一种单脉冲二次雷达接收通道幅相
一致性的调整方案
张 宇,张玉兴,赵宏飞
X
(电子科技大学电子工程学院,四川成都610054)
摘 要:对单脉冲二次雷达接收通道的幅相一致性进行了简要分析,并提出了一种利用CPLD闭环控制实现通道幅相一致性的方案。实验表明,该方案可行。关键词:单脉冲二次雷达;接收机;幅相一致;闭环控制;CPLD
中图分类号:TN851 文献标识码:A 文章编号:1009-0401(2004)03-0042-04
Areadjustmentplanonconsistencyofamplitudeandphaseof
thereceivingchannelformonopulsesecondaryradar
ZHANGYu,ZHANGYu-xing,ZHAOHong-fei
(TheCollegeofElectronicEngineering,UniversityofElectronicScienceand
TechnologyofChina,Chengdu610054,China)
Abstract:Theconsistencyofamplitudeandphaseofthereceivingchannelforthemonopulsesecondary
radarisbrieflyanalyzedinthispaper,andaprojecttocarryouttheconsistencyofamplitudeandphaseofthechannelbyusingCPLDclosedloopcontrolisproposed.Theexperimentshowstheprojectisfeasible.Keywords:monopulsesecondaryradar;receiver;consistencyofamplitudeandphase;closedloopcontrol;CPLD
1 引 言
单脉冲二次监视雷达(MonopulseSecondarySurvei-llanceRadar,MSSR)是空中交通管制(ATC)系统的基本组成设备,它相当于一部询问机,向空中发射询问信号,空中物体(飞机)收到询问信号后,自动作出应答,然后由地面接收机收到应答信号进行处理。MSSR除了具有一般雷达的定位、目标识别等功能外,其优越性在于不易受气象和地面物体的干扰,同时MSSR的每个应答脉冲都含有目标的方位角信息,可进一步提高定位精度。当飞机相互接近时,应答信号会产生混叠,而MSSR接收机通过综合利用多个通道应答信号的幅度和相位信息,可准确地解开这种混叠,保障了飞行安全。
在单脉冲雷达接收机中,既可利用其误差角输出
收稿日期:2004-05-20;修订日期:2004-05-31
作闭环控制,也可用于作目标偏离天线波束零点的开环指示。无论哪种情况,都需对和差通道接收机的输出电压作归一化处理,并用归一化的差波束斜率,将单脉冲角跟踪误差电压转化为目标偏离波束瞄准轴的角度。设目标所在方向的归一化差波束斜率为Km(V/V*波束宽度),则对比幅单脉冲雷达有[1]
vu=
1d(t)@cosH(波束宽度)Kms(t)
其中,vu为正弦坐标系的角偏移量,d(t)、s(t)为单脉冲比较器输出的差信号、和信号的幅度,H为差信号对和信号的相位差。若单脉冲比较器是理想的,则对于无干扰的点目标有H=0(或者P)。对于比相单脉冲雷达而言,只需将比较器输出的差信号移相90b,就可采用上述公式进行同样的分析。
在求目标偏离波束瞄准轴的角偏移量时,若和差
