相位相参，你知道吗?

2017-08-11 by:CAE仿真在线来源:互联网

相参(相干,coherent),在不同的系统中,相参含义不同。

相参,可以理解为多个脉冲或信号之间的确定相位关系,通过相关运算,可进行信号检测,在侦查、识别等领域需要进行相参运算。在这种相参情况下,后续信号与第一个信号波形保持确定相位关系,但第一个信号波形的初始相位不必固定。

另一种情形,相控阵、MIMO等多通道系统中,多个输出通道的输出信号之间,相位关系确定可控。通过改变信号相位关系,实现波束合成、定位、测向等目的。

(1)构建相参系统的必要性

在多接收机系统(相控阵、无线通信)进行部署之前,需要进行校准并在真实信号环境中对其性能进行全面的评估,这些测试包括直接暴露在特定位置发射机的直射信号或折射信号之下。当系统采用一个接收机时,因为信号具有唯一的幅度、相位、频率以及时间特性,接收机的性能很好评估。但测试多接收天线系统时,首先要求模拟器具备产生和发送多路不同特性信号(幅度、相位、频率以及时间特性)的能力。

设计用于测试多接收机系统的模拟系统,必须具备产生多路相位相参信号的能力,通过控制每一路输出信号的特征,并在测试中注入到每一个被测试天线的射频或中频部分。这些测试需要使用合成信号源,即信号源的每一路输出信号都是经过严格控制,其相位、幅度、频率和时间特性都是紧密相干。

多个非相干的信号发生器无法提供这种服务,因为它们的输出信号不同而且是非受控的,用于激励多接收机系统得到的结果会不准确,如用于雷达系统时,会导致定位失败以及对目标向量的错误计算。

(2)多信道相参信号的产生

进行精确信号模拟的方法就是保证模拟仿真中使用的多台信号发生器相位相参,使测试系统中所有信号源所发送信号的相位相关性完全受控。

在实际应用中,频率参考、触发、采样时钟等因素都会影响多通道信号的相参性,甚至连接线缆、信号的频率以及设备使用环境的温度都会对信号造成影响。因此,在产生多通道相参信号时,应该综合考虑多种因素。

要保证多信道的相参,基本的解决方法有两种,即保持相位的稳定和保持相位的相干。

相位的稳定性主要由器件的性能决定,如频率参考、时钟等。显然,高性能的仪器比中低端的仪器更好,因为其能够保证更低的相位噪声、残余调频和相位偏移。采用相位稳定的方式解决相位相参问题,仪器的选择就成为了至关重要的环节。目前,很多仪器都提供了各种选件类提升特定的性能,如低相位噪声选件。同时,也可以使用更高性能的外部参考源来提升性能。

保持相位稳定可以在一定程度上减小信号相干误差,但是由于各个器件的随机性,这种方法并不是最佳选择。相位相参便是解决这种随机性的有效方法。

锁定频率参考是最简单的一种保证相位相参的方法,做法是多台信号发生器都锁定到同一个参考频率源上,这样就可以在一定程度上保证多路输出信号具有相同的频率变化。如下图所示,多台信号发生器锁定相同的10MHz频率参考。

采用相同频率参考的方式可以保证频率相参,但是多信号发生器的相位相参性能受限。因为,不同的信号发生器中,采用不同的频率合成部分,含有分离的内部振荡器,从而造成各个信号发生器的相位噪声差异,这些噪声差异非相参。同时,信号发生器锁相环路中,环路滤波器的带宽和跟踪性能不同,噪声输出信号的相位噪声被进一步放大。