中频采样的脉冲调频雷达波形发生器

高翔

摘 要 雷达波形发生器作为产生电磁波的仪器，要求具有高的可靠性和灵敏度，抗干扰能力强，但目前基于直接数字频率合成技术（DDS）的雷达波形发生器容易出现噪声和杂散。所以本文用中频采样的脉冲调频方法研究雷达波形发生器。主要从中频采样定理、传统发生器和运用中频采样的脉冲调频雷达波形发生器几个方面进行研究。

【关键词】中频采样 脉冲调频雷达 波形发生器

我们常说科学技术是第一生产力，随着科技的发展，人类对动物的研究也越来越透彻，所以出现了仿生学。蝙蝠通过向外界发出超声波探测猎物的地理位置，雷达运用这个原理，向外界环境不断发出电磁波以检测空中有无金属物体，当有物体出现时，电磁波被反射回来。雷达做出反应。雷达在军事、航空航天、地理勘测、雷雨预警等方面都有着重要的作用。但作为电磁波的产生仪器，现有的雷达波形发生器仍有很多不足之处。雷达的电磁波由雷达波形发生器产生。雷达需要检测空中的物体，所以它发射的波是任意的，不会像我们常见的三角波、方波、正弦波一样。雷达波形发生器就是任意波形发生器的一种。任意波形发生器理论上可以仿真任何给定的波形，所以可以用于雷达探测。我们接下来就针对雷达的波源来进行探讨。

1 中频采样和直接数字频率合成技术

1.1 中频采样定理

中频信号是相对于高频信号来说的，高频信号作为一种射频信号，即电磁波，向四周扩散。但我们接收到的都是中频信号，所以电磁波要经过一系列的调频转变成中频信号，这也是为了减小放大器的干扰和工作稳定性。

中频采样中，为了保证采样及处理后频谱不会发生混叠现象，使信号失真或者信号传递误差较大，要正确选择信号的频率和采样的频率。根据奈奎斯特定律，采样的带宽要大于等于信号的带宽。对于中频信号来说，它的带宽为2B，所以它的采样频率要大于2B。对于中频采样，仅满足这个条件是不够的，还要是Fs[4/（2n+1）]Fo，其中的n大于等于零，Fs为采样频率，Fo为中频频率。

1.2 直接数字频率合成技术

直接数字频率合成技术在雷达系统中有着非常广泛的应用，简称为DDS。DDS通常由累加器、存储器、转换器和滤波器组成。它的工作原理大致如下：预先设定好一个参考时间，相位累加器在参考时间的作用下对频率的控制字进行累加，得到的结果作为一个条件到存储器里进行查询，然后输出二进制的字符进行D/A转换，转换得到的模拟信号通过低通滤波器滤波，就会输出一条连续的曲线。当累加器累加到一定程度（预先给定上限）后，输出的是一个周期的波形，工作完毕。

理想的DDS可以满足使用要求，但现实中，受到多种条件的限制，DDS的输出频率和相位曲线杂散大，有相位截断，存在量化误差等。对于DDS的杂散是不可能完全消除的，只能对其进行抑制。它的输出频谱中杂散的成分多种多样，通常扰动和延时叠加的方法对抑制杂散有很大的帮助。

2 传统的雷达波形发生器

调频是“频率调制”的简称，是一种调制方法，是载波可以根据信号的变化随之做出改变的方法。传统的调频雷达波形发生器通常使用的有两种，一种是运用直接数字频率合成技术的波形发生器，另一种是用零中频信号采样的正交调制技术的雷达波形发生器。我们主要介绍前一种。之前我们已经了解了DDS的大致工作原理。用DDS可以实现非常精准的控制，这里控制的对象可以是波形的频率、相位、幅值等。DDS工作后，只需要改变一些参数，整体不需要太大的变动，就可以改变一些频谱的带宽。而有的雷达需要很多的调频信号参数，这种工作方式正好适用。这种方法的不足之处也是DDS的缺点，杂散太严重，在雷达的使用中存在掣肘。

零中频信号采样的正交调制技术的雷达波形发生器是运用零中型信号采样的。当产生不同的波形时，可以存储在存储器的不同区域，而不会自动覆盖，这也为雷达自己根据条件选择波形奠定了基础，具体的工作原理我们这里不再赘述。但这种方法的缺点是由于模拟电路存在温漂和干扰，所以输出信号存在的误差较大。

3 利用中频采样的调频雷达波形发生器

随着科学技术的不断发展，模拟信号和数字信号之间的转换更加优越。从信号刚开始传递到传输到输出端，数字模拟信号转换器的作用地点越来越往输出端靠拢。

具体工作方式如下：预先给定一个参考时钟，在参考时钟的控制下，从存储器中读取信号，直接经过数模转换器变成调频信号，再经过滤波器滤波即可得到所需信号。由于是利用中频采样，这里的滤波器指带通滤波器，仅能使中间频率的信号通过。这种方法电路部分更加简单，操作过程更加灵活，更重要的是可以有效地抑制DDS的杂散现象。

但也要注意到使用这种方法的限制。在采样时，经常会发生混叠现象，之前我们已经给出确保频率不发生混叠的条件，需要多加注意。在使用数模转换器时，信号经过它后，通过观察频谱图我们可以看出信号的幅值和理想情况下的幅值不一样，且呈现递减的趋势。由于中频信号的带宽是2B，当把它和采样频率比较时，还会造成频率带内部的幅值变化，而且是正比关系，即随着它的增加影响也就越大。

4 结语

本文对雷达波形发生器产生波形的方法进行了阐述，主要描述了中频采样的脉冲调频雷达波形发生器。阐述了这种方式的工作原理以及需要注意的问题，但具体的数据分析还需要作出大量的试验。而且，不同类型的雷達它的工作方式是不一样的，所需采集的数据类型也不一样，所以要理论联系实践，具体问题具体分析。这样我们才能作出更有突破性的研究。通过对这个问题的研究，不断地查找资料，不断地试验，巩固了自身的专业理论知识，提高了自己。采用中频采样的雷达波形发生器的研究，也会为我国的国防事业贡献出一份力量，为我国更好的发展出一份力。

参考文献

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作者单位

南京理工大学 江苏省南京市 210094