产生宽带线性调频信号的系统及方法与流程

本发明涉及电子雷达领域，尤其涉及一种产生宽带线性调频信号的系统及方法。

背景技术

高分辨率雷达具有较好的目标检测和识别能力，在雷达成像、目标探测、目标识别等军用领域已取得了广泛的应用，高分辨率雷达是未来雷达系统发展的重要方向。宽带线性调频信号产生方法作为高分辨率雷达的关键技术，已成为研究热点。然而，目前电子器件水平及设计方法等因素已对宽带信号的产生造成了影响，信号带宽、频率线性度等方面仍存在不足，宽带线性调频信号的产生对高分辨率雷达的制约已逐渐显现。

目前产生宽带线性调频信号的方法具有一些缺陷，例如，采用压控振荡器可以产生带宽较宽的线性调频信号，但因模拟控制电压精度受限，所产生的线性调频信号的频率线性度较差；另外，使用数模转换器与混频器(或倍频器)可产生频率线性度较高的线性调频信号，但考虑到杂散干扰以及新调制信号的产生，这种方法所产生的线性调频信号其频率带宽是有限的。

技术实现要素：

为了克服上述问题的至少一个方面，本发明实施例提供一种基于锁相环的产生宽带线性调频信号的系统和方法，该系统具有电路体积小、功耗低、适用于片上集成等特点；该方法利用压控振荡器的宽带特性与锁相环的精密反馈特性，实现了宽带、高线性度、低杂散的线性调频信号产生。

根据本发明的一个方面，提供一种产生宽带线性调频信号的系统，该系统包括：用于产生第一调频信号的初始模块；与初始模块通信连接的锁相环模块，锁相环模块用于将第一调频信号转换成第二调频信号；以及与锁相环模块通信连接的调制模块，调制信号用于将第二调频信号转换成第三调频信号。

根据本发明的产生宽带线性调频信号的系统的一些实施例，该系统还包括与初始模块、锁相环模块和调制模块均通信连接的控制模块，控制模块用于产生参数控制指令，并分别将参数控制指令传递到初始模块、锁相环模块和调制模块。

根据本发明的产生宽带线性调频信号的系统的一些实施例，该系统还包括与初始模块和控制模块均通信连接的时钟模块，时钟模块用于将时间参数分别传递到控制模块和初始模块。

根据本发明的产生宽带线性调频信号的系统的一些实施例，锁相环模块包括锁相环，锁相环能够通过反馈控制实现第二调频信号对第一调频信号的跟踪。

根据本发明的产生宽带线性调频信号的系统的一些实施例，锁相环包括：分频器；鉴频鉴相器，其包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与初始模块通信连接，用于接收第一调频信号，第二输入端与所述分频器通信连接，用于接收反馈信号；与鉴频鉴相器通信连接的环路滤波器；以及压控振荡器，压控振荡器的输入端与环路滤波器的输出端连接，压控振荡器的第一输出端连接分频器，用于产生反馈信号，压控振荡器的第二输出端与调制模块通信连接。

根据本发明的另一个方面，提供一种产生宽带线性调频信号的方法，该方法包括以下步骤：s1、产生第一调频信号；s2、将第一调频信号转换成第二调频信号；以及s3、将第二调频信号调制成第三调频信号，其中，第二调频信号能够对第一调频信号进行跟踪。

根据本发明的使用上述系统产生调频信号的方法的一些实施例，该方法在步骤s1之前还包括：s0、设置系统参数，并根据系统参数产生第一调频信号、转换第一调频信号以及调制第二调频信号。

根据本发明的使用上述系统产生调频信号的方法的一些实施例，步骤s0包括：s0.1、设置时间参数，并根据时间参数设置系统参数以及产生第一调频信号；以及s0.2、产生参数控制指令，并根据参数控制指令产生第一调频信号、转换第一调频信号以及调制第二调频信号。

根据本发明的使用上述系统产生调频信号的方法的一些实施例，步骤s1包括：s1.1、接收参数控制指令；以及s1.2、根据参数控制指令产生第一调频信号。

根据本发明的使用上述系统产生调频信号的方法的一些实施例，步骤s2包括：s2.1、对所接收的第一调频信号和反馈信号进行鉴频鉴相处理；s2.2、对经过鉴频鉴相处理后的信号进行环路滤波处理；s2.3、利用压控振荡器对经过环路滤波处理后的信号进行调频处理，以得到第二调频信号；以及s2.4、反馈经过分频处理的第二调频信号以根据反馈的信号跟踪第一调频信号。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点之一：

