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IFM瞬時測頻是一種基于相位比較法的頻率測量方法，具有高截獲概率、寬覆蓋頻率范圍等優(yōu)點。IFM瞬時測頻技術(shù)被廣泛應用于現(xiàn)代電子戰(zhàn)中的電子情報偵察和雷達告警等場景。采用IFM技術(shù)的偵察接收機具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、偵查頻帶寬、分辨率高等優(yōu)點，因此被廣泛應用于多種電子戰(zhàn)設備中。IFM
瞬時測頻
基本信息
| 中文名 | 瞬時測頻 |
| 外文名 | IFM |
| 拼音 | shùn shí cè pín |
簡要介紹
微波信號的瞬時頻率測量是電子測量技術(shù)的一個重要方面 ,所涉及的被測信號是具有一定重復周期的窄脈沖微波信號, 每個脈沖的載頻都是捷變的, 所以無法對信號進行多次測量積累 ,只能進行脈沖瞬時測頻( IFM ),同時信號的脈寬特別窄, 要達到的測頻精度與測量時間是同一數(shù)量級。
瞬時 測 頻 技 術(shù) 最 早 是 在 20 世 紀 50 年 代 由M ULLARD 實驗室開始發(fā)展。隨后美國的 SYVACUSE大學研究中心和 STANFORD 研究院也開始研究。早期的模擬式 IFM 通常利用波導微波元件、行波管和陰極射線顯示器來實現(xiàn) , 系統(tǒng)體積大 , 結(jié)構(gòu)復雜, 一般只用于地面設備和較大的平臺上。寬波段帶狀線耦合器和固態(tài)砷化鎵放大器的出現(xiàn)使微波元件的尺寸顯著減小, 在 20 世紀70 ～ 80年代, 采用這種改進元件以及處理數(shù)字化的 IFM 開始出現(xiàn)。
隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和電子元件工作頻率的提高, 各種新型的瞬時測頻技術(shù)不斷出現(xiàn), 其中數(shù)字計數(shù)式和注入鎖相式被認為是兩種較實用的瞬時測頻技術(shù)。數(shù)字技術(shù)測頻技術(shù)利用高速 ECL 電路, 通過對高速脈沖進行直接計數(shù)來實現(xiàn)測頻。而注入鎖相測頻技術(shù)則利用注入振蕩器將注入信號的頻率信息轉(zhuǎn)換成相位信息, 通過對相位量的測量實現(xiàn)對輸入信號頻率的瞬時測量。
工作原理
誤差來源
1.時間誤差T
時間誤差 T 是由延遲線的物理特性所決定的。延遲線不是理想器件, 存在著實際中微波器件通常具有的一些特點, 如參數(shù)隨溫度、濕度等周邊環(huán)境的變化而變化的特性等 ,使得延遲線在使用過程中產(chǎn)生一定的偏移, 從而導致實際使用中與理想狀態(tài)下的延遲時間存在誤差?T 。可以通過將延遲線放置于恒溫槽中, 利用單片機進行溫度控制的方法減小因環(huán)境變化而導致的時間誤差。
2.相位誤差
在瞬時測頻中 ,相位誤差?φ的來源較多 ,主要有 : 鑒相器元件性能與與理想狀態(tài)的偏差?φ c , 因有限相位量化而導致的相位量化誤差 ?φ q , 系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲導致的相位噪聲 ?φ N , 同時到達信號造成的信號矢量相位的偏離?φ i 。相位誤差的計算公式如下:2?φ= ?φ i 2 +?φ q2 +?φ N 2 +?φ i2
鑒相器引起的相位誤差 ?φ c
實際工作中 ,由于使用環(huán)境的影響及器件自身工藝等原因 ,元器件特性與理想狀態(tài)存在一定的差距 ,使鑒相器在信號的相位與頻率相關聯(lián)過程中引入了相位誤差。這種誤差來源于元器件自身特性及自然因素，無法完全消除, 可以通過對器件的設計、制造工藝等進行改進來減小誤差。通常情況下, 寬頻帶鑒相器的相位誤差在 10°～ 15° 左右 ,改進后的高質(zhì)量寬頻帶鑒相器的相位誤差可小于 5° 。
相位量化引起的相位誤差 ?φ q
相位量化誤差是由最小量化單位的寬度決定的 ,即相位分辨率決定誤差值的大小。相位最小單位寬度與量化的位數(shù)存在如下關系:?φ=2π2n式中 : ?φ為相位最小單位寬度( 也就是相位分辨率); n 為量化位數(shù)。2 位量化下的相位分辨率為 90°, 3 位量化的相位分辨率為 45°, 4 位量化的相位分辨率為 22 . 5°。假設量化誤差是均勻分布的 ,可以得到量化誤差有效值 ?φ q 與最小量化單位 ?φ之間的關系為 :?φq=?φ2 3由公式計算可得 2 位量化下的量化誤差達到了 ?φ q = 25 . 98°, 3 位的量化誤差減小到 ?φ q =12 . 99°。因此可以通過提高量化數(shù)來減小相位量化誤 差 , 當量化 數(shù)達到 6 時 , ?φ=5 . 6°, ?φ q=1 . 6°, 相對于鑒相器的相位誤差已經(jīng)可以忽略不計了 ,再提高量化器的比特數(shù)也就沒有什么意義了。
