雷達天線方向圖自動測試系統設計

信號采集程序包括幅度信號錄取程序和角度信號錄取程序，也就是A/D和軸角編碼器的啟動和數據輸出程序。采集的天線幅度信號存入外部數據存儲器;由于繪制方向圖和參數計算只需角度的變化量，不需要角度的絕對值，因此，角度數字信號不必像天線幅度信號一樣存放在存儲器中，而是用存儲器地址的后幾位來代表角度信號，即存放某一位置幅度信號的地址，就包含了該位置的角度信息。這樣處理既節省了存儲空問，又使數據處理大大簡化。

程序執行流程圖如圖4所示。

測量開始后，單片機根據軸角編碼器輸出的角度信號判斷天線轉過的角度是否為△α(相鄰兩數據點的角度間隔)，如果還沒有轉過△a，等待;如果已轉過 △a,CPU發出啟動A/D的指令，并將A/D轉換結果存入外部數據存儲器。這樣，在單片機控制下，天線每轉動△a錄取一次天線幅度信號。錄取結束后，進行數據校準、濾波處理和參數計算，最后繪制方向圖，打印方向圖參數。

天線方向圖參數包括主瓣寬度、副瓣電平和交叉點電平。由于天線幅度信號采用對數值，因此乘除法運算變成了加減法運算，使編程簡化。求解3個參數的關鍵是求出主瓣最大值點、第1副瓣最大值點和交叉點，找到這些點后再進行簡單的加減運算即可求出參數值。下面介紹數據處理程序中的測量放大器校正程序和消 毛刺程序。

3.2 測量放大器校正程序

測量放大器是該系統最主要的誤差源，是一個近似的對數放大器，為了得到與輸人信號對數成正比的輸出電壓，需對其進行校準。

本系統測量放大器的校正法是：用實驗方法測出整分貝點校準值對應的測量放大器輸出電壓值，制成電壓-分貝表存人程序存儲器，編制查表程序可得到與整分貝點校正值對應的輸出電壓值，非整分貝點的校正值由線性插值法求出。計算公式為：

式中：i=1，2，…Y為整分貝校正值;X為對應Y的輸出電壓值;y為位于yi-1與Yi之間的非整分貝校正值;x為對應y的輸出電壓值。

電壓-分貝表可通過下面的實驗獲得。實驗配置如圖5所示。

實驗步驟如下：

a)按圖5連接電路，打開電源，使儀器正常工作。

b)將精密衰減器調至0 dB，調整信號源衰減旋鈕，使A/D輸出接近滿量程。

c)增大精密衰減器的衰減量，每變化1 dB讀一次A/D輸出值，直到輸出為0。

d)以分貝值為地址(末幾位)，在EPROM中固化相對應的A/D輸出值。

圖6是由繪圖儀繪制的測量放大器的校準曲線。實驗表明，經校準后，測量放大器產生的誤差大大降低，但仍大于0.25 dB，信號較小時誤差接近0.5 dB。誤差產生的原因是校準時精密衰減器本身有0.1 dB的誤差，尤其是校準時的環境(溫、濕度等)與測量時不同造成的校準誤差影響更大。因此，實際中一般制作多個分貝-電壓表，應用于不同的實驗環境。

3.3 消除毛刺程序

由于電磁環境日趨復雜、惡劣，測試現場存在很多電磁干擾。出現最頻繁的是脈沖干擾，在繪出的方向圖中表現為一個個小毛刺。這些毛刺給數據處理帶來很大麻煩，如果不予消除，可能引起測量誤差增大、參數計算出錯等現象。例如出現在主瓣上的毛刺會被誤判為副瓣，從而導致副瓣電平的計算出錯。

常用的消除毛刺方法有限幅濾波法、求算術平均值法、中值濾波法和一階滯后濾波法等。通過實驗驗證，限幅濾波法對測量中出現的毛刺的濾波效果最好。限幅濾波法是把兩次相鄰的采樣值相減，求出增量絕對值，然后與兩次采樣允許的最大差值△Y進行比較，如果不大于△Y，則認為本次數據有效，保留該數據;否則，取上點的數值作為本次數據。即

式中：K=1，2，…;X為采集數據;Y為濾波數據。

△Y的選取至關重要，過大和過小其濾波效果都不理想，需通過反復實驗獲得。

4 結束語

本文介紹了某雷達天線方向圖自動測試系統的軟硬件原理。用該系統進行實地測量，不計架設和通電準備時間，從信號錄取、數據處理到最后繪制方向圖、打印計算結果，整個測試過程不超過1.5 min。該系統具有精度高、測量速度高、性能穩定、價格低廉和適應環境能力強等特點，既適用于實驗室的測量，又適合在野外工作現場對天線進行在線測量。