頻率源對(duì)雷達(dá)測(cè)速精度影響分析

陳俊鵬 江月 張毅

摘 要：本文主要分析研究頻率源對(duì)雷達(dá)測(cè)速精度影響的情況，首先根據(jù)頻率源將雷達(dá)測(cè)速過(guò)程中的精度模型建立起來(lái)，通過(guò)互備雙鎖相環(huán)和同步校頻等方式形成較為穩(wěn)定、可靠的頻率源，對(duì)多普勒和測(cè)速精度的影響進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：同步校頻；鎖相環(huán)；晶體振蕩器；測(cè)速精度

1 測(cè)速雷達(dá)頻率源試驗(yàn)概述

在進(jìn)行測(cè)速雷達(dá)頻率源試驗(yàn)的過(guò)程中，將高溫頻率源進(jìn)行分路，將他們分成多路10MHz標(biāo)頻信號(hào)，向基帶以及下變頻等系統(tǒng)當(dāng)中送入。在主站當(dāng)中，可以通過(guò)10MHz標(biāo)頻信號(hào)形成上行信號(hào)，接著在功率放大等結(jié)構(gòu)運(yùn)行之后，可以從天線當(dāng)中發(fā)送，并且向應(yīng)答機(jī)當(dāng)中送入，進(jìn)行下行轉(zhuǎn)發(fā)。

2 多普勒分析

利用信號(hào)源對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行模擬，完成信號(hào)源與基準(zhǔn)源之間的連接，保證同樣的條件下進(jìn)行精度的測(cè)試。雷達(dá)接收電平的時(shí)候?qū)?shù)設(shè)置為-120 dBW，記錄時(shí)間間隔為10分鐘。

2.1 頻率源幅度和頻率偏移對(duì)多普勒影響

首先分析研究10MHz基準(zhǔn)頻率源信號(hào)的幅度是否會(huì)影響測(cè)速雷達(dá)的正常使用。10MHz基準(zhǔn)頻率源的幅度控制在450毫伏，對(duì)信號(hào)源輸出10MHz的幅度進(jìn)行控制，從原來(lái)的500毫伏逐步進(jìn)行調(diào)控，最終到60毫伏，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘鎖相環(huán)鎖處于故障的狀態(tài)，10MHz信號(hào)幅值在60毫伏以上的時(shí)候，能夠保證測(cè)速雷達(dá)處于正常工作的狀態(tài)，如果系統(tǒng)控制在1000毫伏以內(nèi)都能夠保證雷達(dá)系統(tǒng)的工作狀態(tài)正常，信號(hào)源在測(cè)試的過(guò)程中主要使用內(nèi)部基準(zhǔn)，如果外部頻率源的輸出達(dá)到10MHz。在測(cè)試的過(guò)程中對(duì)信號(hào)頻率的偏差情況下多普勒變化的情況進(jìn)行分析，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)頻偏為零的時(shí)候，雷達(dá)多普勒值是-10MHz，主要是因?yàn)樾盘?hào)源是不同原因而造成的，如果在同源的狀態(tài)下，頻偏達(dá)到0Hz的時(shí)候，信號(hào)源的幅偏與測(cè)量后獲取的數(shù)據(jù)較為接近。

2.2 時(shí)頻鎖相環(huán)對(duì)多普勒影響

首先對(duì)10MHz的信號(hào)進(jìn)行處理，把外10MHz的信號(hào)，通過(guò)選擇分路模塊進(jìn)行分路，其中一路通過(guò)鎖相環(huán)b之后，再通在鎖相環(huán)b當(dāng)中進(jìn)行信號(hào)的輸出，向測(cè)速雷達(dá)通道二當(dāng)中送入，另外一路10MHz的信號(hào)直接向測(cè)速雷達(dá)通道一當(dāng)中送入，接著將內(nèi)、外10兆基準(zhǔn)信號(hào)切換在通道當(dāng)中。

