多通道接收機(jī)幅相校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.引言

現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)為了獲得良好的性能，在強(qiáng)雜波環(huán)境中檢測(cè)目標(biāo)，通常采用將接收到的射頻回波信號(hào)下變頻到中頻，再經(jīng)正交解調(diào)器分解為I、Q信號(hào)。但是由于電路的不對(duì)稱(chēng)、各支路所選器件的不完善以及雷達(dá)工作頻率和周?chē)鷾囟鹊拳h(huán)境的變化導(dǎo)致各通道I/Q支路的幅相特性不平衡及通道間的幅度相位不一致，從而造成系統(tǒng)的虛警或者增大系統(tǒng)測(cè)量誤差。因此，各通道I分量與Q分量?jī)陕沸盘?hào)的幅相一致性指標(biāo)以及通道間的幅相一致性指標(biāo)是影響接收系統(tǒng)性能的主要因素之一。

2.幅相校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)原理

雷達(dá)接收單元采用5通道工作體制，工作頻率范圍覆蓋0.05GHz~20GHz,為了解決寬帶接收條件下的幅度相位一致性問(wèn)題，接收單元采用在通道中插入相位均衡網(wǎng)絡(luò)和幅度調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的方法來(lái)進(jìn)行幅相補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)該各通道間的幅相一致性能。圖1是接收單元內(nèi)部射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的簡(jiǎn)單處理流程。5路線性通道的每個(gè)支路由接收前端，濾波器和開(kāi)關(guān)電路、通道中頻處理電路、AGC控制電路、正交相檢電路、相位均衡網(wǎng)絡(luò)和幅度調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)等組成。接收通道設(shè)計(jì)時(shí)，提高中頻接收機(jī)增益的預(yù)留量，采用程控衰減器進(jìn)行預(yù)衰，實(shí)際操作中作為調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)節(jié)功能。

3.幅相校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的組成

3.1 幅相校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成

幅相校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)以測(cè)控計(jì)算機(jī)為核心，包括了射頻信號(hào)源，數(shù)字示波器，程控多路開(kāi)關(guān)以及用于智能儀表連接的GPIB接口卡，系統(tǒng)框圖如圖2所示。測(cè)控計(jì)算機(jī)采用研華IPC610工控機(jī)，射頻信號(hào)源為HP83732B,可提供10MHz~20GHz頻率范圍的射頻信號(hào)輸出。數(shù)字示波器采用Agilent 54845,具有4通道，1GS采樣，500M帶寬，同時(shí)支持相位比較功能。在系統(tǒng)中使用NI公司GPIB-USB-A接口卡，實(shí)現(xiàn)USB到GPIB總線的轉(zhuǎn)換，該卡可直接插到計(jì)算機(jī)的USB接口，方便地將示波器、信號(hào)源等儀器經(jīng)GPIB總線與計(jì)算機(jī)相連。

3.2 幅相校準(zhǔn)軟件的組成

幅相校準(zhǔn)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為儀器配置、測(cè)試控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)通信等4個(gè)功能模塊，如圖3所示。

3.3 幅相校準(zhǔn)測(cè)試軟件的工作流程

(1)程序初始化

包括網(wǎng)絡(luò)初始化，儀表配置和儀表響應(yīng)測(cè)試，確認(rèn)測(cè)試系統(tǒng)工作正常。

(2)接收單元狀態(tài)設(shè)置

雷達(dá)工作之前，需進(jìn)行幅相一致性測(cè)試，此時(shí)，測(cè)控計(jì)算機(jī)作為主控設(shè)備，向接收單元發(fā)送控制命令，對(duì)分機(jī)的頻率、通道、狀態(tài)和射頻通道衰減等進(jìn)行必要的控制設(shè)定，使其處于測(cè)試所需的工作狀態(tài)。

(3)通道幅度相位參數(shù)測(cè)量和記錄

同時(shí)，測(cè)控計(jì)算機(jī)控制信號(hào)源，輸出射頻校準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)功分注入接收機(jī)的五個(gè)通道的微波接收前端，經(jīng)過(guò)射頻通道、中頻電路、信號(hào)處理等一系列變頻放大和處理，得到各通道正交解調(diào)后的I/Q視頻輸出，送入數(shù)字示波器。

測(cè)控計(jì)算機(jī)分別以工作頻率點(diǎn)，增益，帶寬等參數(shù)為變量，測(cè)試接收單元在不同參數(shù)下，各接收支路相檢信號(hào)的幅度和相位輸出，匯總測(cè)量結(jié)果，測(cè)試中，可以任意選擇接收機(jī)的一個(gè)支路作為基準(zhǔn)，測(cè)試其它支路對(duì)該支路的幅相誤差關(guān)系，建立頻率點(diǎn)，增益，帶寬，通道號(hào)，幅度測(cè)量值，相位測(cè)量值的數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)量結(jié)果記錄表中。

(4)幅相校正數(shù)據(jù)分析與計(jì)算

根據(jù)幅度和相位的補(bǔ)償算法，可以計(jì)算出相應(yīng)的幅度和相位校正因子，存入數(shù)據(jù)庫(kù)的補(bǔ)償結(jié)果表。補(bǔ)償結(jié)果表可以導(dǎo)入到接收單元的控制器中，使其在正常工作時(shí)，可以從補(bǔ)償結(jié)果表中檢索數(shù)據(jù)對(duì)接收通道進(jìn)行補(bǔ)償。

4.結(jié)語(yǔ)

采用智能儀表組成的幅相一致性標(biāo)校系統(tǒng)，應(yīng)用于某雷達(dá)仿真系統(tǒng)中，對(duì)寬帶接收單元進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，解決了測(cè)試參數(shù)多、測(cè)試量大的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在0GHz~20GHz頻率范圍內(nèi)的幅相一致性測(cè)試和補(bǔ)償，使系統(tǒng)通道I/Q支路幅度一致性達(dá)到±0.3dB,相位一致性達(dá)到±2°;通道間幅度不一致誤差小于0.5dB,相位不一致性誤差小于10°，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)多通道接收機(jī)的幅相一致性要求。