(1)产生的调频信号同时具有优越的宽带性能和良好的频率线性度指标，解决了现有线性调频信号产生方法带宽有限和线性度指标差的技术瓶颈；

(2)系统体积小、功耗低，可以在单个芯片内集成。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明实施例的产生宽带线性调频信号的系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的产生宽带线性调频信号的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明提供一种基于锁相环的产生宽带线性调频信号的系统和方法，该系统具有电路体积小、功耗低、适用于片上集成等特点；该方法利用压控振荡器的宽带特性与锁相环的精密反馈特性，实现了宽带、高线性度、低杂散的线性调频信号产生。

下面结合附图对本发明实施例作进一步的说明。

图1是根据本发明实施例的产生宽带线性调频信号的系统的示意图。如图1所示，产生调频信号的系统包括：用于产生第一调频信号的初始模块1；与初始模块1通信连接的锁相环模块2，锁相环模块2用于将第一调频信号转换成第二调频信号，锁相环模块2能够通过反馈控制实现第二调频信号对第一调频信号的跟踪；以及与锁相环模块2通信连接的调制模块3，调制模块3用于将第二调频信号转换成第三调频信号。第一调频信号为初始调频信号，第三调频信号为具有优越的宽带性能和良好的频率线性度的最终调频信号，第二调频信号为过渡调频信号，第二调频信号可以对第一调频信号进行跟踪锁定。

根据优选的实施例，根据本发明的产生宽带线性调频信号的系统还包括控制模块4。控制模块4与初始模块1、锁相环模块2和调制模块3均通信连接，控制模块4用于产生参数控制指令，并分别将对应的参数控制指令传递到初始模块1、锁相环模块2和调制模块3。控制模块4可以接收来自上位机的控制指令并产生参数控制指令。控制模块4具有三路控制信号输出，三路控制信号分别带有不同的参数控制指令。第一路控制信号可以输出至初始模块1的第一输入端，第二路控制信号可以输出至锁相环模块2的第一输入端，第三路控制信号可以输出至调制模块3的第一输入端。

根据优选的实施例，根据本发明的产生宽带线性调频信号的系统还包括时钟模块5。时钟模块5与初始模块1和控制模块4均通信连接，时钟模块5用于将时间参数分别传递到控制模块4和初始模块1。时钟模块5具有两路时钟信号输出，第一路时钟信号可以输出至控制模块4的参考时钟输入端，第二路时钟信号可以输出至初始模块1的第二输入端。

锁相环模块2包括鉴频鉴相器21、环路滤波器22、压控振荡器23和分频器24。鉴频鉴相器21包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与初始模块1通信连接，用于接收第一调频信号，第二输入端与分频器24通信连接，用于接收反馈信号；环路滤波器22的输入端连接鉴频鉴相器21的输出端，环路滤波器22的输出端连接压控振荡器23的输入端；压控振荡器23的第一输出端连接分频器24，用于产生反馈信号，压控振荡器23的第二输出端与调制模块3通信连接。分频器24的第一输入端与控制模块4通信连接，其第二输入端与压控振荡器23的第一输出端通信连接。控制模块4通过控制信号控制分频器24的分频比。

鉴频鉴相器21的第一输入端接收第一调频信号，即参考信号，第二输入端接收经过分频处理后的第二调频信号，即反馈信号。鉴频鉴相器21将参考信号和反馈信号进行比对，得到两路信号的频率差和相位差，并将频率差和相位差转化成电压差，将该电压差值通过环路滤波器22滤波后，作为压控振荡器23的控制电压。压控振荡器23产生的第二调频信号被分成两路输出信号，第一路输出信号作为反馈信号传递到分频器24中，第二路输出信号传递到调制模块3，调制模块3对第二路输出信号进行调制后产生第三调频信号。