X
作者简介:张宇(1976-),男,重庆市人,电子科技大学电子工程学院硕士研究生,从事无线通信方面的研究。张 宇 等 一种单脉冲二次雷达接收通道幅相一致性的调整方案
通道接收机的幅相平衡,则对接收机输出信号的归一化与对单脉冲比较器输出的和差信号归一化等效。实际上,由于雷达工作频率、环境温度以及器件参数等原因,单脉冲和差通道是不平衡的,因而用接收机输出的和差信号归一化求角偏移量时,必然产生测角误差,所以必须对和差通道的幅相不平衡性进行校正,以满足一定的精度要求。
43
时从AD处看,系统通道的幅度误差已满足要求,从而实现了对工作期间通道幅度不一致的补偿,工作期间和,差幅度数字信号送DSP处理。控制流程如图2。
2 接收机通道幅相一致调整方法
单脉冲接收通道幅相一致调整可分为主动式幅相调整和被动式幅相调整两种方法。
所谓主动式幅相调整,即是用实验方法获得通道误差的修正系数,在主控台的控制下,将修正系数送入幅相调整电路进行调整,或者直接用数字处理方法进行修正。这种方法工作和控制都比较简单,但由于通道参数的离散性,以及温度特性的不一致性等原因,其调整精度较差,一般只用于比较简单的系统。在被动式幅相调整系统中,利用雷达监测系统在雷达监测周期内对接收机发生射频监测信号,得到经A/D变换后的数字信号,由计算机对送来的信号进行分析,并将误差数据转换成幅相调整控制码,送入幅相调整电路进行调整。如果调整后通道幅相一致性仍未达到指标要求,那么误差数据将被修正并再次送入幅相调整电路,直到满足要求为止。这是一种闭环控制方法,它无需事先确定接收通道的幅相变化模型参数,具有自适应性。比较适合现代雷达的要求。
3.2 相位校正模块原理
图2 控制流程图1 幅度校正模块原理
3 一种闭环幅相调整模块
本文研究了一种对幅度和相位可以进行独立调整的数控调整电路,它是基于上述的闭环控制原理,不同的是其控制功能不是用软件来实现,而是用硬件电路来完成,因此它除了具有软件的高精度特点外,还有响应速度快的优点,可实现实时控制。
实验结果表明,该模块可实现的幅度校正精度为0.5dB,相位校正精度为5b。
3.1 幅度校正模块原理
如图1,首先在雷达系统向接收机发送监测信号时,通过隔离缓冲级将两个通道输出的幅度信号送入A/D变换器,CPLD根据A/D送入的数值进行判断,并据此向两个通道输出相应的控制码。当两路信号幅度差小于要求的精度值时,CPLD锁定其输出控制码,此如图3所示,首先在雷达系统向接收机发送监测信号时,通过载波跟踪电路将两个通道的中频载波提取出来,再经过数字移相器将信号送入鉴相器,鉴相器对该两路中频载波信号进行鉴相,输出的模拟电压经A/D变换后送入CPLD,CPLD根据A/D送入的数值进行判断,并据此向两个通道输出相应的控制码。
图3 相位控制模块原理
44雷达与对抗 2004年 第3期
同的电路元件,其温度性能等离散性差异对A/D量化的影响也并不大,所以其幅度校正精度主要在于数控衰减器的步进精度。按现有器件水平,实现通道幅度校正精度0.5dB是可行的。
(2)相位校正模块
该模块误差同样主要来源于四个方面:A/D量化误差、数控移相器的误差、鉴相器的鉴相误差,和通道其它部件的离散性。
图4 控制流程
此处A/D量化误差应和鉴相器鉴相特性结合起来考虑,以AD8302为例,其鉴相特性为10mV/b,采用上述同样的8位A/D,由A/D量化误差引起的相位误差为
419mV=?0149b
10mV/b
实验方案中采用的8bit的数字移相器,其移相精
?
