一种相参应答机的集成设计方法及相参应答机

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一种相参应答机的集成设计方法及相参应答机
申请号	CN201811492958.1	申请日	2018-12-07	公开(公告)号	CN109560834A	公开(公告)日	2019-04-02
申请人	上海航天测控通信研究所;			发明人	李忞詝; 叶雷; 郭恳平; 杨振; 祝周荣; 魏继栋;
摘要	本发明公开了一种相参应答机的集成设计方法，旨在提供一种在多转发比相参应答机中利用模数、数模转换器件特性减少变频次数，结合数字频率精确修正的方法实现射频前端整合，从而提高集成度的方法。本发明通过下述技术方案实现：在模数转换器频率范围内进行带通采样以取代中频下变频，同时利用数模转换器高阶次频率分量以取代中频上变频，从而简化变频过程；进一步结合数字频率精确修正的方法，统一转发比不同的多个收发通道的射频本振，使多个射频前端可以共用，从而简化多转发比相参应答机的实现。该方法大幅简化应答机硬件设计且架构通用，可显著提高多转发比相参应答机的集成度。
权利要求	1.一种相参应答机的集成设计方法，其特征在于，包括：使用固定晶振频率f0作为参考时钟；使用相参应答机的接收通道倍频模块产生频率为fL1的第一本振信号,fL1＝MR1f0,MR1为接收通道的射频倍频次数；使用相参应答机的接收通道混频模块接收频率为fRi的第i路外部信号并根据所述第一本振信号得到频率为fRi-fL1的第一中频接收信号；其中，i为相参应答机收发通道的信号路数；使用相参应答机的接收通道滤波模块对所述第一中频接收信号进行滤波处理；使用相参应答机的中频数字处理模块的A/D转换模块的带通采样将所述第一中频接收信号转换为频率为fIRi的第二中频接收信号，fIRi＝fRi-fL1-MR2f0，MR2为接收通道的中频倍频次数；使用相参应答机的发射通道倍频模块产生频率为fL2的第二本振信号,fL2＝MT1f0,MT1为发射通道的射频倍频次数；所述中频数字处理模块通过直接数字频率合成器生成频率为fITi的发射信号，并利用D/A转换模块的高阶特性生成频率为MT2f0-fITi的第一中频发射信号，MT2为发射通道的中频倍频次数，其中fITi＝ρifIRi；ρi为相参应答机的第i路信号的转发比；使用相参应答机的发射通道滤波模块对所述第一中频发射信号进行滤波处理；使用相参应答机的发射通道混频模块接收滤波后的所述第一中频发射信号，并根据所述第二本振信号得到频率为fTi的第二中频发射信号，fTi＝fL2-(MT2f0-fITi)；其中， (MT1-MT2)/(MR1+MR2)＝ρi。 2.如权利要求1所述的相参应答机的集成设计方法，其特征在于，使所述接收通道倍频模块、发射通道倍频模块为同一个通道倍频模块；使所述中频数字处理模块通过直接数字频率合成器生成的发射信号的频率fITi＝ρifIRi+Δfi；Δfi＝ρi(MR1+MR2)f0-(MT2-MT1)f0。 3.一种相参应答机，其特征在于，包括：中频数字处理模块、参考时钟、接收通道倍频模块、发射通道倍频模块、接收通道滤波模块、发射通道滤波模块、接收通道混频模块、发射通道混频模块；所述参考时钟即固定晶振频率f0；所述接收通道倍频模块被配置为产生频率为fL1的第一本振信号,fL1＝MR1f0,MR1为接收通道的射频倍频次数；所述接收通道混频模块被配置为接收频率为fRi的第i路外部信号并根据所述第一本振信号得到频率为fRi-fL1的第一中频接收信号；其中，i为相参应答机收发通道的信号路数；所述接收通道滤波模块被配置为对所述第一中频接收信号进行滤波处理；所述中频数字处理模块被配置为利用A/D转换模块的带通采样将所述第一中频接收信号转换为频率为fIRi的第二中频接收信号，fIRi＝fRi-fL1-MR2f0，MR2为接收通道的中频倍频次数；所述发射通道倍频模块被配置为产生频率为fL2的第二本振信号,fL2＝MT1f0,MT1为发射通道的射频倍频次数；所述中频数字处理模块还被配置为通过直接数字频率合成器生成频率为fITi的发射信号，并利用D/A转换模块的高阶特性生成频率为MT2f0-fITi的第一中频发射信所述号，MT2为发射通道的中频倍频次数，其中fITi＝ρifIRi；ρi为相参应答机的第i路信号的转发比；所述发射通道滤波模块被配置为对所述第一中频发射信号进行滤波处理；所述发射通道混频模块被配置为接收滤波后的所述第一中频发射信号，并根据所述第二本振信号得到频率为fTi的第二中频发射信号，fTi＝fL2-(MT2f0-fITi)；其中， (MT1-MT2)/(MR1+MR2)＝ρi。 