當量化位數(shù)到 6 后 ,最小量化單位 ?φ與鑒相器的相位誤差 ?φ c 之間非常接近 , 易引起相位模糊。當量化數(shù)減至 4 時 , ?φ q = 6 . 5° , 相對于鑒相器的誤差 ?φ c 差別并不大 , 且相位分辨率放大到?φ= 22 . 5 ° , 相對于 ?φ q 與 ?φ c 有很大的相位裕度 ,可有效提高測頻精度 ,減少因系統(tǒng)硬件帶來的額外誤差。在多通道組成的瞬時測頻模塊中 , 可通過多路鑒相器并用和采取合適的量化位數(shù)方式來改善測頻 ,合適的相位分辨率能解決減小相位模糊帶來的測頻誤差 ?φ q 與鑒相器誤差 ?φ c 之間的矛盾。
系統(tǒng)內(nèi)部噪聲引起的相位誤差
接收機的內(nèi)部噪聲為高斯白噪聲 , 必然會引起被測信號矢量相位起伏 ,產(chǎn)生相位噪聲。內(nèi)部噪聲電平越高 , 產(chǎn)生的相位噪聲越大。為抑制微波檢波器和視頻放大器產(chǎn)生的噪聲 , 在接收機前端增加低噪聲限幅放大器 ,可在一定程度上減小相位誤差。
同時到達信號引起的相位誤差
現(xiàn)在電子戰(zhàn)中電磁密度大 ,出現(xiàn)同時到達信號的概率相對很高。瞬時測頻接收機是一種單脈沖測量設備 ,在這種電磁環(huán)境下會產(chǎn)生因同時到達信號而引起的測量誤差 ?φ i 。對于瞬時測頻來說 , 同時到達信號有兩種情況 :( 1)2 個信號的脈沖前沿同時到達。第 1 路信號與第 2 路信號的幅度大小比值決定了此類同時到達信號的頻率測量的誤差 , 當?shù)?1 路信號的幅度遠大于第 2 路信號時 ,頻率誤差就可以不考慮了。當 2 個同時到達信號為連續(xù)波時 , 情況相同 ,輸出頻率取決于同時到達的 2 個信號的幅度比 , 當輸入一路的幅度遠大于另一路時 ,測頻誤差相對較小。同時到達的 2 個信號之間存在一定的時間差。( 2)當瞬時測頻接收機采用多個鑒相器并聯(lián)的工作方式時 ,每個鑒相器的延遲時間 T 不相等 , 頻率編碼所需的時間取決于并聯(lián)的鑒相器中延遲時間T 最長的 1 個。在編碼過程中 , 編碼電路對電平變化十分敏感。如果在先到達的第 1 路信號編碼過程中 ,第 2 路信號的脈沖前沿到達 ,疊加的信號引起鑒相器輸出電平的變化 , 從而導致了編碼過程中的相位誤差 ?φ i 。實驗證明 , 在該條件下 , 測量所得的信號頻率有可能正確 , 但是可靠性很低。在 2 路信號重疊時 ,編碼后輸出頻率在一定程上取決于哪個頻率的信號幅度大 , 很難進行定量分析。
注入鎖定介紹
近年來振蕩器注定鎖相( Osillators Injection-Locked)技術(shù)在空間功率合成、波束掃描和波束控制等領域得到了很大的發(fā)展。該技術(shù)以 Van der Pol 振蕩器模型為基礎，主要研究注入信號和振蕩器輸出信號之間的相位關系 , 并建立起振蕩器陣列以實現(xiàn)不用移相器的相控陣天線。注入鎖定振蕩器能有效地將注入信號的頻率信息轉(zhuǎn)換成相位信息 , 根據(jù)這一特點, 可用于瞬時頻率測量和頻率復制 , 首先利用注入鎖定振蕩器將窄脈沖內(nèi)微波載頻信號變換為低頻的相位信息 , 然后根據(jù)相位推算出信號頻率, 同時還可以控制振蕩器輸出相同頻率的信號。
注入鎖定振蕩器工作原理
注入鎖定時間和穩(wěn)定性分析
在上述分析振蕩器的注入鎖定現(xiàn)象時 , 注入信號是連續(xù)波形式, 這樣振蕩器才能在注入信號的作用下發(fā)生鎖定現(xiàn)象。如果想利用振蕩器的這種特性對窄脈沖的微波載頻進行頻率測量, 就必須對注入鎖定的時間和穩(wěn)定性進行分析, 討論其最小鎖定時間, 也就是說振蕩器能在多長時間內(nèi)被注入信號鎖定。
窄脈沖信號頻率測量
整個電路由注入鎖定振蕩器、鑒相器、低通濾波器、A/D 轉(zhuǎn)換、存儲器、D/A 轉(zhuǎn)換、檢波器等構(gòu)成, 振蕩器在單個脈沖持續(xù)時間內(nèi)就能鎖定，因此可以在脈沖持續(xù)時間后期對鑒相器的輸出電壓進行采樣, 這些采樣數(shù)據(jù)碼就可作為注入信號頻率碼。在脈沖消失后, 利用采樣數(shù)據(jù)形成調(diào)諧電壓控制振蕩器 , 使得振蕩器的輸出信號頻率鎖定在注入信號頻率上, 實現(xiàn)頻率復制。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
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