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1、-基于ADS的调频无线电引信系统的建模与仿真-第 33 页1 绪论1.1 研究背景和意义无线电引信是通过探测目标附近包含目标信息的电磁场而作用的一种引信1。由于无线电引信突出的性能，人们把它和原子弹、雷达并列誉为二次大战中军事科学的三大发明2。无线电引信的研究历来为各国所重视，成为引信技术发展的主流。军事强国的无线电引信装备比例历来较高，并且一直在发展新的型号、研究无线电引信的小型化。较早一代的无线电引信大多数为多普勒引信，该引信是利用弹目间的相对运动而产生的多普勒信号的幅度来测距3。该体制引信的优点是发射和接收不需要调制与解调，发射的频谱很窄，从而使其选频、滤波、信号处理及整个引信结构简单、
2、体积小。这种体制引信的缺点是距离截止性差、炸点散布大;此外由于发射的是单频等幅波，很容易受到干扰。因此随着国内外对引信定距精度和抗干扰能力等方面的要求日益苛刻，这种体制的引信己经不能满足要求。随着电子工业技术的发展，各种新的引信体制不断出现，如调频测距、比相测角、脉冲回波测距和脉冲多普勒测距等都在引信中得到了应用，因而出现了多种新体制的近炸引信4。纵观无线电引信的发展，各种体制的无线电引信都是以不同的方式实现同样的功能:探测目标，测定弹与目标的距离，引爆弹丸等。为了提高弹丸的杀伤效率，必须保证弹丸在最佳位置起爆，因此就要求引信能够精确测距。调频无线电引信是发射调频等幅连续波信号的系统。其发射信
3、号的频率按调制信号的规律变化，利用回波信号与发射信号之间的频率差可确定引信与目标之间的距离。由于调频无线电引信发射信号的频率是时间的函数，在电磁波从引信到目标间的往返传播的时间内，发射信号的频率已经发生了变换，于是导致回波信号频率与发射信号的频率不同。二者的差值与引信到目标间的距离有关，测定其频率差值，便可得到引信与目标之间的距离4。由于调频无线电引信是通过测量频率差值来确定引信与目标之间的距离，而不是靠回波信号幅度来定距的，炸点的散布与目标特性无关，能够比较准确的确定弹目之间的距离。因此，与连续被多普勒体制相比，具有定距精度高、抗干扰性能好等优点，其测距误差理论上不受目标发射特性等因素的影响
4、，且具有一定的距离选择能力。随着科学技术的飞跃发展，系统建模与仿真已逐渐成为一种独立于理论研究、试验研究的基本科学活动。在军事科学研究和工程实践中，尤其是在导弹武器系统、军用电子系统和航天工程等的研制过程中，往往无法对所研制的系统进行试验，而需要建立一个与所研制的对象相似的模型，通过模型间接地研究系统规律、性能状态，来评价系统的品质。这种间接的试验技术就是系统仿真在军事上的应用，尤其是在各型武器系统的研制过程，系统仿真试验贯穿整个研制过程，为系统的设计和不断完善提供支持，从而大大缩减了系统的研制周期，加速了武器系统的装备速度。因此系统仿真具有经济、安全可靠、试验周期短等特点。无线电引信系统仿真
5、就是在计算机上重现整个引信系统及其动态工作过程，通过调整引信系统的参数，使其反复运行，从而得到系统的最优性能，以实现加快引信研发周期和降低研发成本的目的。经过系统级仿真，能够保证产品在最高层次上设计的正确性。利用系统仿真这一手段，可以找出各参数的最佳值，来保证所设计的产品获得最佳的性能。不仅如此，还可以利用仿真对引信系统的各项性能进行评估。由于外场模拟真实战场复杂电磁环境是非常困难的，同时也耗资巨大，外场试验的次数有限，因此难以全面反映引信系统在各种复杂环境下的性能。而且若外场测试结果不能达到实验的要求，必须修改设计，但是反复进行外场测试和设计修改，必将使得试验周期大大延长，并造成成本上的巨大