4.如权利要求3所述的相参应答机，其特征在于，MT1＝MR1，所述接收通道倍频模块、发射通道倍频模块为同一个通道倍频模块；所述中频数字处理模块还被配置为通过直接数字频率合成器生成的发射信号的频率fITi＝ρifIRi+Δfi；Δfi＝ρi(MR1+MR2)f0-(MT2-MT1)f0。
说明书全文	一种相参应答机的集成设计方法及相参应答机技术领域 [0001] 本发明属于航天通讯设备技术领域，尤其涉及一种相参应答机的集成设计方法及相参应答机。背景技术 [0002] 相参转发体制多应用于航天测控领域，对于卫星、火箭等需要完成测控任务的航天飞行器，一般通过安装应答机配合地面雷达或卫星信号进行相参转发，比如C波段连续波应答机、S波段测控应答机、探测器用Ka波段应答机等。为了提高测量精度和可靠性，需要应答机同时与多个地面站进行协同工作，所以多转发比相参应答机的应用需求更加迫切。 [0003] 目前相参转发的方法有两种：一种是全相参转发方法，即上行信号与下行转发信号、本振信号以及中频信号均满足相参的关系，该方法原理简明，但灵活性较差，使用本振数量以及变频次数较多，多路转发时无法共用；另外一种是逼近相参转发的方法，该方法使用固定参考时钟，同时通过频率流程的设计消除引入的参考时钟的影响，使下行信号满足规定转发比，从而实现相参转发的关系，该方法通用性较强，可以通过数字处理的优化实现很高的转发精度，可以推广应用。 [0004] 《任意转发比数字相参转发方法》(专利号CN 102916692B，发明人周林、李军等)提出了用数字处理电路精确实现任意转发比相参转发的方法。该方法摆脱了传统方法通过模拟或数字锁相环实现全相参设计的局限性，为上述逼近相参转发的实现提供了支撑，但是该方法仅针对单路转发的数字中频处理，并未提出完整收发链路的简化方案，也未进一步提出多路相参转发模式的优化措施。 [0005] 现有的相参转发应答机针对不同的转发比，需要采用不同的硬件电路平台，且中频收发电路通过本振混频实现上、下变频，C波段以上应答机收发电路一般通过两次变频实现，电路复杂，调试困难。发明内容 [0006] 本发明的技术目的是提供一种相参应答机的集成设计方法及相参应答机，该种相参应答机的集成设计方法能够简化频率处理流程，具有普遍的适用性，可显著提高多转发比相参转发应答机的集成度。 [0007] 为解决上述问题，本发明的技术方案为： [0008] 一种相参应答机的集成设计方法，包括： [0009] 使用固定晶振频率f0作为参考时钟； [0010] 使用相参应答机的接收通道倍频模块产生频率为fL1的第一本振信号, fL1＝MR1f0,MR1为接收通道的射频倍频次数； [0011] 使用相参应答机的接收通道混频模块接收频率为fRi的外部信号并根据所述第一本振信号得到频率为fRi-fL1的第一中频接收信号； [0012] 使用相参应答机的接收通道滤波模块对所述第一中频接收信号进行滤波处理； [0013] 使用相参应答机的中频数字处理模块的A/D转换模块的带通采样将所述第一中频接收信号转换为频率为fIRi的第二中频接收信号，fIRi＝fRi-fL1- MR2f0，MR2为接收通道的中频倍频次数； [0014] 使用相参应答机的发射通道倍频模块产生频率为fL2的第二本振信号, fL2＝MT1f0,MT1为发射通道的射频倍频次数； [0015] 中频数字处理模块通过直接数字频率合成器生成频率为fITi的发射信号，并利用D/A转换模块的高阶特性生成频率为fITi+MT2f0的第一中频发射信号，MT2为发射通道的中频倍频次数，其中fITi＝ρifIRi；ρi为相参应答机的转发比； [0016] 使用相参应答机的发射通道滤波模块对所述第一中频发射信号进行滤波处理； [0017] 使用相参应答机的发射通道混频模块接收滤波后的所述第一中频发射信号，并根据所述第二本振信号得到频率为fTi的第二中频发射信号， fTi＝fITi+MT2f0-fL2； [0018] 其中， [0019] (MT1-MT2)/(MR1+MR2)＝ρi。 [0020] 根据本发明一实施例，使所述接收通道倍频模块、发射通道倍频模块为同一个通道倍频模块； [0021] 使所述中频数字处理模块通过直接数字频率合成器生成的发射信号的频率fITi＝ρifIRi+Δfi；Δfi＝ρi(MR1+MR2)f0-(MT2-MT1)f0。 [0022] 本发明还提供了一种相参应答机，包括： [0023] 中频数字处理模块、参考时钟、接收通道倍频模块、发射通道倍频模块、接收通道滤波模块、发射通道滤波模块、接收通道混频模块、发射通道混频模块； [0024] 所述参考时钟即固定晶振频率f0； [0025] 所述接收通道倍频模块被配置为产生频率为fL1的第一本振信号, fL1＝MR1f0,MR1为接收通道的射频倍频次数； [0026] 所述接收通道混频模块被配置为接收频率为fRi的外部信号并根据所述第一本振信号得到频率为fRi-fL1的第一中频接收信号； [0027] 所述接收通道滤波模块被配置为对所述第一中频接收信号进行滤波处理； [0028] 所述中频数字处理模块被配置为利用A/D转换模块的带通采样将所述第一中频接收信号转换为频率为fIRi的第二中频接收信号，fIRi＝fRi- fL1-MR2f0，MR2为接收通道的中频倍频次数； [0029] 所述发射通道倍频模块被配置为产生频率为fL2的第二本振信号, fL2＝MT1f0,MT1为发射通道的射频倍频次数； [0030] 所述中频数字处理模块还被配置为通过直接数字频率合成器生成频率为 fITi的发射信号，并利用D/A转换模块的高阶特性生成频率为MT2f0-fITi的第一中频发射信号，MT2为发射通道的中频倍频次数，其中fITi＝ρifIRi；ρi为相参应答机的转发比； [0031] 所述发射通道滤波模块被配置为对所述第一中频发射信号进行滤波处理； [0032] 所述发射通道混频模块被配置为接收滤波后的所述第一中频发射信号，并根据所述第二本振信号得到频率为fTi的第二中频发射信号，fTi＝ fL2-(MT2f0-fITi)； [0033] 其中， [0034] (MT1-MT2)/(MR1+MR2)＝ρi。 [0035] 根据本发明一实施例，MT1＝MR1，所述接收通道倍频模块、发射通道倍频模块为同一个通道倍频模块； [0036] 所述中频数字处理模块还被配置为通过直接数字频率合成器生成的发射信号的频率fITi＝ρifIRi+Δfi；Δfi＝ρi(MR1+MR2)f0-(MT2-MT1)f0。 [0037] 本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果： [0038] 本发明一实施例中的相参应答机的集成设计方法通过使用中频数字处理模块的A/D转换模块的带通采样将第一中频接收信号转换为频率为fIRi的第二中频接收信号；以及中频数字处理模块通过直接数字频率合成器生成频率为fITi的发射信号，并利用D/A转换模块的高阶特性生成频率为MT2f0-fITi的第一中频发射信号，使得收发通道各使用一个本振、一次变频可实现单通道相参转发，大幅减少了各类主要元器件数量，使频率流程得到简化。收发通道符合一般收发信机通用架构，具有普遍的适用性，可显著提高多转发比相参转发应答机的集成度。 [0039] 本发明一实施例中的相参应答机的集成设计方法通过对每路中频转发关系进行精确的频率修正fITi＝ρi·fIRi+Δfi，在满足各通道的转发比关系的同时使得各通道不同的本振倍频次数得以统一。