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多路相参转发的集成设计方法*

更新时间:2016-07-05

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相参转发体制在航天测控领域应用极为广泛,一般通过航天器上的应答机对地面雷达或中继卫星信号进行相参转发[1],实现多普勒测速[2-3]、脉冲测距或统一测控[4-10];也可将应答机用于地面,作为合成孔径雷达卫星的协作目标或干扰工具[11]。航天器轨道不同,应答机种类也不同[1],如箭载的C频段连续波应答机[2-3]、星载S频段测控应答机[4-7]、探测器用S/X/Ka频段应答机[8-9]等。国外产品主要用于卫星测控和深空探测,国内产品除此之外还用于火箭外弹道测量,以满足新一代高精度测量系统需求[2]。通过多路相参转发,可进一步提高精度及可靠性。

数字芯片的应用促进了软件无线电的发展,如今可通过数字锁相倍频简化本振的实现[10],利用带通采样提高接收机数字中频处理的范围[4,7],采用现场可编程门阵列等数字信号处理芯片实现复杂中频信号处理[2-10]并配合实现任意转发比的精确相参转发要求[2,12]

国内外现有S频段以上相参应答机一般采用两个以上的本振,以取得较好的镜频抑制和可处理的较低中频,未同时实现收发通道的一次变频,且多路相参转发均通过多个单路收发组合简单叠加,存在进一步整合的空间。

针对这些问题,本文提出一种面向整体的设计方法,对同一频段多路相近转发比的应答机需求,在本振合并、频率修正的基础上,采用数字中频拓展、通道共用的方法,省略传统的中频段变频过程,实现仅用一个本振、一次变频完成多路相参转发的功能,极大地精简频率流程。

2 相参转发方法

对于相参应答机,其接收频率fR与转发频率fT满足fT=ρ·fR的关系,其中ρ=M/N为转发比,是一个有理分数。相参应答机的实现方式有全相参及准相参两大类。

2.1 全相参转发

全相参方式是指应答机的转发信号、本振、中频全部满足与接收信号相参的关系,其典型频率流程如图1所示。

图1 全相参转发的典型频率流程框图(单路) Fig.1 Flow chart of pure coherent transponder(single channel)

中频锁相环可通过模拟或数字电路(时钟f0)实现。设fR>fT(反之类似,下同),两次变频以降低中频fI,取合适的倍数AB使

1)进行参数化设计,新型技术需要满足设计师对建筑信息的需求,BIM技术中应用到的软件可以将观察到的对象信息设计成整体的结构状态;

=ρ

(1)

则收发相参。该体制原理简单,但两个本振、两次变频无法简化,无法共用。

2.2 准相参转发

准相参方式是指引入固定晶振频率f0并通过频率流程设计消除其影响,使收发信号满足规定转发比从而实现收发相参的关系。

国外的深空应答机[9-10]收发一般通过2~3次变频实现,接收通道将多普勒频移fd代入本振以固定中频;发射通道将ρ·fd与本振逐次混频后输出,或在末级构建环路输出。该模式转发精度高,但实现复杂,同样不易扩展。

国内的相参应答机[2,4,7]常用另一种方法——直接按ρ转发中频信号,如图2所示。

图2 固定本振准相参的基本流程框图(单路) Fig.2 Flow chart of quasi-coherent transponder with fixed LO(single channel)

首先可从多路相近的转发比中选取较容易实现的一个有理分数,同时兼顾各路收发频率,使收发通道的一本振倍频次数能够通用,以满足式(8)。选取A值使收发中频fR-Af0Af0-fT分别位于A/D、D/A芯片的频率范围内,且BC取值较小。由于BC通过A/D采样和D/A恢复特性实现,每路取值可根据具体情况调整,以使得修正频率尽量小,即|ρi(A+Bi)-(A-Ci)|尽可能小。

最后,由于本研究样本量较小,团体辅导次数和时间较短,成员分享和人际互动不是特别充分.今后研究将进一步扩大样本量,并在实验设计上做部分调整,借鉴欧文·亚隆的无结构式团体咨询模式,尝试设计成半结构式的团辅形式,留出更多的自由讨论时间,促进成员间深入交流,深度觉察自身人际互动模式,从而改善人际关系,增强主观幸福感,提高团辅干预的外部效度.