度为1.5b左右。
对于模块的其它部分,由于选用完全相同的电路元件,其温度性能等离散性差异对A/D量化的影响也并不大。
综合起来考虑,实现通道相位校正精度5b是可行的。
当两路信号相位差小于要求的精度值时,CPLD锁定其输出控制码,以实现对工作期间通道相位不一致的补偿,工作期间的角度偏移码送DSP处理。控制流程如图4。
上述方案中采用了数控移相器,如果出于成本考虑需要采用模拟移相器,则只需在CPLD输出控制码后加一级D/A即可。在系统每一工作周期之前,均可以发送监测信号对接收机通道进行校正,之后即可正常工作。可见,这种校正是闭环的,同时也是动态的。
4 误差分析
(1)幅度校正模块
该模块的误差主要来源于三部分:AD量化误差、数控衰减器的误差以及通道其它部件的离散性。其中AD的量化误差是很小的,相对通道其它部分而言,可以忽略不计。例如对于一个8位的A/D变换器,当参考电压为215V时,设输出电平幅度为u,其量化误差1vu为2LSB:
vu=
1215@U419mV2255
5 实测结果
本测试数据来源于某一实际MSSR接收机工程项目,其相关的主要性能指标要求如下:
ò工作频率:1090MHz
ò工作带宽:6~8MHzò动态范围:-92~-22dBm
ò校准信号频率:1090?1MHz
ò校准信号电平:-15dBm~-20dBmò校准信号幅度差:[0.5dBò校准信号相位差:[5b
ò输出幅度对数特性:1V/10dB
在测试中,使用的数字移相器为PTM_84B系列,移相范围0b~360b,最高位为180b,最低位1.4b。使用的数字衰减器为AT65-0107,调整范围0~31.5dB,步进0.5dB。
5.1 幅度特性测试指标(表1)
5.2 相位特性测试指标
测试中使用的鉴相器为AD8302,鉴相斜率为10mV/b,在输入标准同相信号时其输出为最大值。测出校正后鉴相器输出电压,并于加标准同相信号时测得的电压比较,即可大致判定通道的相位差。表2中
以dB为单位的量化误差为
vu20log(u?vu)-20logu=20log(1?)
u 显然,u越小,其相对dB误差越大。对于雷达接收机,一般要求正切灵敏度时输出信号电平不低于1V,应用上述8位A/D变换器得出的结果,其对应的正切灵敏度时的(最大)量化误差为
20log(1?vu)=20log(1?010049)
u1
U01042dB
可见,A/D量化产生的幅度误差很小,完全可以忽略不计。
对于幅度校正模块的其它部分,由于选用完全相张 宇 等 一种单脉冲二次雷达接收通道幅相一致性的调整方案
表1 幅度特性测试指标
输入信号功率(dBm)-92-72-52-32-22
v通道2.6254.556.558.559.55
校正前3.125.067.039.0610.08
输出视频信号电平(V)(校正以v通道为基准)E通道
校正后2.6334.576.548.559.57
校正前2.854.987.069.2610.17
M通道
校正后2.6204.536.568.569.57
幅度一致性(dB)(以v通道为基准)E通道0.080.20.100.2
45
M通道-0.05-0.20.10.10.2
注:上述数据为视频放大器输出端测试结果。
表2 相位特性测试指标
输入信号功率(dBm)-92-72-52-32-22
鉴相器(鉴相器鉴相特性:10mV/b)输出电压监测(V)(校正以v通道为基准)
E通道
标准同相信号
校正前
1.501.621.751.851.88
0.790.890.780.850.89
相位一致性(b)(以v通道为基准)
校正后1.471.581.711.831.85
E通道54.5422.5
最后一栏为使用矢网测得的结果。
由上述测试数据可见,本调整方案实现了该MSSR接收机幅度一致性0.5dB,相位一致性5(b)的要求。
足大多数的应用场合,对更好性能的幅相校正模块的研制也有一定的指导作用。
此外,由于该模块采用硬件控制方案,因而具有软件控制无可比拟的响应速度,测试表明,从输入控制信号开始到调整完成,整个过程所需时间小于0.5Ls。这对一些对速度有特殊要求的应用场合,是至关重要的。参考文献:
[1]SamuelM.Sherman.MonopulsePrinciplesandTech-niques[M].Dedham:MA.ArtechHouse,1989.
6 结束语
本文在对单脉冲雷达接收通道幅相一致性进行简要分析的基础上,实现了一种基于CPLD的闭环幅相
一致性调整电路模块,该模块具有较好的幅相控制特性,可实现幅度一致性0.5dB,相位一致性5(b),可满
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容