雷達天線方向圖自動測試系統設計

標簽：電磁干擾 脈沖干擾

0 引 言

天線是雷達的重要組成部分，天線方向圖的測試在雷達性能測試中占有極其重要的位置。早期人們采用手動法進行方向圖測量，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，耗時長，精度低。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發展，天線方向圖自動測試逐漸取代了手動測量，實現了信號錄取、數據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天線方向圖的自動化測量系統，分析了軟硬件結構及原理。

1 方向圖自動測試原理及實驗配置

根據天線的互易性原理，將被測天線作為接收天線，固定的輻射天線作為發射天線，由發射天線發射電磁波，轉動被測天線進行接收，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技術，實現了數據采集、處理和方向圖繪制的自動化。圖1是某雷達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測量。測量時被測天線連續轉動，并接收信號源通過喇叭天線發射的微波信號。接收信號送天線幅度信號采集電路，經變換放大及 A/D轉換后送

給微機。天線轉動的同時，天線角度信號錄取裝置將天線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。

天線接收的微波信號送至測量放大器，對微波信號進行高頻檢波，輸出調制方波信號，然后進行放大、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、大的動態范圍、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/D轉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時信號變化率應滿足的關系：

式中：

關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;T為A/D的轉換時間。 A/D芯片采用AD574，其參數為：Vm=10 V，n=12，T=25μs，代入式(1)得

關系式。雷達波束的最大變化率不小于10 V/(。)，天線轉速一般不小于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)、動態范圍大(72 dB)、轉換速度高(25μs)等優點。

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控制軸角編碼器完成。軸角編碼器直接從天線傳動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，它采用跟蹤型閉環回路，具有跟蹤速度快、精度高等優點，其原理見圖3。

同步機上三相繞組的電壓經三相/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為天線轉過的角度。

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

式中：k為誤差放大器的放大倍數。

該信號經相敏檢波后輸出誤差信號θ-φ，再經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，最小可分辨角度為：6 000/212=1.46密位。為進一步提高分辨力，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轉動速度、A/D轉換時間和必要的數據處理時間的限制。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。