基于電荷耦合器件的雷達視頻積累電路

摘要：電荷耦合器件是一種發(fā)展前景良好的金屬氧化物半導體(MOS)集成電路。該電路廣泛應用于彩色成像、信號處理等相關(guān)領(lǐng)域。文介紹一種用CCD32l型電荷藕合器件設計和實(shí)現的脈沖雷達視頻積累電路，目的在于探討使用該器件實(shí)現雷達視頻積累的可行性和實(shí)際效果。實(shí)踐證明，使用該器件實(shí)現雷達信號積累能有效地提高雷達的信噪比，改善雷達的檢測能力，達到增加雷達的發(fā)現概率和探測距離的目的。經(jīng)測試，使用該電路可使雷達信噪比可提高3．5dB。
關(guān)鍵詞：電荷耦合器件；信噪功率比；視頻積累；傳遞函數

O 引言
對于早期脈沖雷達的信號積累主要依靠顯示器余輝特性及雷達操縱員眼和腦的儲存能力來(lái)完成。由于這種積累加入了許多人為因素，對顯示器的余輝性能也提出了嚴格要求，而且積累效果也是因人而異。因此、近年來(lái)，隨著(zhù)大規模集成電路和高速微處理器的發(fā)展，在改造老雷達，充分發(fā)揮老雷達性能方面人們提出了許多可行的技術(shù)方案。雷達信號積累能有效地提高雷達的信噪比，改善雷達的檢測能力，達到增加雷達發(fā)現概率和探測距離的目的。雷達信號積累分為相干積累和非相干積累。相干積累是指雷達的發(fā)射和接收載頻有確定的相位關(guān)系，積累在中頻實(shí)現。非相干積累是指雷達的發(fā)射和接收載頻無(wú)確定的相位關(guān)系，積累在檢波后實(shí)現。早期的雷達大部分屬于非相干雷達，因此，對這類(lèi)雷達進(jìn)行信號積累應在檢波后，屬于視頻積累。視頻積累較中頻積累簡(jiǎn)單易行，在手段上可采用微處理器及軟件編程，也可以用電荷耦合器件及其電路來(lái)實(shí)現。本文介紹的用電荷耦合器件實(shí)現的視頻積累電路成本低廉，適合在中高檔雷達或改造老雷達上使用。

是噪聲功率提高了N倍。則積累后輸出電壓的信噪比為因此電壓信噪比改善為：信噪功率比提高了N倍。

2 設計方案
要實(shí)現雷達信號累積相加，一種簡(jiǎn)單的方案是把雷達的回波信號延遲一個(gè)雷達發(fā)射脈沖周期，與未經(jīng)延遲的回波信號依次相加，實(shí)現信號的積累。本方案采用的是一次遞歸型視頻積累電路，原理如圖1所示。由于延遲線(xiàn)是線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )，所以通過(guò)線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )的輸出y(t)是輸入x(t)和網(wǎng)絡(luò )脈沖響應h(t)的卷積，

(βl為反饋網(wǎng)絡(luò )增益，應小于1)
由傳遞函數可知，積累器是單極點(diǎn)系統，它在Z平面β1處有一極點(diǎn)，如圖2所示。由于Z=esTr，用S=jω代入傳遞函數得出積累器的頻率特性；

|H1(ω)|為最大值：當ωTr=(2n+1)π時(shí)，|H1(ω)|最小。頻率特性如圖3所示。因此，積累器實(shí)際上是一個(gè)線(xiàn)性梳狀濾波器。

