伪码引信小型实时可配置高速伪码调制频率源.pdf
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1、第 卷 第期 年月探 测 与 控 制 学 报J o u r n a l o fD e t e c t i o n&C o n t r o lV o l N o A u g 收稿日期:作者简介:徐利平(),男,内蒙古巴彦淖尔市人,副研究员.伪码引信小型实时可配置高速伪码调制频率源徐利平,王大鹏,许嘉晨,文帅(西安机电信息技术研究所,陕西 西安 )摘要:针对传统伪码引信调制频率源集成度不高、码型和载波频率固定不变的问题,提出一种小型实时可配置高速伪码调制频率源.该频率源包括高速乘法器、宽带锁相环和环路滤波器等,采用S I P集成工艺将电路集成到小型Q F N封装内.测试和试验结果证明,该频率源能实
2、时接收外部的高速差分调制信号和载波配置信号,可产生载频、码型可变伪码脉冲信号,与数字相关器配合使用,在引信由远及近探测时,可有效提高引信的抗干扰能力,拓展引信近距离探测范围,最近探测距离减小 m,探测精度优于m.关键词:伪码引信;伪码调制;小型化;S I P工艺中图分类号:T J 文献标志码:A文章编号:()M i n i a t u r i z e dR e a l t i m eP s e u d o c o d eM o d u l a t i o nF r e q u e n c yS y n t h e s i z e r f o rP s e u d o c o d eF u z
3、eXUL i p i n g,WAN GD a p e n g,XUJ i a c h e n,WE NS h u a i(X i a nI n s t i t u t eo fE l e c t r o m e c h a n i c a l I n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y,X i a n ,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n ga tt h ep r o b l e m so fl o wi n t e g r a t i o no ft r a d i t i o n a lp s e u d oc o
4、 d ef u z e m o d u l a t i o nf r e q u e n c ys o u r c e sa n dc o n s t a n tc o d et y p ea n dc a r r i e rf r e q u e n c y,as m a l lr e a l t i m ec o n f i g u r a b l eh i g h s p e e dp s e u d oc o d em o d u l a t i o nf r e q u e n c ys o u r c ew a sp r o p o s e d T h e f r e q u e
5、n c y s y n t h e s i z e r i n c l u d e dah i g h s p e e dm u l t i p l i e r,ab r o a d b a n dp h a s e l o c k e d l o o pa n da l o o p f i l t e r T h ew h o l e c i r c u i t sw e r e i n t e g r a t e d i n t oa s m a l lQ F Np a c k a g eu s i n gt h eS I Pi n t e g r a t i o np r o c e s
6、 s T h e t e s t a n de x p e r i m e n t a l r e s u l t sp r o v e dt h a t t h e f r e q u e n c ys o u r c e c o u l dr e c e i v ee x t e r n a l h i g h s p e e dd i f f e r e n t i a lm o d u l a t i o ns i g n a l sa n dc a r r yc o n f i g u r a t i o ns i g n a l si nr e a l t i m e,a n dc
7、 o u l dg e n e r a t ec a r r i e r f r e q u e n c ya n dc o d e t y p ev a r i a b l ep s e u d oc o d ep u l s es i g n a l s W h e nt h ef u z ew a sd e t e c t i n gf r o mf a rt on e a r,i t c o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h ea n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t y,e x p a n
8、 dt h ep r o x i m i t yd e t e c t i o nr a n g e,a n di m p r o v ed e t e c t i o na c c u r a c y i nc o n j u n c t i o nw i t had i g i t a l c o r r e l a t o r K e yw o r d s:p s e u d o c o d e f u z e;p s e u d o c o d em o d u l a t i o n;m i n i a t u r i z a t i o n;S I Pp r o c e s s 引