6、浪费。所以利用计算机仿真技术的可控制性、可重复性、无破坏性、安全性、经济性等特点与优势，对引信系统、电子对抗装备及其技术与战术运用等进行仿真与效能评估，是当前和未来无线电引信与电子对抗领域研究中的一种重要手段。进行无线电引信系统仿真，首先必须建立无线电引信系统建模、仿真和设计一体化的开发环境，这一集成环境主要包括两大组成部分：无线电引信系统仿真软件平台和无线电引信系统模型库。本文就是选择合适的软件平台，在该软件平台下建立完整的无线电引信系统模型库，并有针对性的对无线电引信子系统以及整个无线电引信系统进行了仿真和分析。无线电引信子系统仿真是向下、微观的仿真，是对无线电引信系统中某一部分进行详细的
7、分析。子系统仿真可以根据该子系统的性能指标来设计、优化其中每个元件的参数。1.2 国内外无线电引信的发展与应用无线电引信是指利用无线电波获取目标信息而作用的近感引信。由于无线电引信的原理大多如同雷达，因此又称为雷达引信。根据引信的作用原理可分为多普勒式、调频式、脉冲调制式和编码式等。无线电引信相对触发引信成倍甚至几十倍地提高杀伤效果，使各国投入了大量的人力、物力，而且把最先进的技术成就优先用于引信。无线电引信技术出现于二战时期，距今己有很久的历史。在加世纪60年代之前，研制使用的主要是元件数少、结构简单、用多普勒效应原理工作的无线电引信。在60年代以后，随着无线电引信技术、无线电元件和器件的迅
8、速发展，无线电引信己向着小型化、集成化、高可靠性、抗干扰性的方向发展。其中的无线电调频近炸引信具有距离分辨力高、信号能量大、时带积大、接收机灵敏度高、工作电压低、结构简单等优点，因此国内外对这种体制都极为关注4。早期的线性调频引信技术较为复杂、成本较高、不易小型化，因此仅仅局限于导弹引信的应用。随着集成电路、元器件等技术的发展，开辟了在常规弹药上的应用。国外对线性调频引信的研究比较早，现在应用也比较广泛，德国DM34调频定高引信、DM54调频测距引信、美国M732E2多选择引信、XM773多用途引信等，都成功的应用了调频体制5。近年来，随着电子技术的飞速发展以及引信定距精度和抗干扰能力诸方面要
9、求的日益苛刻，无线电引信的研究也更加广泛。在引信体制方面，突破了传统的无线电引信体制，研制出噪声调频、伪随机码等复杂波形引信体制。国外许多先进的导弹如美国的新一代空空导弹AIM-120、英国宇航的地对空导弹MKZ和瑞典的新一代防空导弹BAMSE等都采用无线电近炸引信。我国无线电引信相比西方发达国家起步比较晚，多数是20世纪70年代开始研制，80年代设计定型，90年代正式装备部队使用的无线电引信5。随着我国科技水平的不断提升，国内各相关科研院所开展了各种不同无线电近炸引信的探测技术和信号处理技术的研究，如脉冲编码调频多普勒引信、伪随机码调相引信、频率伪随机捷变引信、噪声调频引信等，取得了一定的成
10、果。1.3 本文主要工作本文对线性调频定距引信原理进行了系统分析并且进行了系统仿真，给出了线性调频定距引信的理论分析过程，并且对线性调频定距引信参数的选取进行了分析。在此基础上运用ADS仿真软件进行线性调频定距引信射频电路设计。具体内容安排如下:第一章:介绍了课题的研究背景，国内外无线电引信的发展历程、研究现状以及论文的主要内容。第二章:介绍了线性调频定距引信的工作原理，差频信号、系统误差和相关参数选择进行了理论分析，并对调频非线性和寄生调幅这两个对定距精度影响最大的因素进行了分析，最后通过ADS进行了调频定距引信的系统仿真。第三章:分析自差收发机的特点，并结合振荡理论分析了电容三点式振荡电路
