捷變頻頻蹤是捷變頻雷達的核心分系統(tǒng)，本文提出了一種專門針對捷變頻頻蹤測試的一種新方法，該方法不但實現(xiàn)了捷變頻頻蹤參數(shù)的自動測量，還解決了捷變頻點駐留時間、頻率偏差，跳頻頻率集、換頻時間等以往不容易測試的項目。是一種高效、創(chuàng)新的、更有信心的測量方法。

1 引言

同固定頻率工作的雷達相比較,捷變頻雷達在探測性能和抗干擾性能上都有明顯提高。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭電磁環(huán)境變得越來越復(fù)雜，捷變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于雷達系統(tǒng)和導(dǎo)彈末制導(dǎo)系統(tǒng)中，捷變頻體制所具有的抗干擾能力強、抑制雜波能力強、提高目標(biāo)分辨能力等特點，在雷達制導(dǎo)中具有很強的優(yōu)勢。

由于捷變頻雷達的相鄰發(fā)射脈沖的載頻在一個很大的范圍內(nèi)以很高的速度跳變,因此,要模擬產(chǎn)生捷變頻雷達的模擬目標(biāo)回波信號和模擬電子干擾信號在技術(shù)上有相當(dāng)?shù)碾y度,這也成了制約對捷變頻雷達進行性能測試的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的測試方法都是使雷達工作在鎖頻(固定頻率)狀態(tài)下對其進行測試。但雷達導(dǎo)引頭在鎖頻狀態(tài)下的工作性能并不能真實反映其在捷變頻狀態(tài)下的工作性能,甚至有些技術(shù)性能是無法在鎖頻狀態(tài)下進行測試的。常規(guī)方法在定頻模式下，對點頻測試，用頻譜儀和定頻信號源進行測試。這種方法不能反應(yīng)雷達在捷變狀態(tài)下的真實性能，且測試過程繁雜、周期長。但是要實現(xiàn)捷變頻雷達的動態(tài)測量，就要求測試設(shè)備具有模擬雷達頻率捷變狀態(tài)下的測試功能，因此，要完成完整的捷變頻雷達測試需要動態(tài)、寬帶的信號分析儀進行信號采集并有專門的軟件進行分析。

2 捷變頻頻蹤概述

頻綜（Frequency synthesizer），又叫頻率綜合器、頻率源，是有一個雷達“心臟”之稱的分系統(tǒng)。他的主要功能是產(chǎn)生電子系統(tǒng)需要的各種形式的頻率信號，比如產(chǎn)生單一頻點連續(xù)波、跳頻信號、步進頻率信號、線性調(diào)頻信號、非線性調(diào)頻信號、IQ調(diào)制信號等各種各樣電子系統(tǒng)所需要的信號形式。頻綜一般是根據(jù)整個系統(tǒng)的要求選用一個高穩(wěn)定的振蕩器，以此振蕩器為基準(zhǔn)通過采用分頻、倍頻、混頻、功率放大等手段產(chǎn)生系統(tǒng)需要的各種頻率信號，目前采用的技術(shù)主要有PLL、DDS、梳狀譜產(chǎn)生、鎖相介質(zhì)振蕩器、開關(guān)濾波組件、低噪聲放大等。