fIR=±[fR-(A+B)f0],

(2)

fIT=±[fT-(D-C)f0],

(3)

fIT=ρ·fIR

(4)

中频频率fIRfIT为正,为使

fT=ρ·fR

(5)

只需在式(2)、(3)符号一致前提下满足

(6)

该体制通用性较强,便于进一步优化。

3 集成设计方法

3.1 单路转发简化

此时,实现单路转发只需一个本振、一次变频,转发比为

数据驱动中关于操作模式优化的定义:在允许的操作模式空间Ω中,寻找最优的操作模式Popt,在该操作模式的作用下,使得生产的工艺指标达到最优[13]。即:表示工艺指标。对于纸浆洗涤过程就是从过程的运行数据中挖掘出输入条件、状态参数、操作参数以及工艺指标之间的关系,并根据输入条件以及当前状态,寻找合适的操作参数。

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(7)

由于ρ一般接近于1,所以B明显小于A。利用利用模数转换(Analog to Digital,A/D)、数模转换(Digital to Analog,D/A)的相关特性,可对收发通道进一步简化。

对于式(6),若存在合适值使A=DB=C,则收发本振可共用,此时转发比为

ESP教学教师应既有专业素养,又能用流利的英语表达和分析专业知识。Dudley Evans和St.John(1998)指出一个合格ESP教师应扮演的五种角色:很高的英语水平的英语教师;可以更具需要设计课堂教学的课程设计者;能搞与专业教师与学生合作的合作者;随时关注本领域最新发展的研究者;根据学生学习情况进行分析和总结的测试评估者。对照国外ESP教师衡量标准,笔者认为现阶段国内ESP师资的短板主要表现在高水平教师和研究者这两种角色上。

弱非线性阶段, 在演化界面上应该满足边界条件: 速度连续和压力连续. 速度连续指的是沿流体界面法线方向流体速度和界面速度相等. 速度连续条件如下

发射通道中,利用D/A的包络特性,只需通过直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)生成发射信号fIT,就可得到nf0±fIT的镜像及高阶频率分量(见图3),从而拓展中频输出的频率范围,省去发射通道的一次上变频,并丰富本振倍频次数C的选择。

图3 利用D/A包络特性拓展中频输出范围 Fig.3 Expand IF output range by using D/A′s envelope feature

因此在时钟频率不变的情况下,数字处理频段可以拓展,其单路转发频率流程如图4所示。

图4 数字处理频段拓展后的频率流程图(单路) Fig.4 Flow chart of quasi-coherent transponder with wider DSP bandwidth(single channel)

可在本振共用的基础上拓展数字处理频段,对射频收发通道加以简化。

(8)

式中:BC为利用A/D、D/A特性等效实现的二本振倍频次数。

3.2 多路转发拓展

式(8)无法直接用于多路相参转发。当多路收发频率及转发比相近时,可在数字频率修正[2]的基础上共用合并通道,加以拓展和简化。

当图2的基本频率流程面对多路多种转发比时(设第i个收发通道的本振倍数为AiBiCiDi,转发比ρi,若将式(2)~(8)的本振倍频次数直接统一为ABCD,则式(5)难以满足。此时只需对式(4)的中频转发关系稍加修正[2],令

fITi=ρi·fIRi+fΔi

(9)

联立式(2)~(3)、(5)、(9),为使fTi=(D-C)f0+ρi[fRi-(A+B)f0]+fΔi=ρifRi,则

fΔi=[ρi(A+B)-(D-C)]f0

(10)

由于数字处理电路的所有频率均基于同一个时钟f0产生,因此式(9)与式(4)在相参特性上并无本质区别,但式(9)显著提高了转发方法的通用性。

接收通道中,利用带通采样可将nf0±fIR的信号转换为fIR,从而省去第二次下变频,并丰富等效二本振倍频次数B的取值。

在数字频率修正的基础上,多路相参转发的收发通道可以共用合并。采用单路转发简化的基本方法,统一本振倍频次数A,并将射频前端的多路收发通道分别合并,即可得到图5所示的多路转发频率流程图(以双路为例)。