11、。第四章:用射频设计软件ADS对连续三角波线性调频引信进行研究设计，对线引信各部分电路进行理论分析，并进行仿真。2 线性调频定距引信理论分析2.1线性调频定距引信的工作原理调频无线电引信是发射调频等幅连续波信号的引信，其发射信号为调频连续波信号，信号的频率按调制信号的规律变化，利用回波信号与发射信号之间的频率差可确定引信与目标之间的距离6。线性调频引信的基本原理框图如图2.1.1所示图2.1 线性调频引信原理框图线性调频测距系统的调制信号一般为三角波和锯齿波信号7。由于调频引信发射信号的频率是时间的函数，调频连续波引信的发射信号在一个调频周期内是线性变化的，其调频周期远远大于最大作用距离对应的
12、回波延时。系统利用发射与接收信号频率在时间上均线性变化的特点来测定目标距离。从天线发射的调频连续波信号，碰到被测物体表面后发生反射，反射的回波信号被混频器接收，并与振荡器直接藕合过来的发射信号进行混频，在无线电波从引信到目标间往返传播的时间内，发射信号频率已经发生了变化，于是导致回波信号频率与发射信号频率不同。因此在混频器上便会有差频信号输出，测得差频信号的频率后，根据差频与引信到目标间的距离关系，便可得到引信到目标之间的距离。当调频系统与目标之间有相对运动时，还可以通过测量多普勒频率获得目标速度信息。2.2 线性调频定距引信信号分析信号是线性调频定距系统传输信息的表现形式，可以看作运载信息的
13、工具。因此在研究调频系统之前，首先对调频系统的信号做必要的分析。对调频系统信号进行分析的基本方法有频谱法、时间-频率曲线法、相量法4。对中等频偏的调频连续波雷达来说，相位矢量法或许是最有效的方法，但是对于线性调频引信经常采用的前两种方法。这里主要采用时间-频率曲线法分析调频系统信号。由于本文线性调频调制信号采用三角波调频，因此本文主要对三角波调频时的信号进行分析，通过理论推导得出差频信号与距离的关系表达式。图2.2 三角波调频信号时间-频率曲线图三角波线性调频信号的瞬时时间-频率曲线如图2.2所示8，参数意义如下:f0 起始频率 fm 最大调制频偏 fc=f0+fm/2 中心频率TM 三角波调
14、制信号周期 发射信号与回波信号之间的延迟时间ft 发射信号频率fr 回波信号频率设发射信号频率为ft=f0+dftdtt (0tTM) (2.1)回波信号频率为ft=ftt-=f0+dftdt(t-) (tTM+) (2.2)混频器输出端差频信号的频率为fi=ft-fr=dftdt (2.3)因为 dftdt=FMTM2 且 =2R/C，所以fi=4fMTMCR (2.4)可得 R=TMC4fMfi (2.5)可见在调制参数TM和fM一定条件下，差频fi的大小与距离R成正比。2.2.1 对三角波线性调频差频信号的时域分析上节我们研究了差频fi的大小与距离R的关系，本节主要对三角波线性调频信号及
15、其差频进行时域及频域的理论分析。如上节 图2.2 三角波调频信号时间-频率曲线图,三角波线性调频信号可以表示为:eFMt=U0cos0tn=0ansinnt+bncosnt -U0sin0tn=0cnsinnt+dncosnt(2.6)固定周期三角波调制的调频波频谱为:s=2U0TMn=-n=(-0-n2TM)cos(n22kTM2-4) =2U0TMn=-n=(-0-n)cos(n22M-4) (2.7)2k 调制频率 U0 发射信号幅度 调制信号角频率其中：M=kTM=2fM , =2TM ,0=2f0 可以看出3 9 2:1 是三角波线性调频信号的频谱具有矩形频谱包络;2最大频偏fM不变
