相位相參，你知道嗎?

2017-08-11 by:CAE仿真在線來源:互聯網

相參(相干,coherent),在不同的系統中,相參含義不同。

相參,可以理解為多個脈沖或信號之間的確定相位關系,通過相關運算,可進行信號檢測,在偵查、識別等領域需要進行相參運算。在這種相參情況下,后續信號與第一個信號波形保持確定相位關系,但第一個信號波形的初始相位不必固定。

另一種情形,相控陣、MIMO等多通道系統中,多個輸出通道的輸出信號之間,相位關系確定可控。通過改變信號相位關系,實現波束合成、定位、測向等目的。

(1)構建相參系統的必要性

在多接收機系統(相控陣、無線通信)進行部署之前,需要進行校準并在真實信號環境中對其性能進行全面的評估,這些測試包括直接暴露在特定位置發射機的直射信號或折射信號之下。當系統采用一個接收機時,因為信號具有唯一的幅度、相位、頻率以及時間特性,接收機的性能很好評估。但測試多接收天線系統時,首先要求模擬器具備產生和發送多路不同特性信號(幅度、相位、頻率以及時間特性)的能力。

設計用于測試多接收機系統的模擬系統,必須具備產生多路相位相參信號的能力,通過控制每一路輸出信號的特征,并在測試中注入到每一個被測試天線的射頻或中頻部分。這些測試需要使用合成信號源,即信號源的每一路輸出信號都是經過嚴格控制,其相位、幅度、頻率和時間特性都是緊密相干。

多個非相干的信號發生器無法提供這種服務,因為它們的輸出信號不同而且是非受控的,用于激勵多接收機系統得到的結果會不準確,如用于雷達系統時,會導致定位失敗以及對目標向量的錯誤計算。

(2)多信道相參信號的產生

進行精確信號模擬的方法就是保證模擬仿真中使用的多臺信號發生器相位相參,使測試系統中所有信號源所發送信號的相位相關性完全受控。

在實際應用中,頻率參考、觸發、采樣時鐘等因素都會影響多通道信號的相參性,甚至連接線纜、信號的頻率以及設備使用環境的溫度都會對信號造成影響。因此,在產生多通道相參信號時,應該綜合考慮多種因素。

要保證多信道的相參,基本的解決方法有兩種,即保持相位的穩定和保持相位的相干。

相位的穩定性主要由器件的性能決定,如頻率參考、時鐘等。顯然,高性能的儀器比中低端的儀器更好,因為其能夠保證更低的相位噪聲、殘余調頻和相位偏移。采用相位穩定的方式解決相位相參問題,儀器的選擇就成為了至關重要的環節。目前,很多儀器都提供了各種選件類提升特定的性能,如低相位噪聲選件。同時,也可以使用更高性能的外部參考源來提升性能。

保持相位穩定可以在一定程度上減小信號相干誤差,但是由于各個器件的隨機性,這種方法并不是最佳選擇。相位相參便是解決這種隨機性的有效方法。

鎖定頻率參考是最簡單的一種保證相位相參的方法,做法是多臺信號發生器都鎖定到同一個參考頻率源上,這樣就可以在一定程度上保證多路輸出信號具有相同的頻率變化。如下圖所示,多臺信號發生器鎖定相同的10MHz頻率參考。

采用相同頻率參考的方式可以保證頻率相參,但是多信號發生器的相位相參性能受限。因為,不同的信號發生器中,采用不同的頻率合成部分,含有分離的內部振蕩器,從而造成各個信號發生器的相位噪聲差異,這些噪聲差異非相參。同時,信號發生器鎖相環路中,環路濾波器的帶寬和跟蹤性能不同,噪聲輸出信號的相位噪聲被進一步放大。