本发明实施例还提供一种产生宽带线性调频信号的方法，图2是根据本实施实施例的产生调频信号的方法的流程图。如图2所示，使用上述系统产生调频信号的方法包括以下步骤：

s0、设置系统参数，并根据系统参数产生第一调频信号、转换第一调频信号以及调制第二调频信号。在此，可以将系统参数传递到系统的相应的模块。

控制模块4将系统参数分别传递到相应的模块。

根据优选的实施例，步骤s0可以包括以下步骤：s0.1、设置时间参数，并根据时间参数设置系统参数以及产生第一调频信号，即，时钟模块5将时间参数分别传递到控制模块4和初始模块1，可以通过时钟模块5为控制模块4和初始模块1提供工作时钟，时钟模块5具有两路时钟信号输出，可以将第一路时钟信号输出至控制模块4，第二路时钟信号输出至初始模块1；以及s0.2、产生参数控制指令，并根据参数控制指令产生第一调频信号、转换第一调频信号以及调制第二调频信号，即，控制模块4产生参数控制指令，并分别将参数控制指令分为三路信号分别传递到初始模块1、锁相环模块2和调制模块3，也即是控制模块4对初始模块1、锁相环模块2和调制模块3进行配置。

s1、产生第一调频信号。

初始模块1可以通过相位合成与查表法产生第一调频信号。

根据优选的实施例，步骤s1可以包括以下步骤：s1.1、接收参数控制指令，即，初始模块1接收控制模块4发出的参数控制指令；以及s1.2、根据参数控制指令产生第一调频信号，即，初始模块1根据参数控制指令产生第一调频信号。初始模块1可以具有一个信号输出端，初始模块1接收来自控制模块4的波形参数配置指令之后，利用查表法进行调频信号的生成并输出。本实施例中，初始模块1可以采用数模转换器，通过数模转换技术产生第一调频信号，第一调频信号为带宽是100mhz的线性调频信号，频率线性度优于10^-6，这为本实施例最终产生宽带、高线性度线性调频信号提供了保障。

s2、将第一调频信号转换成第二调频信号。

根据优选的实施例，步骤s2可以包括以下步骤：

s2.1、对所接收的第一调频信号和反馈信号进行鉴频鉴相处理，在本发明的实施例中，鉴频鉴相器21的第一输入端接收第一调频信号，第二输入端接收来自分频器24的反馈信号，并对第一调频信号和反馈信号进行鉴频鉴相处理。

s2.2、对经过鉴频鉴相处理后的第一调频信号进行环路滤波处理，在此利用环路滤波器22对信号进行处理，随后将信号传递到压控振荡器23。

s2.3、利用压控振荡器23对经过环路滤波处理后的信号进行调频处理，以得到第二调频信号。

s2.4、反馈经过分频处理的第二调频信号以根据反馈的信号跟踪第一调频信号，压控振荡器23的第一输出端将第二调频信号传递到分频器24，鉴频鉴相器21的第二输入端接收经分频器24处理后的第二调频信号，控制模块4将分频比控制指令输入分频器24中，对锁相环的分频比进行控制，根据上述分频比对压控振荡器23输出的第二调频信号进行出处理。

鉴频鉴相器21的第一输入端和第二输入端分别接收参考信号和反馈信号，鉴频鉴相器21将参考信号和反馈信号进行比对，得到两路信号的频率差和相位差，并将频率差和相位差转化成电压差，将该电压值通过环路滤波器22滤波后，作为压控振荡器23的控制电压。由压控振荡器23产生的第二调频信号被分成两路输出信号，第一路输出信号作为锁相环模块2的输出信号传递到调制模块3，第二路输出信号作为反馈信号传递到分频器24中。

s3、将第二调频信号调制成第三调频信号。本实施例中调制模块采用开关调制，在其他的实施例中也可以采用其他的调制方法。通过开关调制将第二调频信号调制成第三调频信号。

在本实施例中，通过数模转换技术得到第一调频信号，在其他的实施例中，也可以直接通过数字频率合成(dds)得到。在本实施例中，控制模块4使用的是现场可编程门阵列(fpga)，在其他的实施例中，也可以采用单片机或者数字信号处理(dsp)电路。

本实施例中产生的第三调频信号的中心频率为5.4ghz，带宽为2.5ghz，频率线性度优于8.8×10^-4。本实施例提供的系统具有体积小、功耗低等特点，有利于在单个芯片内集成。本实施例提供的产生宽带线性调频信号的方法可以使得最终的调频信号具有优越的宽带性能和良好的频率线性度，解决了现有线性调频信号产生方法带宽有限和线性度指标差的技术瓶颈，满足了高分辨率雷达系统对高性能宽带线性调频信号的需求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。