16、时，调制周期越大则频谱越密，反之则相反。3调频波的能量主要集中在M的范围以内，它的各旁瓣频能量是由未调制载波的能量转化来的，它的转换程度由调制指数 =M 决定。4大调频指数下，三角调频波的频谱分布是其瞬时频率变化率的函数。所以说当调频波的频率变化相对它的载波来说很小时，该调频波落在某个频率范围的能量和它瞬时频率扫过该频率范围的时间成正比。2.2.2 对三角波线性调频差频信号的频域分析在开始分析之前，先做两个假设把问题理想化:1 反射信号和回波信号是纯调频波，没有寄生调幅，这种假设在小频偏的情况下是可以实现的。2 弹目接近速度为零，即没有多普勒频移。由于调频测距主要用于近距离测量，所以相对于调制
17、周期几来说回波反射时间:一般都十分的小。也就是说:-TM2+nTMt-TM2+nTM+ , nTMtnTM+ (2.8)这两种情况在时域占的时间很小，称为“不规则区”，从而分布在这段时间上的信号的频谱能量很小，对整个差频频谱的影响可以不予考虑。假设 为固定值，在:-TM2+nTM+tnTM , nTM+ tnTM+TM2 (2.9)两个区间内，差频信号是一个正弦信号，其频率正比于 (相当于目标的距离R)。称为“规则区” 。差频信号中的距离与速度信息在频谱中表现在相位的变化上。因此，对差频信号进行频域分析，也就是对信号的相位进行分析。设本地振荡信号电压为Vgsing ，这里g为瞬时相位。当系统与
18、目标无相对运动时，反射回波信号电压为Vrsinr，g与r相差延迟r。可以证明:g=0t0+ktn2+n0TM+kTMtn2+nkTM22 , -(2n-1)TM2tnTM0t0-ktn2+n0TM+kTMtn2+nkTM22 , nTM2tVr，发射信号与回波信号经过非线性器件的混频后，产生直流项、有用的低阶项和更多高阶项。一般只有低阶项 VgVrsingsinr 才是有用信号，用三角函数积化和差公式可得:f(t)=12VgVrcosg-r =E0singcosg-r (2.11)其中，相位和项将作为高频分量被滤除，相位差项中包含了距离信息，下面只对上式进行讨论，研究它的频谱特性。在第n个扫频
19、区间里，相位差项有两种表达方式，即我们前面分析中提到的规则区和不规则区，由于不规则区间内没有距离信息，同时，在实际应用中，很小，分布在这段时间上的信号频谱很小，对整个差频频谱分布的影响可以忽略不计，所以只考虑规则区。分段讨论规则区内相位差 g-r:a) 当-TM2+tn0 时:g-r=2ktn+c+kTM2-k2， (2.12)b) 当: tn-TM2 时:g-r=-2ktn+c+kTM2+k2 (2.13)由于调制信号是周期性的，所以相位差g-r也是周期性的，从f(t)的表达式可以看出，f(t)是矩形调幅串序列。波形如下图所示10:图2.3 差频规则区时域图现在求上式(2.11)的傅立叶变换
20、，这时只需先求出一个周期的傅立叶级数即可。在一个周期内，ft=E0cos1+2kt TM2+t0 E0cos2-2kt t-TM2 (2.14)其中 1=c+kTM2-K2 ，2=c+kTM2+K2 ， (2.15)当 TM2+t0 时，把f(t)展开得到：ft=E0cos1cos2kt-E0sin1sin2kt (2.16)根据傅立叶变换的时延特性和频移特性，设:Fn1=FE0cos1cos2kt Fn2=FE0sin1sin2kt (2.17)可以求得：Fn1+Fn2=E02TM2-Sa12n-2kTM2-exp-j12n(TM2-)cos1+jsin1+E02TM2-Sa12n+2kTM
