[发明专利]一种宽带瞬时频率测量与跟踪装置

说明书

本发明公开了一种宽带瞬时频率测量与跟踪装置，以FPGA芯片为控制核心，通过多级分频结构的瞬时测频单元实现宽带信号输入及瞬时频率测量，再将瞬时测频单元的测量结果经FPGA处理后生成高速数字信号配置到捷变频单元，捷变频单元根据输入信号频率大小，采用不同的跟踪方式，使其输出一个与输入信号载波频率相同的模拟信号，从而实现频率快速测量和跟踪功能。

技术领域

本发明属于频率测量与跟踪技术领域，更为具体地讲，涉及一种宽带瞬时频率测量与跟踪装置。

背景技术

近年来随着雷达技术的不断发展，雷达信号从传统的单一制式发展为具有宽频带、多制式、频率捷变等特性的复杂信号，这对于雷达目标模拟器的研制也提出了更高要求，即能够实时处理多种调制信号并根据要求快速产生相应回波信号。

对于宽带载波信号频率的实时精确测量是雷达目标模拟器的首要任务，只有对雷达信号的载波频率进行快速精确测量，才可以进行信号分选、基带信号处理、回波模拟等进一步工作。

目前对于雷达载波信号频率测量方法包括基于宽带采样的储频转发技术(对比已有专利CN110609172)，即射频信号经过微波模块下变频后得到中频信号，由ADC直接采集转换为数字信号后提取信号频率，由采样定理可知，ADC采样率决定了被测信号输入带宽范围，采样率越高则允许输入带宽越大；而随着雷达模拟器输入带宽达到GHz级别，在商用ADC芯片单片性能受限的背景下通常需要采用多片ADC并行采样的方式实现对更高频率信号的采样，而这种方式引入的通道间失配误差、参考时钟抖动等问题难以解决，同时多片ADC同时工作产生的高速数据流需要性能更强的处理器进行数据处理，这些无疑会增加系统复杂度和设计成本，提高了设计难度。

另外还有基多周期同步的时域测量方式，通常对输入信号进行整形和包络提取(对比已有专利CN103487649B)后送入FPGA，然后在时域内对被测信号进行计数得到频率值；这种方式相较于宽带采样而言不受ADC采样率限制，但受FPGA能处理的信号速率限制，导致输入信号带宽较小，同时采用多周期测量方式需要设置较大的闸门时间才能提高测频精度，测量速度较慢，这对于测量实时性要求较高的系统而言显然也不满足要求。

除此以外在典型的雷达目标模拟器结构中(CN101082667B/CN110988830A)，将测频结果送入到控制单元，例如FPGA内，FPGA根据测频结果配置DAC产生载波信号，与基带信号混频后送入射频单元。这一过程显然会增加频率切换时间，对于具有捷变频特性的系统来说难以满足要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带瞬时频率测量与跟踪装置，快速实现被测信号的瞬时频率测量与跟踪。

为实现上述发明目的，本发明一种宽带瞬时频率测量与跟踪装置，其特征在于，包括：瞬时测频单元、检波单元、FPGA和捷变频单元；

所述瞬时测频单元，包括自动增益功率控制模块、多级分频器、高速比较器和TDC时间测量单元；

当被测信号输入至瞬时测频单元时，首先通过自动增益功率控制模块将被测信号的输入功率调整至同一功率范围，确保在较大的动态范围内的输入信号均能够被后级器件有效识别；再通过多级分频器对调整后的信号进行分频，降低信号频率，使分频后的信号频率在TDC时间测量单元的输入范围内；分频后的信号经过高速比较器转换为LVDS高速差分数字信号，且满足TDC时间测量单元的输入电平要求，然后TDC时间测量单元在配置信号高电平有效时，测量LVDS高速差分数字信号中一组相邻上升沿的时间间隔，并计算出信号频率发送给FPGA；

所述检波单元，包括包络检波器和脉冲判决器；

当被测信号输入至检波单元时，先通过包络检波器提取出被测信号的脉冲包络，再经通过脉冲判决器对其放大、整形，产生出控制TDC时间测量单元开启或关闭测量的配置信号TDC_DISABLE，并发送给FPGA；