3 CCD321型電荷耦合器件性能介紹
電荷藕荷器件CCD321是一種電予可變模擬延遲線(xiàn)，可完成電信號的延遲和暫存模擬信息，時(shí)間相關(guān)和增強信噪比。它由2個(gè)455位的移位寄存器A和B組成，根據需要，每個(gè)移位寄存器可單獨使用，也可串聯(lián)使用構成910位移位寄存器。每個(gè)移位寄存器都有自己的信號注入端、信號輸出端以及時(shí)鐘和采樣脈沖輸入端。該器件由單相時(shí)鐘驅動(dòng)，由采樣脈沖采集信號的輸入與輸出，因此，輸出信號在時(shí)間上是離散的，在幅度上是模擬的，具有數字信號與模擬信號的特點(diǎn)。該器件信號帶寬5MHZ，增益3―6dB，信噪比55―60dB，是用于采樣及信號處理的理想器件。它的引腳功能見(jiàn)表1，定時(shí)圖如圖4所示，電路圖如圖5所示。

4 視頻積累電路設計
圖6是用CCD321設計的視頻積累器電路原理圖。CCD32l的兩個(gè)移位寄存器A和B串聯(lián)使用構成910位移位寄存器。視頻信號經(jīng)910位移位寄存器后應延時(shí)一個(gè)雷達發(fā)射脈沖周期Tr。因此，移位時(shí)鐘和采樣脈沖頻率為在雷達發(fā)射脈沖頻率300Hz，發(fā)射脈沖寬度lOμs條件下，加在電荷耦合器件上的移位時(shí)鐘和采樣脈沖頻率為，f=910×300=273KH在發(fā)射脈沖寬度內采樣次數n=10×10-6×273×l03=273因此，在這個(gè)采樣頻率下采樣存儲信號滿(mǎn)足奈奎斯特采樣定理。圖中所示，由ICIA、ICIB、ICIC、IC2A、IC2B及石英晶體等組成轉移時(shí)鐘和采樣脈沖產(chǎn)生電路，TNI21為采樣脈沖整形電路。視頻檢波信號經(jīng)電壓跟隨器IC3A加到采樣保持電路。采樣保持電路由IC5及保持電容C1組成。采樣保持電路對輸入的視頻信號進(jìn)行采樣，使直通信號與被延時(shí)信號幅頻特性一致。經(jīng)IC5采樣后的信號送到加法器IC3B的一個(gè)輸入端。加法器的輸出分為兩路：一路送入CCD32l輸入端(3腳)進(jìn)行延時(shí)，經(jīng)910位延時(shí)后，從第15腳輸出，再經(jīng)W1和R6分壓后送入電壓跟隨器IC4A。電壓跟隨器的輸出將信號反饋到加法器的另一個(gè)輸入端，實(shí)現延時(shí)信號與未延時(shí)信號的相加。其中、W1和R6是確保反饋系數β1小于1而設置的。加法器的另一路輸出送到電壓跟隨器IC4B。該電壓跟隨器起隔離作用，其輸出即為視頻積累信號。

5 實(shí)驗中注意的問(wèn)題
(1)定做一只振蕩頻率f0=273KHz的石英晶體，且頻率穩定度要高。CCD32l第4腳、第12腳、第14腳的直流電壓要正確。Vcc采用+12V電源供電，轉移時(shí)鐘及采樣脈沖為T(mén)TL電平、波形要規整、否則采樣時(shí)漏電流較大、采樣“漏鐘”干擾不移消除。
(2)從雷達視頻檢波器輸出、視放輸入端斷開(kāi)電路，然后分別接入圖6所示的電路，輸入信號要確保小于1VP―P。
(3)電源電路要加去藕措施，紋波要小。數字地與模擬地要分開(kāi)設置，否則容易引起相互串擾。

6 結束語(yǔ)
用CCD321設計的雷達視頻積累電路可以提高雷達的信噪比，改善雷達的檢測能力和增加探測距離。經(jīng)測試，視頻檢波輸出信號為0．4V，噪聲為0．3V，信噪比為Si/Ni≈1．33。經(jīng)視頻積累電路后，輸出視頻信號為lV，噪聲為0．5V，信噪比為Soi／NoN≈2。因此信噪比提高了20(1g2一lgl．33)≈3．5db。