21、2-exp-j12n(TM2-)cos1-jsin1 (2.18)把1带入式(2.2.18)，得到:Fn1+Fn2=E02TM2-Sa12n-2kTM2-exp-j12nTM2-+(c+kTM2-K2)+E02TM2-Sa12n+2kTM2-exp-j12nTM2-c+kTM2-K2 (2.19)同理,f(t)在t0 时，频谱包络的移动方向图2.5(b) r0 表示弹目互相接近，反之表示弹目背离而去。弹目有相对运动就会产生多普勒频移: fg=2r (2.24) 发射频率波长在这种情况下，有两种现象存在71在三角波的正半周，随着弹目距离的接近，回波信号的滞后时间减小，回波频率接近于发射信号频率，
22、这时差频等于距离差频和多普勒频率之差。2在三角波的负半周，情况正好相反，差频等于距离差频与多普勒频率之和。而且当引信以不同的速度接近目标时，也有两种情况值得注意，(设静止时差频频率为 fi ):1 引信低速接近目标时 fifg ，差频由两个频率组成: fi-fg和 fi+fg，其中相位会发生翻转。2引信高速接近目标时 fi10，将max=2RmaxC ,代入上式可得:fM=1TM=c2nRmaxc2Rmax (2.27)由于调频引信对距离要求有限，假设作用距离Rmax=15m，n=100，则fM=100kHZ 。(b)消除非单值所产生的距离模糊在周期性调制的情况下，差频公式还不能单值地确定系统
23、到目标间的距离。由上面差频信号的时域分析可知，在延迟时间为、T+、2T+、nT+ 时我们不能区分所对应的距离，也就是说，在相差距离为从R=CT值和nR时，所对应的差频值fi都是相同的，因此产生了距离模糊。为了消除距离模糊，在选择调制频率时，应使调制周期足够大，一个调制周期所对应的距离大于可能测得的距离变化范围。设系统能够测出的距离变化范围为Rmax-Rmin ,则:TM2(Rmax-Rmin)c 或 fMci2(Rmax-Rmin)c (2.28)对比式(2.27)和式(2.28)可知，二者是基本一致的，满足式(2.28)基本能满足式(2.27)，同样满足式(2.27)也能满足式(2.28)。
24、因此减小差频不规则区与消除非单值所产生的距离模糊考虑一种情况即可。(c)减小多普勒效应的影响在前面已经讨论了当系统与目标间有相对运动时，由于延迟时间 的变化及多普勒效应的存在，使差频信号的频谱发生变化，特别是多普勒频率的出现，将给信号处理造成困难并引起测距误差。因此，应该使差频频率尽量与多普勒频率相差较远，即fifd 。由于fi=4fTMCR ,而fd=2vR0 ,则有下列关系式:fMvRc20fRmin (2.29)(d)差频频率正好落在调制频率的偶次谐波点上合理的选择调制频率，可以帮助选择合适的频偏f ，以使差频频率正好落在调制频率的偶次谐波点上。2.3.2测距误差分析测距误差主要由五个因
25、素引起:1、系统固定误差；2、多普勒频率影响；3、寄生调幅；4、测频电路的测频方法。(l)系统固定误差R1由前面讨论得知，当调制波形采用锯齿波这种调频信号时，差频频率在不规则区外与测量距离R有较好的线性关系，系统的固定误差为:R1=c4f (2.30)由上式可见增大调频频偏f ，可减小固定误差。因此在兼顾其它因素的情况下尽可能取较大的调频频偏。(2)多普勒频率产生的测距误差当弹目具有相对运动时，在一个调制周期内会出现两个频率不同的差频信号，在频域里面，导致差频信号的相位差不再是周期函数，其频谱由离散变成连续分布，引起定居误差。(3)寄生调幅引起的测距误差寄生调幅在调频振荡源中几乎是不可避免的。
