雷達(dá)天線方向圖自動測試系統(tǒng)設(shè)計

標(biāo)簽：電磁干擾 脈沖干擾

0 引 言

天線是雷達(dá)的重要組成部分，天線方向圖的測試在雷達(dá)性能測試中占有極其重要的位置。早期人們采用手動法進(jìn)行方向圖測量，數(shù)據(jù)的錄取、方向圖的繪制以及參數(shù)的計算都是手工方式，操作復(fù)雜，工作量大，耗時長，精度低。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，天線方向圖自動測試逐漸取代了手動測量，實現(xiàn)了信號錄取、數(shù)據(jù)處理以及方向圖繪制的自動化，大大提高了測量速度和精度。本文介紹了一種雷達(dá)天線方向圖的自動化測量系統(tǒng)，分析了軟硬件結(jié)構(gòu)及原理。

1 方向圖自動測試原理及實驗配置

根據(jù)天線的互易性原理，將被測天線作為接收天線，固定的輻射天線作為發(fā)射天線，由發(fā)射天線發(fā)射電磁波，轉(zhuǎn)動被測天線進(jìn)行接收，測出被測范圍內(nèi)不同角度處的信號電平，便可得到被測天線的方向圖[1]。

方向圖的自動測量與手動測量原理相同，不同的是利用電子和計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理和方向圖繪制的自動化。圖1是某雷達(dá)天線方向圖自動測試的實驗配置。

方向圖的自動測量屬于動態(tài)測量。測量時被測天線連續(xù)轉(zhuǎn)動，并接收信號源通過喇叭天線發(fā)射的微波信號。接收信號送天線幅度信號采集電路，經(jīng)變換放大及 A/D轉(zhuǎn)換后送

給微機(jī)。天線轉(zhuǎn)動的同時，天線角度信號錄取裝置將天線位置轉(zhuǎn)換成角度數(shù)字信號送給微機(jī)。這樣就可以得到測量范圍內(nèi)每一位置的幅度信號電平，根據(jù)這組數(shù)據(jù)，微機(jī)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并由輸出裝置輸出計算結(jié)果。

2 硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)硬件包括微機(jī)控制部分、天線幅度信號錄取裝置、天線角度信號錄取裝置和繪圖儀。組成框圖如圖2所示。

2.1 微機(jī)控制電路

微機(jī)控制電路采用51系列單片機(jī)，由CPU、程序存儲器、外部數(shù)據(jù)存儲器和地址譯碼器等組成[2]。

2.2 天線幅度信號錄取裝置

幅度信號錄取裝置由測量放大器、采樣/保持電路s/H和A/D轉(zhuǎn)換電路組成。

天線接收的微波信號送至測量放大器，對微波信號進(jìn)行高頻檢波，輸出調(diào)制方波信號，然后進(jìn)行放大、檢波、濾波等處理，輸出一個幅度滿足要求、波形較好的直流信號。該信號經(jīng)采樣S/H后送到A/D，A/D在單片機(jī)控制下將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并存入外部數(shù)據(jù)存儲器，從而完成幅度信號的錄取。

測量放大器是該系統(tǒng)的信號變換放大電路，有較高的靈敏度、大的動態(tài)范圍、穩(wěn)定的工作特性和快的響應(yīng)速度。

S/H的選取原則是：如果在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號電平的變化小于1個LSB，可以不加S/H;否則，必須加S/H。下式是不加S/H時信號變化率應(yīng)滿足的關(guān)系：

式中：

關(guān)系式為信號變化率的絕對值;Vm為A/D的滿度電壓;n為A/D的位數(shù);T為A/D的轉(zhuǎn)換時間。 A/D芯片采用AD574，其參數(shù)為：Vm=10 V，n=12，T=25μs，代入式(1)得

關(guān)系式。雷達(dá)波束的最大變化率不小于10 V/(。)，天線轉(zhuǎn)速一般不小于2 r/min，信號電壓變化率不小于：10 ×(2 × 360/60)=120 V/s，超過極限值97.7 V/s，所以必須加S/H。

AD574具有量化誤差小(2.44 mV)、動態(tài)范圍大(72 dB)、轉(zhuǎn)換速度高(25μs)等優(yōu)點。

2.3 天線角度信號錄取裝置

天線角度信號的錄取由單片機(jī)控制軸角編碼器完成。軸角編碼器直接從天線傳動機(jī)構(gòu)的同步接收機(jī)三相繞組和激勵繞組上取信號，輸出12位角度數(shù)字信號。與一般角度編碼器相比，它采用跟蹤型閉環(huán)回路，具有跟蹤速度快、精度高等優(yōu)點，其原理見圖3。

同步機(jī)上三相繞組的電壓經(jīng)三相/二相變壓器得到兩相電壓V1和V2:

式中：υm為電壓幅值;ω為同步機(jī)繞組電壓的角頻率;θ為天線轉(zhuǎn)過的角度。

V1和V2在正余弦乘法器中分別與cosφ和sinφ相乘(cos φ和sinφ是正余弦函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的，φ為計數(shù)器的數(shù)字量)，然后在誤差放大器中進(jìn)行相減、放大得：

式中：k為誤差放大器的放大倍數(shù)。

該信號經(jīng)相敏檢波后輸出誤差信號θ-φ，再經(jīng)積分器積分后控制壓控振蕩器使θ-φ趨于0，此時可逆計數(shù)器輸出代表角度θ的數(shù)字量。

該軸角編碼器可輸出12位角度數(shù)字信號，具有很高的角度分辨力。從粗同步機(jī)上取信號時，最小可分辨角度為：6 000/212=1.46密位。為進(jìn)一步提高分辨力，從精同步機(jī)上取信號，由于粗、精轉(zhuǎn)速比為1:20，最小可分辨角可達(dá)到1.46/20=0.073密位。

采集間隔越小，測量精度越高，但最小采集間隔受天線轉(zhuǎn)動速度、A/D轉(zhuǎn)換時間和必要的數(shù)據(jù)處理時間的限制。本系統(tǒng)采用等角度間隔采集，采集間隔為23×0.073=0.58密位。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件構(gòu)成及執(zhí)行流程

系統(tǒng)的軟件由信號采集、數(shù)據(jù)處理和方向圖參數(shù)計算及繪圖3部分組成。