雷達頻率穩(wěn)定度的延遲線測試法

【摘要】簡述雷達頻率穩(wěn)定度測試重要性及一些測試方法，詳細介紹了一種利用延遲線定量測試頻率穩(wěn)定度的方法。

【關(guān)鍵詞】光纖延遲線；聲表面波延遲線；MTD濾波器

1.引言

雷達系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度是現(xiàn)代雷達重要性能之一，反應了雷達系統(tǒng)對固定雜波的抑制能力，對于脈沖多普勒雷達還決定了系統(tǒng)測速精度。在常規(guī)雷達應用中可以通過對地雜波的抑制能力——雜波可見度來檢測雷達系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度，但這種測試要求陣地附近有很強的地物目標做參考。然而從實際應用角度出發(fā)這種雷達陣地是不期望的，因此這種測試方式的局限性較大。即使雷達陣地周圍有強地物存在，由于地物表面存在雜波擾動（如風環(huán)境下的植被），因此雜波可見度測試只能是定性測試，不能滿足定量測試雷達頻率穩(wěn)定度的要求。本文介紹一種利用延遲線定量測試頻率穩(wěn)定度的方法。

2.延時線定量測試頻率穩(wěn)定度測試原理

延遲線定量測試頻率穩(wěn)定度原理框圖如圖1所示。在雷達休止期內(nèi)，動檢測試時采用延遲線模擬一定距離的固定目標，例如通過耦合激勵輸出的測試信號經(jīng)過10us的延遲線（模擬1.5公里處的目標），經(jīng)過放大和開關(guān)切換后送入接收通道，經(jīng)過低噪聲放大器和下變頻等處理送到信號處理分機，在信號處理分機中，送到FIR濾波器，如果沒有頻率偏移，信號應該從零頻道輸出，如果頻率不準確有偏移， 1到4頻道中會有信號輸出，通過檢測輸出信號的幅度可以計算出系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度，通過公式折算出系統(tǒng)的改善因子，最終將改善因子的數(shù)值送到監(jiān)控界面顯示。

3.延遲線定量測試頻率穩(wěn)定度實現(xiàn)方法

3.1 延遲線的設(shè)計

目前在雷達系統(tǒng)系統(tǒng)中主要采用技術(shù)成熟的兩類延遲線：光纖延遲線和聲表面波延遲線。

光纖延遲線是一種新型的微波頻率信號處理器件。圖2為光纖延遲線單元示意圖。射頻電信號輸入激光二極管（LD），LD將輸入射頻電信號變換成該信號調(diào)制的光信號，通過光接頭耦合進光纖。光電檢測器（PD）將射頻調(diào)制的光信號再變換為原來的射頻電信號。輸出的射頻電信號的頻譜完全和輸入射頻電信號的頻譜相同，只是用光纖作為介質(zhì)延遲了一段時間，也就是說，射頻信號瞬時存儲在光纖延遲線單元中，存儲的時間的長短與光纖的長度成正比，這就是光纖延遲線的原理。

聲表面波SAW延遲線的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，由基片和在其中設(shè)置的兩個叉指換能器（Inter Digital Transducer，IDT）組成。左端的IDT將輸入電信號轉(zhuǎn)變成聲信號，通過聲媒質(zhì)表面?zhèn)鞑ズ?，由右端的IDT將聲信號還原成電信號輸出。延遲時間τ的大小取決于基片媒質(zhì)的聲表面波速度VS和兩換能器之間的距離L，即τ=L/VS[2]。雷達頻率穩(wěn)定測試要求延遲線延遲時間為十微秒到幾十微秒，光纖延遲線和聲表面波延遲線都能滿足要求，兩者的差別在于實現(xiàn)相同的延遲時間，聲表面波延遲線比光纖延遲線插損大，需要接入放大器作為補償，光纖延遲線可能就不需要。

3.2 增益可調(diào)放大器

增益可調(diào)放大器是用來彌補延時線帶來的系統(tǒng)插損，設(shè)計時可用電調(diào)放大器實現(xiàn)，根據(jù)延時線的插損不同，調(diào)整偏置電阻的大小，改變電調(diào)放大器的控制電壓，實現(xiàn)放大器的增益調(diào)整。當然如果使用的是光纖延遲線電路插損小，可以不加增益可調(diào)放大器。

3.3 開關(guān)耦合網(wǎng)絡(luò)

開關(guān)耦合網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)將經(jīng)過延遲線延遲后的測設(shè)信號接入接收通道。在雷達工作期內(nèi)，開關(guān)關(guān)斷，避免測試信號進入接收通道造成干擾；在休止期內(nèi)，開關(guān)打開，通過耦合器接入接收通道，不會給正常接收通道帶來額外的插損。

3.4 接收通道

根據(jù)測試原理，延遲線的延遲時間模擬一定公里處的目標，所以測試中接收通道使用雷達的正常工作接收通道即可，只是在合成模擬中頻信號后再用中頻數(shù)字采樣技術(shù)直接采樣。中頻數(shù)字采樣是對模擬中頻信號進行直接采樣，并在數(shù)字域進行正交變換，形成一定位數(shù)的I、Q信號送到信號處理模塊進行數(shù)字處理。例如模擬中頻信號在采樣時鐘作用下由高性能的ADC轉(zhuǎn)換為14 bits數(shù)字信號，采用低通濾波法在數(shù)字域進行正交檢波。低通濾波法是一種完全仿照傳統(tǒng)模擬正交采樣的實現(xiàn)方法，只是將模擬混頻改為數(shù)字混頻，其原理框圖如圖3所示。

3.7 監(jiān)控系統(tǒng)顯示

監(jiān)控系統(tǒng)按頻率碼將0頻道的數(shù)據(jù)分別減去1頻道同頻率的數(shù)據(jù)，得到對應頻率的頻率穩(wěn)定度測試結(jié)果。由于系統(tǒng)正常時測試信號應出現(xiàn)在0頻點，因此0頻道信號相對于1頻道信號有一個相干積累得益（N脈沖MTD處理，相干積累得益為：10lgN），應從測試結(jié)果中扣除。

4.結(jié)論

用這種延遲線定量測試頻率穩(wěn)定度的方法，已經(jīng)在某雷達上得到驗證和應用，可以推廣應用到其他雷達系統(tǒng)中去，作為頻率穩(wěn)定度在線定量測試的一種好方法。

參考文獻

[1]張春熹，張曉青，胡姝玲.光纖延遲線應用研究動態(tài)[J].中國激光，2009，9.

[2]郝曉勤.聲表面波延遲線[j].現(xiàn)代雷達，2010，4.

[3][美]Merrill I.Skolnik.雷達手冊.

項目名稱：機動多功能航管雷達系統(tǒng)（項目編號：2011BAH24B11）。