图5 多路转发拓展后的频率流程图(双路示例) Fig.5 Flow chart of quasi-coherent transponder for multi-channel application(dual-channel for example)

图5中,每路中频收发信号分开滤波,以便提高单路的接收灵敏度、动态范围、发射杂波抑制等性能指标。若性能要求不高且位于同一个奈奎斯特通带,也可直接由中频数字电路处理转发,见4.1节分析。印制板布局增加金属隔腔以提高通道间的隔离度;数字电路对每路信号分别独立处理并采用正交复数乘法的方式降至零中频,以改善通道间的电磁兼容性。

考虑到A/D、D/A的频率范围(500 MHz以内较常见)以及滤波器的通带宽度(1%~10%较常见),建议类似,类似,以便于利用A/D、D/A的高阶区间并保证良好的收发隔离及对各中频信号的滤波效果。其中,表示各路收、发的射频、中频频率的均值,|ΔfRi|、|ΔfTi|表示各路射频接收信号频率的间隔及发射频率的间隔。

在现有体制下,信号相位直接由频率及初始相位决定,不存在同频状态下的相位翻转或跳变,因此相位精度也直接由频率精度决定。频率误差来源主要包括收发相参体制误差及中频数字量化误差。前者源于收发本振在收发不同时刻的瞬时相差,受晶振短稳指标影响。现有恒温晶振的10 ms短稳指标一般优于1×10-11。在环路跟踪状态下,该收发时间差在μs量级,瞬时相差及相应的频差相对后者可以忽略。因此主要分析中频数字量化误差。

4 关键参数选择

对于应答机频率流程的设计,关键参数包括本振倍频次数及晶振频率。常用的晶振频率一般不超过120 MHz,本振倍频次数一般不超过100。根据收发频段及指标需求,可先大致确定取值范围,再根据转发比、中频频率、组合频率干扰等因素具体确定取值。

4.1 本振倍数选择

已设fR>fT,为使流程结构便于简化,一般使fR>Af0fT<Df0,此时,

若多路接收或发射端的频率足够近(|ΔfRi|≤0.4f0,|ΔfTi|≤0.4f0),或A/D、D/A芯片的时钟频率足够高,则优先使各路接收中频fRi-Af0位于Bf0的同一侧,则各路发射中频Af0-fTi也会相应地位于Cf0的同一侧,即同一个奈奎斯特通带内。此时,可进一步减少中频滤波器的使用,反之则需对每一路中频信号进行单独滤波以实现较好的性能指标。

4.2 晶振频率选择

选定一本振倍数A及每路对应的BiCi后,可在适当的取值范围对f0的具体取值进行分析,比较不同取值下中频收发频率fIRifITi是否位于合理区间,高次谐波、镜像及组合频率是否会对各路收发通道的信号造成干扰,从而选出最优频率。具体可以通过编程搜索实现,建议满足以下条件:10 MHz≤fIRi,fITi≤0.4f0,以便于A/D采样,避免D/A输出频率与镜像和高阶分量距离过近,同时便于中频滤波器的实现。

5 特性分析比较

5.1 精度分析及测试比较

至此,多路相参转发的频率流程得以极大简化,可仅采用一个本振、一次变频实现。

3.ET-1抗体在家兔颈内动脉及基底动脉内皮细胞的表达:见图2。HBO脑缺血组ET-1抗体在颈内动脉内皮细胞呈重度表达,在脑缺血组及假手术组表达呈轻到中度表达(图2A、B、C1);HBO脑缺血组ET-1抗体在基底动脉内皮细胞的表达,抗体染色相对较浅(图2C2)。见图2。

设中频环路数控振荡器、数字转发比、数字频率修正量、DDS的位数依次为rxct,量值依次为nIRnρnΔnIT,误差比依次为εrεxεcεt,则中频输出的实际值fIT、理想值fIT0、频率误差eIT分别为

