中頻采樣的脈沖調頻雷達波形發生器

高翔

摘 要 雷達波形發生器作為產生電磁波的儀器，要求具有高的可靠性和靈敏度，抗干擾能力強，但目前基于直接數字頻率合成技術（DDS）的雷達波形發生器容易出現噪聲和雜散。所以本文用中頻采樣的脈沖調頻方法研究雷達波形發生器。主要從中頻采樣定理、傳統發生器和運用中頻采樣的脈沖調頻雷達波形發生器幾個方面進行研究。

【關鍵詞】中頻采樣 脈沖調頻雷達 波形發生器

我們常說科學技術是第一生產力，隨著科技的發展，人類對動物的研究也越來越透徹，所以出現了仿生學。蝙蝠通過向外界發出超聲波探測獵物的地理位置，雷達運用這個原理，向外界環境不斷發出電磁波以檢測空中有無金屬物體，當有物體出現時，電磁波被反射回來。雷達做出反應。雷達在軍事、航空航天、地理勘測、雷雨預警等方面都有著重要的作用。但作為電磁波的產生儀器，現有的雷達波形發生器仍有很多不足之處。雷達的電磁波由雷達波形發生器產生。雷達需要檢測空中的物體，所以它發射的波是任意的，不會像我們常見的三角波、方波、正弦波一樣。雷達波形發生器就是任意波形發生器的一種。任意波形發生器理論上可以仿真任何給定的波形，所以可以用于雷達探測。我們接下來就針對雷達的波源來進行探討。

1 中頻采樣和直接數字頻率合成技術

1.1 中頻采樣定理

中頻信號是相對于高頻信號來說的，高頻信號作為一種射頻信號，即電磁波，向四周擴散。但我們接收到的都是中頻信號，所以電磁波要經過一系列的調頻轉變成中頻信號，這也是為了減小放大器的干擾和工作穩定性。

中頻采樣中，為了保證采樣及處理后頻譜不會發生混疊現象，使信號失真或者信號傳遞誤差較大，要正確選擇信號的頻率和采樣的頻率。根據奈奎斯特定律，采樣的帶寬要大于等于信號的帶寬。對于中頻信號來說，它的帶寬為2B，所以它的采樣頻率要大于2B。對于中頻采樣，僅滿足這個條件是不夠的，還要是Fs[4/（2n+1）]Fo，其中的n大于等于零，Fs為采樣頻率，Fo為中頻頻率。

1.2 直接數字頻率合成技術

直接數字頻率合成技術在雷達系統中有著非常廣泛的應用，簡稱為DDS。DDS通常由累加器、存儲器、轉換器和濾波器組成。它的工作原理大致如下：預先設定好一個參考時間，相位累加器在參考時間的作用下對頻率的控制字進行累加，得到的結果作為一個條件到存儲器里進行查詢，然后輸出二進制的字符進行D/A轉換，轉換得到的模擬信號通過低通濾波器濾波，就會輸出一條連續的曲線。當累加器累加到一定程度（預先給定上限）后，輸出的是一個周期的波形，工作完畢。

理想的DDS可以滿足使用要求，但現實中，受到多種條件的限制，DDS的輸出頻率和相位曲線雜散大，有相位截斷，存在量化誤差等。對于DDS的雜散是不可能完全消除的，只能對其進行抑制。它的輸出頻譜中雜散的成分多種多樣，通常擾動和延時疊加的方法對抑制雜散有很大的幫助。

2 傳統的雷達波形發生器

調頻是“頻率調制”的簡稱，是一種調制方法，是載波可以根據信號的變化隨之做出改變的方法。傳統的調頻雷達波形發生器通常使用的有兩種，一種是運用直接數字頻率合成技術的波形發生器，另一種是用零中頻信號采樣的正交調制技術的雷達波形發生器。我們主要介紹前一種。之前我們已經了解了DDS的大致工作原理。用DDS可以實現非常精準的控制，這里控制的對象可以是波形的頻率、相位、幅值等。DDS工作后，只需要改變一些參數，整體不需要太大的變動，就可以改變一些頻譜的帶寬。而有的雷達需要很多的調頻信號參數，這種工作方式正好適用。這種方法的不足之處也是DDS的缺點，雜散太嚴重，在雷達的使用中存在掣肘。

零中頻信號采樣的正交調制技術的雷達波形發生器是運用零中型信號采樣的。當產生不同的波形時，可以存儲在存儲器的不同區域，而不會自動覆蓋，這也為雷達自己根據條件選擇波形奠定了基礎，具體的工作原理我們這里不再贅述。但這種方法的缺點是由于模擬電路存在溫漂和干擾，所以輸出信號存在的誤差較大。

3 利用中頻采樣的調頻雷達波形發生器

隨著科學技術的不斷發展，模擬信號和數字信號之間的轉換更加優越。從信號剛開始傳遞到傳輸到輸出端，數字模擬信號轉換器的作用地點越來越往輸出端靠攏。

具體工作方式如下：預先給定一個參考時鐘，在參考時鐘的控制下，從存儲器中讀取信號，直接經過數模轉換器變成調頻信號，再經過濾波器濾波即可得到所需信號。由于是利用中頻采樣，這里的濾波器指帶通濾波器，僅能使中間頻率的信號通過。這種方法電路部分更加簡單，操作過程更加靈活，更重要的是可以有效地抑制DDS的雜散現象。

但也要注意到使用這種方法的限制。在采樣時，經常會發生混疊現象，之前我們已經給出確保頻率不發生混疊的條件，需要多加注意。在使用數模轉換器時，信號經過它后，通過觀察頻譜圖我們可以看出信號的幅值和理想情況下的幅值不一樣，且呈現遞減的趨勢。由于中頻信號的帶寬是2B，當把它和采樣頻率比較時，還會造成頻率帶內部的幅值變化，而且是正比關系，即隨著它的增加影響也就越大。

4 結語

本文對雷達波形發生器產生波形的方法進行了闡述，主要描述了中頻采樣的脈沖調頻雷達波形發生器。闡述了這種方式的工作原理以及需要注意的問題，但具體的數據分析還需要作出大量的試驗。而且，不同類型的雷達它的工作方式是不一樣的，所需采集的數據類型也不一樣，所以要理論聯系實踐，具體問題具體分析。這樣我們才能作出更有突破性的研究。通過對這個問題的研究，不斷地查找資料，不斷地試驗，鞏固了自身的專業理論知識，提高了自己。采用中頻采樣的雷達波形發生器的研究，也會為我國的國防事業貢獻出一份力量，為我國更好的發展出一份力。

參考文獻

[1]李蘊滋.雷達工程學[M].北京：海洋出版社，1999.

[2]蔡劍華，王先春，胡惟文.DDS雜散抑制技術的研究與實現[J].微電子學與計算機，2009，26（07）：127-129.

[3]張樂，張新軍.中頻采樣的原理及其應用[J].通信技術，2001（09）：8-11.

[4]崔嵬，孫德田，韓月秋.基于中頻采樣的脈沖調頻雷達波形發生器[J].北京理工大學學報，2001，21（06）：757-760.

作者單位

南京理工大學 江蘇省南京市 210094