目前捷變頻頻蹤技術(shù)從其合成方法上基本可以分成三類：一種是模擬直接式（ADS），二是間接式（IS）,它用鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)產(chǎn)生各種需要的合成頻率；三是數(shù)字直接合成式(DDS)。三種方法各有特點，技術(shù)方法不同，頻綜的實現(xiàn)方案和電路結(jié)構(gòu), 以及體積、 成本、 功耗差別很大。 單從跳頻速度分析直接式比間接式具有很大優(yōu)勢。 另一方面, 如前面所述現(xiàn)代化高性能雷達系統(tǒng), 對頻綜各項技術(shù)性能均提出很高要求。例如: 動目標(biāo)顯示、 脈沖多普勒雷達, 為提高在強雜波背景下的動目標(biāo)檢測性能, 要求全相參頻綜具有極低的相位噪聲、 雜散和很高的穩(wěn)定性。 捷變頻高性能頻綜技術(shù)是雷達系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一, 在工程應(yīng)用的設(shè)計和研制中需要考慮各項技術(shù)性能, 對技術(shù)方法、 實現(xiàn)方案、 采用電路進行優(yōu)化。當(dāng)前能夠產(chǎn)生捷變頻速度最快的方式是采用DDS的方法，可以實現(xiàn)幾到幾百納秒的時間切換。本文就以DDS頻蹤為例來闡述捷變頻頻蹤的特點。 DDS是Direct Digital Frequency Synthesis（直接數(shù)字頻率合成器）的簡稱。通常將DDS視為第三代頻率合成技術(shù)，它突破了前兩種頻率合成法的原理，從“相位”的概念出發(fā)進行頻率合成。 隨著高速D/A和微電子技術(shù)的發(fā)展，DDS所能達到的頻率越來越高，無雜散動態(tài)范圍（SFDR）越來越大。DDS的基本原理如圖1所示。

圖1 DDS基本原理圖

DDS的主要組成部分是累加器、波形存儲器ROM和D/A轉(zhuǎn)換器。累加器和波形存儲器的位數(shù)決定了DDS的最小步進和由相位截斷誤差所引入的雜散，而D/A轉(zhuǎn)換器的性能則是對SFDR有著非常大的影響。這里我們以ADI公司的捷變頻器件AD9858為例， DDS的輸出頻率f0和時鐘頻率fc的關(guān)系為：

（1）

其中K為頻率調(diào)諧字（Frequency Tuning Word），N為相位累加器位數(shù)。
AD9858當(dāng)使用1000MHz時鐘信號時，最小步進頻率為：

（2）

由此可見，通過改變K可以方便的實現(xiàn)輸出頻率的變化，理論上DDS的跳頻是即時的，跳頻時間由數(shù)字器件的響應(yīng)幅度決定，目前可以做到幾個ns。

頻綜的主要技術(shù)指標(biāo)有輸出信號的功率、輸出信號的帶寬、輸出信號的相位噪聲、輸出信號的雜散電平以及其他一些指標(biāo)，捷變頻頻蹤的跳頻時間、線性調(diào)頻頻蹤的調(diào)頻線性度等。針對捷變頻頻蹤而言，關(guān)注的指標(biāo)有如下：

捷變頻信號的雜散

捷變頻信號的相位噪聲

捷變頻信號的頻率切換時間

捷變頻頻點的頻率穩(wěn)定度

捷變頻頻點的駐留時間

捷變頻頻率集

捷變頻頻率數(shù)

捷變頻頻點的功率

捷變頻頻點的頻率偏差

對于頻蹤的研發(fā)和測試來說，將被測項目精確、快速、方便的進行測試，是提高系統(tǒng)完成進度的重要保障。

3 捷變頻頻蹤自動測試方法

R&S公司的實時信號與頻譜分析儀FSW提供了一種簡便的捷變頻頻蹤測試方法。FSW提供了高達500MHz分析帶寬和67GHz的頻率測試范圍，K60是基于FSW硬件平臺的一個軟件，該軟件是專門針對捷變頻頻蹤測試所開發(fā)的,其創(chuàng)新點在于該儀器配合軟件可以自動跟蹤捷變頻的頻率變化和相位變化，并自動識別每個捷變頻點，對于傳統(tǒng)信號分析儀來說，是無法自動識別捷變頻的頻率變化的，尤其是當(dāng)信號頻率不在頻譜儀的中心頻率的時候，就無法正確分析信號的時頻變化了。按照捷變頻信號的特點，該軟件進行了信號的描述如圖2所示：