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中年人一愣,毕竟自己只是把盒子放在桌子上,又没开盖子,这人怎么知道这个里面装的是钱币呢?一般看到这么个精巧的盒子,都会认为装的是珠宝玉器吧。中年人也觉得事有蹊跷。

式中:|εt|<2-t,|εr|<2-r,|εx|<2-x,|εc|<2-c。忽略高阶项,可得

|eIT|<(2-r+2-x+2-c+2-t)f0

可见,频率误差eITrxct共同决定,单独提高某个量的位数或精度没有显著意义。以误差要求小于10°/s为例,设f0=100 MHz,各位数相等,则r=x=c=t>33.75,可统一选为34位以上,进一步提高位数可继续提高相位精度。需要注意的是,运算过程中难免遇到补位、截位等情况,应考虑具体方法的选用,确保最终误差符号的随机性,避免始终为正或为负,导致相位误差的显著累积及相位差的单调变化。

据此实现的双路相参转发产品实测瞬时相位变化、1 h累积相位变化、测速系统随机误差(与地面雷达对接试验结果)均优于传统模拟全相参方法实现的产品,测试结果比较见表1。

1 双路相参转发不同架构精度测试值比较 Tab.1 Precision comparison between different dual-channel coherent transponding structures

方法瞬时相位变化/(°)1h累积相位变化/(°)测速系统随机误差/(m·s-1)传统模拟方法5600.004集成设计方法4150.002

5.2 不同方法复杂度比较

N为相参转发架构通道数,等于转发比数量。可以通过主要元器件数量比较不同方法的复杂度,见表2,可见该集成设计方法可大幅减少各类主要元器件数量。在同样元器件集成度的基础上,根据集成设计方法实现的双路相参转发产品元器件数量比原有产品减少了60%。

2 多路相参转发不同架构主要元器件数量比较 Tab.2 Quantities comparison of main components among multi-channel coherent transponding structures

方法主要元器件数量/个接收前端混频器本振倍频器滤波器功放传统全相参方法N2N2N6NN传统准相参方法N4N4N6NN集成设计方法1212N+21

另外,图5所示的收发通道符合一般收发信机或通信产品的通用架构,具有普遍的适用性,可进一步提高集成度,且已有类似芯片可供选择。

我国银行对民众理财理念需要加强正确引导,银行理财作为为客户提供财务分析、财务规划、投资顾问、资产管理等专业化服务活动,发挥着重要的作用,针对客户需求进行多层次、多方向的投资服务,提升客户理财观念,积极为证券、保险、银行和客户提供合作平台,丰富国内企业和国民投资方式,为银行未来发展提供可靠帮助。随着近年来理财产品的迅速发展,理财业务成为商业银行利润的新增长点,合理评估产品风险,参考发达国家银行理财产品设计,重视健康理财产品的设计,为客户提供可靠的产品保障,为客户投资提供可靠的信用保障。

需要指出的是,该集成设计方法也有其不足之处,主要体现在以下两个方面:

(1)晶振频率需要根据具体收发频率的特点确定,无法固定,与数字全相参方式不同;

(2)合路发射时若输出功率要求较高,会因功放饱和放大导致多路信号的交调问题,在三路以上共用时会比较严重,需要考虑采用功放线性化技术,一定程度上增加了产品的复杂度。

6

在本振合并、频率修正的基础上,通过数字中频拓展、通道共用等方法,可以省略传统的中频段上、下变频过程,合并传统的多组独立的收发通道,从而用一个本振、一次变频,完成多路相参转发。通过对本振倍数、晶振频率等关键参数的选择,可以便捷地实现设计。分析及测试结果表明此方法可以实现足够的相位精度。此方法已成功应用于工程实践,实现了小型化、通用化设计;同时便于集成芯片的应用及收发通道的拓展,可作为类似收发信机的通用平台,具有广泛的适用性。

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李忞詝,杨振,郭恳平,叶雷
《电讯技术》 2018年第04期
《电讯技术》2018年第04期文献

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