26、它带来的后果就是在无回波的信号的情况下，引信输出端也有频率为调制信号基频及其各次谐波组成的信号输出，导致引信误动作。而在有回波的情况下会对有用信号进行干扰。(4)测频电路的测频方法引起的测距误差测频电路的方式有多种，应根据具体电路进行估算。例如，采用数字差频检测电路时，计数脉冲为整数。当计数脉冲为非整数时，将产生测频误差。而在电路中，通过取样控制器、调节归零电路的置零时间、控制延时器的延时和选频开启时间措施，可大大降低这种测频误差引起的系统测距误差。2.4 利用ADS对线性调频引信前端进行仿真2.4.1 ADS仿真软件简介在以往的系统仿真中，用的较多的有SPW软件和Simulink软件。在这两
27、种软件平台下，都有人进行二次开发，对无线电引信模型库进行建立、扩充和系统仿真。所建立的模型库具有通用性强，结构较简单，使用灵活和方便扩充，贴近实际情况等优点，采用这些模块，用户可以任意搭建不同体制的无线电引信仿真系统。虽然前人在这方面做了大量工作，但由于软件平台的限制，还有一些不足。比如说我们在进行系统仿真时，关心的是整个系统的性能，包括前端的射频电路部分，而SPW软件和Simulink软件都不方便做射频电路部分仿真，无法对射频部分由于模拟器件的非线性对系统的影响进行分析；而且在信号处理过程中，有些地方需要进行矩阵运算，并且整批的传输数据。SPW软件中进行矩阵运算比较困难，而Simulink软
28、件基于时间流仿真在进行整批数据传输时还存在一些弊端。因此，很有必要在其他仿真软件上做一些尝试，克服以上软件的不足，更好地进行仿真。ADS软件是Agilent公司推出的一款功能强大的电路和系统分析软件，它集成多种仿真软件的优点，仿真手段丰富多样，可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、高频与低频、噪声等多种仿真分析手段，范围涵盖小至元器件，大到系统级的仿真分析设计；ADS能够同时仿真射频（RF）、模拟（Analog）、数字信号处理（DSP）电路，并可对数字电路和模拟电路的混合电路进行协同仿真。由于其强大的功能，ADS软件很快成为全球内业界流行的EDA设计工具。ADS(AdvaneedDe
29、signSystem)是美国Agilent公司推出的电路和系统分析软件，它集成多种仿真软件的优点，仿真手段丰富多样，可实现包括时域和频域，数字与模拟，线性与非线性，高频与低频，噪声等多种仿真分析手段，范围涵盖小至元器件，大到系统级的仿真分析设计;ADS能够同时仿真射频(RF)，模拟，数字信号处理(DSP)电路，并可对数字电路和模拟电路的混合电路进行协同仿真。由于其强大的功能，很快成为全球内业界流行的EDA设计工具10。ADS在射频、模拟电路设计中的常用的仿真器有AC仿真、DC仿真、S参数仿真、瞬态仿真、谐波平衡仿真、包络仿真等。在利用ADS进行线性调频引信前端系统仿真时主要利用瞬态仿真器。AD
30、S为用户提供了丰富的模型库和便利的分析工具。这些模型库可以充分发挥其功能和特长，避免了系统设计所需大量功能单元模型和仿真工具软件的重复开发，并可以将软件资源与研究人员的设计经验充分结合起来。ADS软件与上述SPW软件和Simulink软件平台相比具有着不可多得的优点，这些优点主要包括以下几个方面：1）ADS软件既支持模拟电路/射频（RF）仿真，又可以做数字信号处理的仿真，还可以实现射频电路和数字信号处理联合仿真。2）ADS和其它仿真软件，例如MATLAB有友好的接口，必要时可以进行联合仿真。3）ADS提供了专门的仪器库，可以和Agilent公司仪器相连，进行半实物仿真。4）ADS支持用户自定义
