多通道接收機幅相校準測試系統(tǒng)的設計

1.引言

現(xiàn)代雷達系統(tǒng)為了獲得良好的性能，在強雜波環(huán)境中檢測目標，通常采用將接收到的射頻回波信號下變頻到中頻，再經(jīng)正交解調器分解為I、Q信號。但是由于電路的不對稱、各支路所選器件的不完善以及雷達工作頻率和周圍溫度等環(huán)境的變化導致各通道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)測量誤差。因此，各通道I分量與Q分量兩路信號的幅相一致性指標以及通道間的幅相一致性指標是影響接收系統(tǒng)性能的主要因素之一。

2.幅相校準測試系統(tǒng)的校準原理

雷達接收單元采用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題，接收單元采用在通道中插入相位均衡網(wǎng)絡和幅度調節(jié)網(wǎng)絡的方法來進行幅相補償，實現(xiàn)該各通道間的幅相一致性能。圖1是接收單元內部射頻信號到中頻信號的簡單處理流程。5路線性通道的每個支路由接收前端，濾波器和開關電路、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)絡和幅度調節(jié)網(wǎng)絡等組成。接收通道設計時，提高中頻接收機增益的預留量，采用程控衰減器進行預衰，實際操作中作為調節(jié)網(wǎng)絡實現(xiàn)幅度調節(jié)功能。

3.幅相校準測試系統(tǒng)的組成

3.1 幅相校準測試系統(tǒng)的硬件組成

幅相校準測試系統(tǒng)以測控計算機為核心，包括了射頻信號源，數(shù)字示波器，程控多路開關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。測控計算機采用研華IPC610工控機，射頻信號源為HP83732B,可提供10MHz~20GHz頻率范圍的射頻信號輸出。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，實現(xiàn)USB到GPIB總線的轉換，該卡可直接插到計算機的USB接口，方便地將示波器、信號源等儀器經(jīng)GPIB總線與計算機相連。

3.2 幅相校準軟件的組成

幅相校準軟件采用模塊化設計，主要分為儀器配置、測試控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)通信等4個功能模塊，如圖3所示。

3.3 幅相校準測試軟件的工作流程

(1)程序初始化

包括網(wǎng)絡初始化，儀表配置和儀表響應測試，確認測試系統(tǒng)工作正常。

(2)接收單元狀態(tài)設置

雷達工作之前，需進行幅相一致性測試，此時，測控計算機作為主控設備，向接收單元發(fā)送控制命令，對分機的頻率、通道、狀態(tài)和射頻通道衰減等進行必要的控制設定，使其處于測試所需的工作狀態(tài)。

(3)通道幅度相位參數(shù)測量和記錄

同時，測控計算機控制信號源，輸出射頻校準信號，經(jīng)功分注入接收機的五個通道的微波接收前端，經(jīng)過射頻通道、中頻電路、信號處理等一系列變頻放大和處理，得到各通道正交解調后的I/Q視頻輸出，送入數(shù)字示波器。

測控計算機分別以工作頻率點，增益，帶寬等參數(shù)為變量，測試接收單元在不同參數(shù)下，各接收支路相檢信號的幅度和相位輸出，匯總測量結果，測試中，可以任意選擇接收機的一個支路作為基準，測試其它支路對該支路的幅相誤差關系，建立頻率點，增益，帶寬，通道號，幅度測量值，相位測量值的數(shù)據(jù)庫的測量結果記錄表中。

(4)幅相校正數(shù)據(jù)分析與計算

根據(jù)幅度和相位的補償算法，可以計算出相應的幅度和相位校正因子，存入數(shù)據(jù)庫的補償結果表。補償結果表可以導入到接收單元的控制器中，使其在正常工作時，可以從補償結果表中檢索數(shù)據(jù)對接收通道進行補償。

4.結語

采用智能儀表組成的幅相一致性標校系統(tǒng)，應用于某雷達仿真系統(tǒng)中，對寬帶接收單元進行自動測試，解決了測試參數(shù)多、測試量大的問題，實現(xiàn)了在0GHz~20GHz頻率范圍內的幅相一致性測試和補償，使系統(tǒng)通道I/Q支路幅度一致性達到±0.3dB,相位一致性達到±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°，滿足系統(tǒng)對多通道接收機的幅相一致性要求。