的基本原理 维普资讯 http://www.cqvip.com ３８ 雷达与对抗 ２００２年 第２期 雷达发射信号是一高频连续正弦波经脉冲调制形成的，波形如图４所示。 ｔ一 ．一 图４脉冲雷达信号 由图４可知，雷达发射信号是一些不连续的脉冲序列，脉冲宽度从零点几微秒至几微秒， 所以在一个脉冲宽度内高精度测量载波频率是很困难的，尤其是脉宽小于０．５ ｓ时。基于雷 达信号的特点，提出了一种解决方法，将这些时间上不连续的信号通过采样保持电路或存储电 路，使其在时间上连续不断。 （２）实现方案一 其原理框图如图５所示。 图５ 方案一的原理框图 雷达脉冲信号与经Ｍ次分频后的压控振荡器输出信号在鉴相器中进行相位比较，输出 两者的差频信号 （ｔ）＝Ｋｄｓｉｎ（ ｌ一 ２），经低通滤波器输出其直流电压（信号的均值），由于 刚开始输入信号Ｘ（ｔ）与压控振荡器输出信号、，ｏ（ｔ）频率不相等，因此电压 （ｔ）不是恒定 的值。将围绕直流电压值Ｋｄｓｉｎ（ ｌ一 ２）上下波动（ ｌ、 ２分别为Ｘ（ｔ）与压控振荡器的起始 相位），随着时间的延长，波动越来越小，最后趋于稳定（即锁定时刻）。因此，采样时刻最好设 在脉冲结束时刻，因为那是每个脉冲持续时间内波动最小时刻。鉴于此原理，采样（Ａ／Ｄ）的触 发脉冲不是产生雷达信号的调制脉冲，而是该脉冲经一定时延后的与原脉冲重叠的部分，如图 ６所示。 对 （ｔ）进行采样，并保持该值到下个脉冲，该采样值控制压控振荡器的频率变化，使其 频率逐渐向输入信号频率靠拢。因而，在脉冲间隔内，由于压控振荡器输出信号的瞬时频率 ∞ ＝∞０＋ｋｄＶ （ｔ）受一个恒定的值控制，因而，它的频率也不变。这就等于将信号在时间上延 长，成了连续时间信号。本方案对低通滤波器的设计要求很严，因为与稳定时间有关。 （３）实现方案二 维普资讯 http://www.cqvip.com 傅建军 等 一种新的提取脉冲雷达载频方法的研究 ３９ 图６ Ａ／Ｉ）触发脉冲产生示意图 方案二的原理与方案一相同，只是将采样保持电路换成数字电路，如图７所示。 图７ 实现方案二原理框图 方案二与方案一的区别在于方案一是在脉冲信号的下降沿对信号进行采样保持，而方案 二从脉冲来临到脉冲结束整个持续时间内对信号进行采样，并把采样值存储器来，在存储时， 后时刻的采样值覆盖前一时刻的采样值，直到脉冲下降沿到来，停止采样，这时存储器只保存 最后一个采样值。在脉冲间隔时间里，由这最后一个采样值控制压控振荡器的频率，周而复 始，输出频率等于输入频率（Ｍ＝１）或整数倍（Ｍ＞１）时。采样器Ａ／Ｄ的触发脉冲与信号的调 制脉冲是同步的，且脉宽相等。由于方案二经过Ａ／Ｄ、存储、Ｄ／Ａ变换，所以所需要的时间要 多一点，即要接收更多的脉冲信号，但它的精度要比方案一好一些。 图８误差测量示意图 ４ 相干检波法检测以上方案的测频误差 由图８可以看出，信号经功分器，一路与本振混频到中频信号。另一路经测频回路，输出 信号与原信号存在频率误差（Ａｆ），混频后频率降为中频，两路信号通过相干检波器，最后输出 信号的频率等于原信号与测量后信号的频率差，即Ａｆ。 （下转第５２页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ５２ 雷达与对抗 ２００２年 第２期 ６６ ３１ 转速曲线 ５６ ３１ ８ ７３ ４６ ３１ ６．７３ ３６ ３１ ４ ７３ ２６．３１ １６．３１ ２．７３ ６．３１ ０．７３ ８０ １２０ １６０ ２００ ２４０ ２８０ 图ｌ０弹速曲线 图１１ 转速曲线 水平攻角 垂直攻角 １００ １２０ １４０ １６０ １８０ ２００ ２２０ ２４０ ２６０ ２８０ １１９ １３９ １５９ １７９ １９９ ２１９ ２３９ ２５９ ２７９ ２０９ 时问（ｍｓ） 时问（ｍｓ） 口日 Ｅ图１２ 攻角曲线 一 测试结果说明：将灰度曲线序列进行图像预处理，高精度边缘提取和按前面模型的运动学 １ ０ ０ １ １ ９ 计算可以获得弹速、转速、水平和垂直面攻角规律。此外本系统在某试验中的测试结果与狭缝 摄影比对符合良好，证明了该系统可用于初始弹姿测试。 参考文献： ［１］ 陈国海．基于多通道线阵列ＣＣＤ的火箭初始姿态的测试技术［Ｄ］，南京理工大学硕士论文．２００１． ［２］ 王庆友．孙学珠．ＣＣＤ应用技术［Ｍ］．天津：天津大学出版社，１９９３． ［３］ 李开明．火箭导弹发射效应的实验技术研究［Ｄ］．南京理工大学博士论文，２０００． （上接第３９页） ５ 结 论 快速、精确测量对方雷达载波频率，是进行杂波模拟、窄带噪声瞄准干扰的前提，尤其是后 者，只有瞄准对方中心频率，才能进行有效干扰。本文提出了精确、快速测量脉冲雷达载波频 率的方法，第一种方案已经硬件实现，硬件电路中使用Ｑ３２３６鉴相器，压控振荡器范围７００～ １０００ＭＨｚ，经实际检验，精度较高，但脉冲宽度大于０．５ ｓ。 参考文献： ［１］陈世伟．锁相环路及其应用［Ｍ］．北京：兵器工业出版社． ［２］ 张祥，张元发，尹以新．一种噪声环境下侦察雷达信号载频的方法［Ａ］．电子战概念新理论，２００１．８． ［３］Ａ ｆａｓｔ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ￣ｔｉｍａｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ Ｓｐｅｅｃｈ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒ￣ｅｓｓｉｎｇ，１ ９８９，３７ （１２）：１７－２０． ［４］林象平，冯献成，梁百川，魏本涛．电子对抗原理［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９８１．
