瞬時測頻( IFM) 是一種基於相位比較法的頻率測量方法 ,具有截獲機率高、覆蓋頻率範圍寬等優點,在現代電子戰中適用於電子情報偵察、雷達告警等。採用了 IFM 的偵察接收機被稱為瞬時測頻接收機 ,具有結構簡單 、靈敏度高 、偵查頻頻寬、解析度高等優點 ,廣泛套用於多種電子戰設備中。
基本介紹
- 中文名:瞬時測頻
- 外文名:instantaneousfrequency measurement
瞬時測頻工作原理
誤差來源
時間誤差 T 是由延遲線的物理特性所決定的。延遲線不是理想器件, 存在著實際中微波器件通常具有的一些特點, 如參數隨溫度 、濕度等周邊環境的變化而變化的特性等 ,使得延遲線在使用過程中產生一定的偏移, 從而導致實際使用中與理想狀態下的延遲時間存在誤差∆T 。可以通過將延遲線放置於恆溫槽中, 利用單片機進行溫度控制的方法減小因環境變化而導致的時間誤差。
在瞬時測頻中 ,相位誤差∆φ的來源較多 ,主要有 : 鑒相器元件性能與與理想狀態的偏差∆φ c , 因有限相位量化而導致的相位量化誤差 ∆φ q , 系統內部的噪聲導致的相位噪聲 ∆φ N , 同時到達信號造成的信號矢量相位的偏離∆φ i 。相位誤差的計算公式如下:2∆φ= ∆φ i 2 +∆φ q2 +∆φ N 2 +∆φ i2
實際工作中 ,由於使用環境的影響及器件自身工藝等原因 ,元器件特性與理想狀態存在一定的差距 ,使鑒相器在信號的相位與頻率相關聯過程中引入了相位誤差。這種誤差來源於元器件自身特性及自然因素,無法完全消除, 可以通過對器件的設計、製造工藝等進行改進來減小誤差 。通常情況下, 寬頻帶鑒相器的相位誤差在 10°~ 15° 左右 ,改進後的高質量寬頻帶鑒相器的相位誤差可小於 5° 。
相位量化誤差是由最小量化單位的寬度決定的 ,即相位解析度決定誤差值的大小 。相位最小單位寬度與量化的位數存在如下關係:∆φ=2π2n式中 : ∆φ為相位最小單位寬度( 也就是相位解析度); n 為量化位數 。2 位量化下的相位解析度為 90°, 3 位量化的相位解析度為 45°, 4 位量化的相位解析度為 22 . 5°。假設量化誤差是均勻分布的 ,可以得到量化誤差有效值 ∆φ q 與最小量化單位 ∆φ之間的關係為 :∆φq=∆φ2 3由公式計算可得 2 位量化下的量化誤差達到了 ∆φ q = 25 . 98°, 3 位的量化誤差減小到 ∆φ q =12 . 99°。因此可以通過提高量化數來減小相位量化誤 差 , 當量化 數達到 6 時 , ∆φ=5 . 6°, ∆φ q=1 . 6°, 相對於鑒相器的相位誤差已經可以忽略不計了 ,再提高量化器的比特數也就沒有什麼意義了 。
接收機的內部噪聲為高斯白噪聲 , 必然會引起被測信號矢量相位起伏 ,產生相位噪聲 。內部噪聲電平越高 , 產生的相位噪聲越大 。為抑制微波檢波器和視頻放大器產生的噪聲 , 在接收機前端增加低噪聲限幅放大器 ,可在一定程度上減小相位誤差 。
現在電子戰中電磁密度大 ,出現同時到達信號的機率相對很高 。瞬時測頻接收機是一種單脈衝測量設備 ,在這種電磁環境下會產生因同時到達信號而引起的測量誤差 ∆φ i 。對於瞬時測頻來說 , 同時到達信號有兩種情況 :( 1)2 個信號的脈衝前沿同時到達 。第 1 路信號與第 2 路信號的幅度大小比值決定了此類同時到達信號的頻率測量的誤差 , 當第 1 路信號的幅度遠大於第 2 路信號時 ,頻率誤差就可以不考慮了 。當 2 個同時到達信號為連續波時 , 情況相同 ,輸出頻率取決於同時到達的 2 個信號的幅度比 , 當輸入一路的幅度遠大於另一路時 ,測頻誤差相對較小 。同時到達的 2 個信號之間存在一定的時間差 。( 2)當瞬時測頻接收機採用多個鑒相器並聯的工作方式時 ,每個鑒相器的延遲時間 T 不相等 , 頻率編碼所需的時間取決於並聯的鑒相器中延遲時間T 最長的 1 個 。在編碼過程中 , 編碼電路對電平變化十分敏感 。如果在先到達的第 1 路信號編碼過程中 ,第 2 路信號的脈衝前沿到達 ,疊加的信號引起鑒相器輸出電平的變化 , 從而導致了編碼過程中的相位誤差 ∆φ i 。實驗證明 , 在該條件下 , 測量所得的信號頻率有可能正確 , 但是可靠性很低 。在 2 路信號重疊時 ,編碼後輸出頻率在一定程上取決於哪個頻率的信號幅度大 , 很難進行定量分析 。