雷達(dá)天線方向圖自動測試系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)輸出程序。采集的天線幅度信號存入外部數(shù)據(jù)存儲器;由于繪制方向圖和參數(shù)計算只需角度的變化量，不需要角度的絕對值，因此，角度數(shù)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(jié)省了存儲空問，又使數(shù)據(jù)處理大大簡化。

程序執(zhí)行流程圖如圖4所示。

測量開始后，單片機根據(jù)軸角編碼器輸出的角度信號判斷天線轉(zhuǎn)過的角度是否為△α(相鄰兩數(shù)據(jù)點的角度間隔)，如果還沒有轉(zhuǎn)過△a，等待;如果已轉(zhuǎn)過 △a,CPU發(fā)出啟動A/D的指令，并將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存入外部數(shù)據(jù)存儲器。這樣，在單片機控制下，天線每轉(zhuǎn)動△a錄取一次天線幅度信號。錄取結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、濾波處理和參數(shù)計算，最后繪制方向圖，打印方向圖參數(shù)。

天線方向圖參數(shù)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(shù)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(shù)的關(guān)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(jìn)行簡單的加減運算即可求出參數(shù)值。下面介紹數(shù)據(jù)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(tǒng)最主要的誤差源，是一個近似的對數(shù)放大器，為了得到與輸人信號對數(shù)成正比的輸出電壓，需對其進(jìn)行校準(zhǔn)。

本系統(tǒng)測量放大器的校正法是：用實驗方法測出整分貝點校準(zhǔn)值對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(diào)至0 dB，調(diào)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(yīng)的A/D輸出值。

圖6是由繪圖儀繪制的測量放大器的校準(zhǔn)曲線。實驗表明，經(jīng)校準(zhǔn)后，測量放大器產(chǎn)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(chǎn)生的原因是校準(zhǔn)時精密衰減器本身有0.1 dB的誤差，尤其是校準(zhǔn)時的環(huán)境(溫、濕度等)與測量時不同造成的校準(zhǔn)誤差影響更大。因此，實際中一般制作多個分貝-電壓表，應(yīng)用于不同的實驗環(huán)境。

3.3 消除毛刺程序

由于電磁環(huán)境日趨復(fù)雜、惡劣，測試現(xiàn)場存在很多電磁干擾。出現(xiàn)最頻繁的是脈沖干擾，在繪出的方向圖中表現(xiàn)為一個個小毛刺。這些毛刺給數(shù)據(jù)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(shù)計算出錯等現(xiàn)象。例如出現(xiàn)在主瓣上的毛刺會被誤判為副瓣，從而導(dǎo)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(shù)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(xiàn)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(jìn)行比較，如果不大于△Y，則認(rèn)為本次數(shù)據(jù)有效，保留該數(shù)據(jù);否則，取上點的數(shù)值作為本次數(shù)據(jù)。即

式中：K=1，2，…;X為采集數(shù)據(jù);Y為濾波數(shù)據(jù)。

△Y的選取至關(guān)重要，過大和過小其濾波效果都不理想，需通過反復(fù)實驗獲得。

4 結(jié)束語

本文介紹了某雷達(dá)天線方向圖自動測試系統(tǒng)的軟硬件原理。用該系統(tǒng)進(jìn)行實地測量，不計架設(shè)和通電準(zhǔn)備時間，從信號錄取、數(shù)據(jù)處理到最后繪制方向圖、打印計算結(jié)果，整個測試過程不超過1.5 min。該系統(tǒng)具有精度高、測量速度高、性能穩(wěn)定、價格低廉和適應(yīng)環(huán)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(xiàn)場對天線進(jìn)行在線測量。