該圖當(dāng)中實(shí)線指的主要是測(cè)速雷達(dá)通道一當(dāng)中的多普勒信號(hào)，在該信號(hào)當(dāng)中10MHz頻率源甩開所鎖相環(huán)，而虛線指的主要是測(cè)速雷達(dá)通道二當(dāng)中的多普勒數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)當(dāng)中10MHz頻率源通過(guò)了鎖相環(huán)，如果輸入頻率源沒有通過(guò)鎖相環(huán)的時(shí)候，測(cè)速雷達(dá)能夠快速的達(dá)到0Hz周圍，如果頻率源通過(guò)了鎖相源，在此過(guò)程中，測(cè)速多普勒通過(guò)穩(wěn)定跳變之后接著進(jìn)行震蕩收斂，處于穩(wěn)定的狀態(tài)，通過(guò)反復(fù)的進(jìn)行試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)這種跳變的過(guò)程中沒有規(guī)律化的幅值在試驗(yàn)的過(guò)程中出現(xiàn)了-187Hz、-84Hz等值，在具體分析其持續(xù)時(shí)間可以達(dá)到1秒到3秒。對(duì)鎖相環(huán)開環(huán)晶振固有頻率進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)閷?duì)10MHz信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)具有一定的困難，因此依舊通過(guò)多普勒頻率偏差的情況來(lái)進(jìn)行分析和判斷，在試驗(yàn)的過(guò)程中全部斷開內(nèi)外10MHz基準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)鎖相環(huán)超穩(wěn)振蕩器當(dāng)中的固有頻率作為基準(zhǔn)信號(hào)，進(jìn)一步對(duì)鎖相環(huán)的相電壓進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)鎖相環(huán)A、B當(dāng)中的最大鑒相電壓達(dá)到了9.93V，最小鑒相電壓達(dá)到了0.7伏，具體與多普勒偏差的對(duì)應(yīng)情況如下表所示。

通過(guò)表2數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，主要是鎖相環(huán)帶寬范圍和多普勒范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系，觀察數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，在鎖相環(huán)A的分析當(dāng)中，測(cè)速雷達(dá)時(shí)頻鎖相環(huán)A當(dāng)中的帶寬范圍與多普勒范圍的對(duì)應(yīng)值為-186到107Hz，而在鎖相環(huán)B的分析當(dāng)中，鎖相環(huán)B在帶寬范圍方面與多普勒范圍的對(duì)應(yīng)值為-84Hz到178Hz，在此范圍當(dāng)中多普勒信號(hào)和頻率源偏差處于一種接近線性對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

3 測(cè)速隨機(jī)誤差分析

圖1信號(hào)源在操作的過(guò)程中使用內(nèi)部基準(zhǔn)，在測(cè)試的過(guò)程中在非同源的條件下，對(duì)方波進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)主站設(shè)備來(lái)進(jìn)行上行信號(hào)的發(fā)射，同樣接收機(jī)在完成接收之后，對(duì)收發(fā)同源過(guò)程中，測(cè)速隨機(jī)誤差進(jìn)行判斷，在此過(guò)程中雷達(dá)的接收電平處于中電平狀態(tài)，也就是-120dBW。通過(guò)最小二乘法來(lái)進(jìn)一步對(duì)接收同源狀態(tài)下的誤差情況進(jìn)行分析，分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的多普勒數(shù)據(jù)采樣率達(dá)到了80 Hz，接著對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，主要是通過(guò)最小二乘法來(lái)擬合80點(diǎn)，另外需要采取三階最小二乘法來(lái)完成后續(xù)的計(jì)算，在完成計(jì)算后獲取的結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)行相應(yīng)的理論分析以及有針對(duì)性的試驗(yàn)校驗(yàn)后，可以發(fā)現(xiàn)如果處于一個(gè)合理的頻偏范圍內(nèi)，雷達(dá)多普勒頻偏和10 MHz源頻偏的關(guān)系較為穩(wěn)定，具有類似線性對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。

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