雷達天線(xiàn)方向圖自動(dòng)測試系統設計

標簽：電磁干擾 脈沖干擾

0 引 言

天線(xiàn)是雷達的重要組成部分，天線(xiàn)方向圖的測試在雷達性能測試中占有極其重要的位置。早期人們采用手動(dòng)法進(jìn)行方向圖測量，數據的錄取、方向圖的繪制以及參數的計算都是手工方式，操作復雜，工作量大，耗時(shí)長(cháng)，精度低。隨著(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，天線(xiàn)方向圖自動(dòng)測試逐漸取代了手動(dòng)測量，實(shí)現了信號錄取、數據處理以及方向圖繪制的自動(dòng)化，大大提高了測量速度和精度。本文介紹了一種雷達天線(xiàn)方向圖的自動(dòng)化測量系統，分析了軟硬件結構及原理。

1 方向圖自動(dòng)測試原理及實(shí)驗配置

根據天線(xiàn)的互易性原理，將被測天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)，固定的輻射天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)，由發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射電磁波，轉動(dòng)被測天線(xiàn)進(jìn)行接收，測出被測范圍內不同角度處的信號電平，便可得到被測天線(xiàn)的方向圖[1]。

方向圖的自動(dòng)測量與手動(dòng)測量原理相同，不同的是利用電子和計算機技術(shù)，實(shí)現了數據采集、處理和方向圖繪制的自動(dòng)化。圖1是某雷達天線(xiàn)方向圖自動(dòng)測試的實(shí)驗配置。

方向圖的自動(dòng)測量屬于動(dòng)態(tài)測量。測量時(shí)被測天線(xiàn)連續轉動(dòng)，并接收信號源通過(guò)喇叭天線(xiàn)發(fā)射的微波信號。接收信號送天線(xiàn)幅度信號采集電路，經(jīng)變換放大及 A/D轉換后送

給微機。天線(xiàn)轉動(dòng)的同時(shí)，天線(xiàn)角度信號錄取裝置將天線(xiàn)位置轉換成角度數字信號送給微機。這樣就可以得到測量范圍內每一位置的幅度信號電平，根據這組數據，微機就可以進(jìn)行數據處理并由輸出裝置輸出計算結果。

2 硬件電路設計

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

2.1 微機控制電路

微機控制電路采用51系列單片機，由CPU、程序存儲器、外部數據存儲器和地址譯碼器等組成[2]。

2.2 天線(xiàn)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轉換電路組成。

天線(xiàn)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，輸出調制方波信號，然后進(jìn)行放大、檢波、濾波等處理，輸出一個(gè)幅度滿(mǎn)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在單片機控制下將模擬信號轉換成數字信號，并存入外部數據存儲器，從而完成幅度信號的錄取。

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

S/H的選取原則是：如果在A(yíng)/D轉換期間輸入信號電平的變化小于1個(gè)LSB，可以不加S/H;否則，必須加S/H。下式是不加S/H時(shí)信號變化率應滿(mǎn)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(mǎn)度電壓;n為A/D的位數;T為A/D的轉換時(shí)間。 A/D芯片采用AD574，其參數為：Vm=10 V，n=12，T=25μs，代入式(1)得

關(guān)系式。雷達波束的最大變化率不小于10 V/(。)，天線(xiàn)轉速一般不小于2 r/min，信號電壓變化率不小于：10 ×(2 × 360/60)=120 V/s，超過(guò)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(dòng)態(tài)范圍大(72 dB)、轉換速度高(25μs)等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 天線(xiàn)角度信號錄取裝置

天線(xiàn)角度信號的錄取由單片機控制軸角編碼器完成。軸角編碼器直接從天線(xiàn)傳動(dòng)機構的同步接收機三相繞組和激勵繞組上取信號，輸出12位角度數字信號。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(diǎn)，其原理見(jiàn)圖3。

同步機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為同步機繞組電壓的角頻率;θ為天線(xiàn)轉過(guò)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是正余弦函數發(fā)生器產(chǎn)生的，φ為計數器的數字量)，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。

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(shí)可逆計數器輸出代表角度θ的數字量。

該軸角編碼器可輸出12位角度數字信號，具有很高的角度分辨力。從粗同步機上取信號時(shí)，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，從精同步機上取信號，由于粗、精轉速比為1:20，最小可分辨角可達到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(xiàn)轉動(dòng)速度、A/D轉換時(shí)間和必要的數據處理時(shí)間的限制。本系統采用等角度間隔采集，采集間隔為23×0.073=0.58密位。

3 軟件設計

3.1 軟件構成及執行流程

系統的軟件由信號采集、數據處理和方向圖參數計算及繪圖3部分組成。