附图说明 [0040] 图1为本发明的一种相参应答机的集成设计方法的流程图； [0041] 图2为本发明的一种相参应答机的电路模块框图； [0042] 图3为一种多转发比相参应答机的集成设计方法原理框图(A/D、D/A模块未示出)； [0043] 图4为一种多转发比相参应答机单本振一次变频的设计方法原理框图 (A/D、D/A模块未示出)。具体实施方式 [0044] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种相参应答机的集成设计方法及相参应答机作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。 [0045] 实施例1 [0046] 参看图1，一种相参应答机的集成设计方法，包括：使用参考时钟产生固定晶振频率f0；使用相参应答机的接收通道倍频模块产生频率为fL1的第一本振信号,fL1＝MR1f0,MR1为接收通道的射频倍频次数；使用相参应答机的接收通道混频模块接收频率为fRi的外部信号并根据第一本振信号得到频率为fRi-fL1的第一中频接收信号；使用相参应答机的接收通道滤波模块对第一中频接收信号进行滤波处理；使用相参应答机的中频数字处理模块的 A/D转换模块的带通采样将第一中频接收信号转换为频率为fIRi的第二中频接收信号，fIRi＝fRi-fL1-MR2f0，MR2为接收通道的中频倍频次数；使用相参应答机的发射通道倍频模块产生频率为fL2的第二本振信号,fL2＝MT1f0, MT1为发射通道的射频倍频次数；中频数字处理模块通过直接数字频率合成器生成频率为fITi的发射信号，并利用D/A转换模块的高阶特性生成频率为 fITi+MT2f0的第一中频发射信号，MT2为发射通道的中频倍频次数，其中 fITi＝ρifIRi；ρi为相参应答机的转发比；使用相参应答机的发射通道滤波模块对第一中频发射信号进行滤波处理；使用相参应答机的发射通道混频模块接收滤波后的第一中频发射信号，并根据第二本振信号得到频率为fTi的第二中频发射信号，fTi＝fL2-(MT2f0-fITi)；其中，(MT1-MT2)/(MR1+MR2)＝ρi。 [0047] 本实施例中i为相参应答机收发通道的信号路数，下标使用i的参数对应相同相参转发通路上的参数。 [0048] 本发明实施例中的相参应答机的集成设计方法使得收发通道各使用一个本振、一次变频可实现单通道相参转发，大幅减少了各类主要元器件数量，使频率流程得到简化。收发通道符合一般收发信机通用架构，具有普遍的适用性，可显著提高多转发比相参转发应答机的集成度。 [0049] 进一步地，为了进一步简化电路，在满足各通道的转发比关系的同时使得各通道不同的本振倍频次数得以统一。本方法使接收通道倍频模块、发射通道倍频模块为同一个通道倍频模块；使中频数字处理模块通过直接数字频率合成器生成的发射信号的频率fITi＝ρifIRi+Δfi；Δfi＝ρi(MR1+MR2)f0- (MT2-MT1)f0。 [0050] 以上，本实施例中的相参应答机的集成设计方法，旨在提供一种在多转发比相参应答机中利用模数、数模转换器件特性减少变频次数，结合数字频率精确修正的方法实现射频前端整合，从而提高集成度的方法。本发明通过下述技术方案实现：在模数转换器频率范围内进行带通采样以取代中频下变频，同时利用数模转换器高阶次频率分量以取代中频上变频，从而简化变频过程；进一步结合数字频率精确修正的方法，统一转发比不同的多个收发通道的射频本振，使多个射频前端可以共用，从而简化多转发比相参应答机的实现。该方法大幅简化应答机硬件设计且架构通用，可显著提高多转发比相参应答机的集成度。 [0051] 实施例2 [0052] 参看图2，本发明还提供了一种相参应答机，包括：中频数字处理模块、参考时钟、接收通道倍频模块、发射通道倍频模块、接收通道滤波模块、发射通道滤波模块、接收通道混频模块、发射通道混频模块；参考时钟用于产生固定晶振频率f0；接收通道倍频模块被配置为产生频率为fL1的第一本振信号,fL1＝MR1f0,MR1为接收通道的射频倍频次数；接收通道混频模块被配置为接收频率为fRi的外部信号并根据第一本振信号得到频率为fRi-fL1的第一中频接收信号；接收通道滤波模块被配置为对第一中频接收信号进行滤波处理；中频数字处理模块被配置为利用A/D转换模块的带通采样将第一中频接收信号转换为频率为fIRi的第二中频接收信号，fIRi＝fRi-fL1-MR2f0，MR2为接收通道的中频倍频次数；发射通道倍频模块被配置为产生频率为fL2的第二本振信号,fL2＝MT1f0,MT1为发射通道的射频倍频次数；中频数字处理模块还被配置为通过直接数字频率合成器生成频率为fITi的发射信号，并利用 D/A转换模块的高阶特性生成频率为fITi+MT2f0的第一中频发射信号，MT2为发射通道的中频倍频次数，其中fITi＝ρifIRi；ρi为相参应答机的转发比；发射通道滤波模块被配置为对第一中频发射信号进行滤波处理；发射通道混频模块被配置为接收滤波后的第一中频发射信号，并根据第二本振信号得到频率为fTi的第二中频发射信号，fTi＝fITi+MT2f0-fL2；其中，(MT1-MT2) /(MR1+MR2)＝ρi。 [0053] 进一步地，MT1＝MR1，接收通道倍频模块、发射通道倍频模块为同一个通道倍频模块；中频数字处理模块还被配置为通过直接数字频率合成器生成的发射信号的频率fITi＝ρifIRi+Δfi；Δfi＝ρi(MR1+MR2)f0-(MT2- MT1)f0。 [0054] 下面对本发明的相参应答机的集成设计方法及相参应答机的原理方法作进一步的说明。 [0055] 参看图3，为本发明多转发比相参应答机的集成设计方法原理示意图。根据本发明，当多路接收通道之间、多路发射通道之间的频率相近时(此为普遍情况，此时各路转发比也相近)，多转发比相参应答机可集成设计。在所描述的方法中，输入的多路信号可共用射频通道，与本振信号MR1f0混频后，分为多路分别滤波后输入中频数字处理模块，输出的多路中频信号在滤波后再进行合并，上变频之后共用射频通道放大输出。 [0056] 为了统一多转发比相参应答机各路不同本振倍频次数，同时满足多路多种转发比的应用，通过中频数字处理电路模块中的数字处理方法对各通道的转发信号进行频率修正fITi＝ρi·fIRi+Δfi，使得每路的转发关系都能满足相同的射频本振倍频次数MR1、MT1及相近的中频本振倍频次数MR2i、MT2i，各通道的修正频率值统一各接收通道、各发射通道的射频本振后，即可对各接收通道和发射通道分别进行合并共用。当通路数量较多时，接收通道一次下变频后的中频频率应在A/D输入频率范围之内；对于多路发射通道，不同频率信号的幅度在中频合并时因D/A特性及采样率不同而不一致，射频共用放大时因放大器非线性而产生不一致，应在发射通道增加线性化处理方法，预先或通过反馈通路进行幅度一致性或线性化调整。为提高各通道的接收灵敏度、发射杂波抑制等性能指标，可分别对每路的中频收发信号进行滤波处理；若收发通道的频率位于同一个奈奎斯特通带范围内，可将独立的滤波器合并，直接由中频数字处理模块处理转发。 [0057] 参看图4，为本发明中收发本振进一步共用时的多转发比相参应答机的集成设计方法示意图。当多路接收通道与发射通道之间的频率差距不致过大 (不超过常用A/D输入及D/A输出的频率范围之和，随器件发展水平而不断扩大)时，在各接收通道、各发射通道射频本振倍频次数统一为MR1、MT1后，可进一步选择合适的频率流程，将MR1、MT1统一为M1，此时对应的接收通道中频在A/D的输入频率范围之内，发射通道中频在D/A的输出频率范围之内，从而仅采用一个本振、一次变频实现多路相参转发。 [0058] 本发明通过利用中频数字处理电路的A/D带通采样以及D/A高阶分量，使多转发比相参应答机收发通道中频本振倍频次数及数字处理频率范围得到拓展；通过对每路中频转发关系进行精确的频率修正fITi＝ρi·fIRi+Δfi，在满足各通道的转发比关系的同时使得各通道不同的本振倍频次数得以统一。与传统方法相比，本发明大幅减少了各类主要元器件数量，使频率流程得到简化。收发通道符合一般收发信机通用架构，具有普遍的适用性，可显著提高多转发比相参转发应答机的集成度。 [0059] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。