9、言现代和未来战争是复杂电磁环境下的大纵深立体战,对引信的小型化和抗干扰性能提出了更高要求.脉冲体制测距具有测距精度高,抗干扰性能好等特点;伪随机码具有极强的自相关性,码的参数可以按指令而改变,可有效地解决抗干扰问题,提高引信与战斗部的配合,增强引信的抗干扰能力.伪码测高引信一般采用单天线收发一体、脉冲工作体制,即发射伪码信号时关闭接收通道,接收回波信号时关闭发射通道,来减小发射通道到接收通道的能量,减小对接收的干扰.伪码调制频率源位于发射通道,用于产生伪码中频调制信号,然后上变频到射频,通过发射支路功率放大后由天线发射出去,所以伪码调制频率源是发射通道的核心部件.传统的伪码调制频率源一般采用声
10、表面波抽头延迟线或D D S等方式实现.文献 中采用声表面波器件作为引信的伪码调制源.文献 介绍了一种伪码调制器,该调制器由声表面波抽头延迟线实现,把输出换能器的叉指电极与汇流条采用不同的连接方式,就可得到不同的编码,在输入换能器上加上一个冲击信号,就可在输出端得到对应的冲击响应.对抽头延迟线按照一定的要求进行编码,可产生对应的调制信号.但是此方法虽然可产生伪随机编码信号,但是声表面波器件插损大,输出信号中心频率低,后续需要多级放大滤波链路补偿和变频处理,不利于伪码引信小型化设计.文献 中介绍的基于D D S原理的B P S K调制器,具有现场可编程、灵活的优点,但是根据奈奎斯特定理,由于时钟
11、频率的限制,输出频率不大于 MH z,考虑到选频滤波器的非理想性,需要经过多次上变频才能到微波或毫米波波段,不利于引信小型化设计.文献 介绍了一种采用锁相环和双平衡混频器,锁相环提供本振信号,双平衡混频器实现B P S K调制功能,该调制器采用单端调制,即调制信号为高电平时,射频信号输出与本振信号同相位,调制信号为低电平时,射频信号输出为本振信号相位翻转 .在脉冲工作环境下,单端调制不利于发射脉冲形成,通常情况下需要外加射频开关成形,在高码速率情况下,对射频开关的打开和关断时间要求高.针对以上问题,本文提出伪码引信小型实时可配置高速伪码调制频率源.传统伪码调制方法传统伪码引信伪码调制频率源如图
12、所示.伪码引信采用脉冲测距原理,宽波束单天线收发分时复用.发射通道中,在中频进行/调制,然后上变频到射频,经功放由天线发射出去,然后转入接收状态,回波信号经天线、T/R开关,低噪放后下变频到中频,然后在中频进行相关处理,最后由信号处理器计算出回波的延时并得出高度信息.图声表面波伪码调制源F i g S u r f a c ea c o u s t i cw a v ep s e u d oc o d em o d u l a t i o ns o u r c e传统伪码引信伪码调制源采用声表面波器件实现.声表面波调制器由输入换能器、输出换能器组成.换能器的作用是完成声能量和电能量之间的相互转换
13、.当交流电信号到达输入换能器时,换能器的压电材料由于压电效应产生机械振动,进而激励出声表面波,声表面波在压电材料表面传播,当到达输出换能器时,声波将转换为电信号输出.输入换能器和输出换能器的电极采用叉指空间周期分布方式,叉指换能器的声同步频率取决于电极排列的空间周期,工作带宽取决于电极的数目.因此,声表面波器件的冲击响应与其几何结构之间有着简单的对应关系.当叉指换能器输入一个冲击电压时,换能器所激发的声信号是一个正弦波串,它的持续时间等于声波在换能器上的渡越时间;它所包含的周期数等于换能器所具有的叉指对数目,并且一一对应;它的指条重叠包络与其冲击响应的包络一一对应的.所以,为了获得不同的编码,
14、需要设计出对应不同的叉指图形换能器,通过叉指对与汇流条的不同连接方式即可获得不同的编码.图中所示的声表面波伪码调制源的工作原理为:编码/控制器产生发射控制信号,激发冲击信号源产生冲击信号输入到声表面波编码器,声表面波伪码调制器器的输入换能器激发出一串对应的声信号,可在输出端得到一个冲击响应为固定载波、固定编码的伪码已调信号.通过以上分析可知,声表面波伪码调制源具有处理速度快、设计原理简单、一致性好、易于大量生产的特点,但是由于材料的固有属性,通常声表面波伪码调制器的插损很大,输入冲击信号的能量有限,所以输出的信号需要经过多级放大、滤波处理,集成度不高,导致实际工程可用的调制源体积并不小,不利于
15、弹载设备使用.另外在现代战场复杂电磁环境下,对引信的抗干扰性和可靠性提出了新的要求,所以对伪码引信而言,要求载波和编码实时可调整,这是声表面波伪码调制源难以完成的.小型实时可配置高速伪码调制频率源为了解决伪码引信小型化设计、码型实时可变需求与传统伪码调制频率源集成度不高、码型固定不变之间的矛盾,提出小型实时可配置高速伪码调制频率源,原理图如图所示.频率源包括高速乘法器和宽带锁相环.与图传统固定载波和固定编码的伪码调制方法比较,小型实时可配置高速伪码调制频率源采用宽带可配置锁相环产生载波信号,伪码引信可根据徐利平等:伪码引信小型实时可配置高速伪码调制频率源使用需求实时配置载波的频率,宽带锁相环的
16、配置端口为三线S P I端口,锁定时间小于 s,满足引信实时可配置需求.编码/控制器根据不同的探测高度、不同的干扰环境实时产生不同的伪随机码,伪码调制功能由高速乘法器完成.图小型实时可配置高速伪码调制频率源F i g S m a l l r e a l t i m ec o n f i g u r a b l eh i g h s p e e dp s e u d oc o d em o d u l a t i o nf r e q u e n c ys o u r c e载波频率源采用宽带锁相环架构,原理架构如图所示.锁相环由M分频器、N分频器、V C O、环路滤波器、鉴相器、输出P分频器等
17、部分组成.参考频率经M分频后与V C O输出信号经N分频后的信号进行鉴相,输出误差信号并经过环路滤波器后形成近似直流电压的信号,进而控制V C O的输出频率.锁相环是一个逐渐递进的负反馈过程,当N和M分频器的输出相位误差小到可以忽略的时候,最终 低通滤波器 输出一个稳 定的直流 电压,V C O输出一个稳定的频率,即环路锁定.V C O输出的信号经可配置P分频器分频后输出载波信号.图载波源原理图F i g S c h e m a t i co f c a r r i e r s o u r c e载波信号锁定时间如图所示,锁定时间小于 s,在此期间弹丸下落的距离一般不超过c m,小于引信的距离
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