31、模块，用户可以根据自身需要很方便地进行仿真模型库的开发，开发好的模型库可以打包以便安装到其它计算机。鉴于其在射频仿真及数据流仿真方面的这些优势，我们采用ADS软件进行无线电引信系统建模与仿真，并且分析系统性能。ADS软件平台下的仿真可以分为两类：射频模拟仿真(RF/Analog)、数字信号处理仿真（DSP）。这两类仿真拥有不同的模型库和仿真器，射频模拟仿真主要用于电路设计，其仿真器包括直流仿真器（DC）、交流仿真器（AC）、谐波平衡仿真器（HB）、S参数仿真器（S_Param）、包络仿真器（Envelope）、瞬态仿真器（Transient）等，可以根据仿真需要选择不同的仿真器。数字信号处理仿
32、真用于数字部分仿真，其仿真器为数据流仿真器（DF），数据流仿真器可以实现RF/Analog与DSP联合仿真。2.4.2利用ADS进行系统仿真 根据前面的分析可知，探测距离R与差频 fi 的关系式，主要由调制频偏 fM和调制周期 TM 决定，与系统中心频率无关。因此为便于仿真，设定系统仿真载频为 f0=500MHZ ，调制频偏 fM=50MHZ ，调制频率 fM=100KHZ。在ADS中搭建系统原理图，并对各个部分的参数进行设定。系统仿真时调制信号控制VCO产生线性调频信号，并且加入寄生调幅来模拟实际的线性调频信号;利用延时器来模拟回波信号与发射信号经过的时间差，探测距离越远则对应的延时时间越长
33、，同时经过衰减器对回波信号的幅度进行衰减来模拟实际的回波信号，探测距离越远则回波信号的幅度越小，即衰减器的衰减分贝数越大。在ADS中搭建的仿真原理图如图2.6所示。图2.6 ADS系统仿真原理图上图中Voutl输出为调制信号波形;Vout6输出为VCO调频信号波形;Vout3为拟回波信号:Vout4输出为混频后信号;Vout5输出为经过滤波后的差频信号。设定延时器的时间可以模拟不同距离时的回波信号，延时时间越长则探测距离越远。分别设定延时时间为20ns，40ns，60ns，则根据S=Ct/2可以算出探测的距离分别为3m、6m、9m，仿真后的波形图如图2.4.2.2、图2.4.2.3和图2.4.
34、2.4所示。 a) t=2Ons时的差频信号 b)t=20ns时的差频信号频谱图2.7 探测距离为3m时的差频信号由仿真结果可以看出，当探测距离为3m时200KHz信号幅度最大;当探测距离为6m时400KHz信号幅度最大;当探测距离为gm时60OKHz信号幅度最大。但是由于回波信号幅度随距离的增大而减小，因此在实际的信号处理电路中需要考虑对差频加增幅信号，然后利用差频信号各次谐波的幅度关系进行测距。 a)t=40ns时的差频信号 b)t=40ns时的差频信号频谱图图2.8 探测距离为6m时的差频信号a)t=60ns时的差频信号 b)t=60ns时的差频信号频谱图图2.9 探测距离为9m时的差频
35、信号对仿真的结果进行分析，可以得出以下结论:(l)差频信号在时域是连续的，并且存在不规则区域。(2)差频信号的频域是离散的，并且差频的频谱分量是调制信号频率的整数倍。(3)当探测距离由近及远时，差频信号频谱幅度的最大值所对应的频率由低次谐波向高次谐波变化。2.5 本章小结本章介绍了线性调频定距引信的工作原理，并对三角波线性调频信号及其差频信号在时域与频域的理论进行了理论分析，得出了探测距离R与差频 fi 的关系式，给出了三角波线性调频信号的参数选择的标准及其具体参数。并对测距误差产生的原因进行了定性与定量讨论。3自差收发机工作原理及振荡电路分析3.1自差收发机原理 自差收发机是一个自激振荡器，在接收时是一个非自治的振荡系统。由于自差收发体制具有线路简单，结构紧凑，只需一个天线(没有收发天线隔离问题)，因此特别适用于主动型无线电引信等对体积、重量要求比较苛刻的近程目标探测装置中。无线电引信自差收发机是由同一个电路和同一副天线同时完成无线电信号发射和接收的系统；无线电引信自差收发机电路，实质上是一个带有收发天线和检波电路的LC电容三点式自激振荡器，其核心部分就是