圖2 捷變頻信號圖示及測試項目

按照圖2所示的測試項目定義，F(xiàn)SW可以自動對捷變頻信號的這些測試項目進行測量。

這里以一個10個捷變頻點10萬跳頻速率頻蹤信號為例，圖3顯示的是捷變頻頻蹤的實時頻譜圖，借助FSW的實時頻譜功能，可以清楚的觀測跳頻信號的跳頻頻率集和那些常規(guī)測試手段難以發(fā)現(xiàn)的捷變頻頻蹤中的瞬態(tài)雜散和泄露問題。圖3中的下方紅色標(biāo)注的位置，可以看到本鎮(zhèn)泄露信號，因為是大信號下面的小信號，所以常規(guī)頻譜儀無法方便的看到。

圖3 FSW顯示捷變頻的實時頻譜

經(jīng)過對信號的初步觀測，就可以借助FSW的K60選件進行捷變頻指標(biāo)的方便測試了，圖4是K60選件的測試起始界面，界面上可以實現(xiàn)多窗口顯示，按照圖上所顯示的，其中包括頻譜圖、頻率對時間趨勢圖、三維頻譜圖、每個捷變頻點的頻率偏差、測試項目表。其中測試項目表是把被測信號的所有要測試的指標(biāo)按照表格的方式進行匯總。

圖4 K60 測試界面

圖4中的每個窗口都可以獨立放大，也可以添加其他的測試窗口。比如對測試項目表放大后的圖示如下圖5：

圖5 K60自動測試結(jié)果顯示

圖5中顯示了單次采集測試的結(jié)果，采集的長度是2ms, 該儀器支持的內(nèi)存分析達到1G個樣點，根據(jù)不同的帶寬和采樣率可以實現(xiàn)不同的測試時長，如測試帶寬100MHz的情況下，最長可以采集3.3s的信號進行分析。從表格中的測試項目上可以看到該捷變頻頻蹤的一些特性，測試結(jié)果如下：

跳頻點狀態(tài)（state Index）:一共10個隨機頻點。

每個跳頻點的時間（Hop Begin）:每個跳頻點的起始時間，第一個點的測試結(jié)果為17.16us

駐留時間（Dwell Time）:每個跳頻點的駐留時間，測試結(jié)果為99.728us。

頻率切換時間（Switching Time）:從一個頻率到另外一個頻率的切換時間，如頻率1切換到頻率4的時間是232ns。

平均頻率（Avg Frequency）:每個捷變頻點和載頻偏差精確頻率。如第一個點的頻率和載頻的頻率偏差36MHz。

狀態(tài)偏差（Hop state Deviation）:每個捷變頻點和理想捷變頻頻率的偏差。如第一個點的測試值是93Hz。

頻率偏差最大值（Frequency Deviation Peak）:每個捷變頻點在該點頻率的穩(wěn)定度偏差的最大值。如第一個捷變頻點的偏差是273.418KHz。

頻率偏差有效值（Frequency Deviation RMS）: 每個捷變頻點在該點頻率的穩(wěn)定度偏差的最大值。如第一個捷變頻點的偏差是10.188KHz。

頻率偏差平均值（Frequency Deviation Avg）: 每個捷變頻點在該點頻率的穩(wěn)定度偏差的最大值。如第一個捷變頻點的偏差是41Hz。

平均功率（Average Power）:每個捷變頻點的功率值。第一個點的功率為-1.181dBm。

可以看出，通過K60選件對捷變頻信號進行自動測量，不但精度高，而且可以大大提高測試效率。

4 結(jié)束語

以往對捷變頻頻蹤測試沒有一種便捷有效的方法，采用定頻方式去測量，不但無法真正模擬真實條件下的測試狀況，而且也給頻蹤的質(zhì)量帶來了性能的隱憂。借助R&S公司的FSW實時信號與頻譜分析儀的跳頻捷變頻測試套件K60，實現(xiàn)了對捷變頻頻蹤各個測試項目的全面的便捷性的測試方法，其具有創(chuàng)新的算法保證能夠自動識別頻率捷變，這大大提高了對捷變頻頻蹤性能指標(biāo)的信心，也大大提高了研發(fā)過程的工作效率。