雷達(dá)模擬器與雷達(dá)的接口電路設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁電壓用來(lái)作為峰值采樣的觸發(fā)信號(hào)。由于激磁電壓幅值大于單片機(jī)內(nèi)部比較器的驅(qū)動(dòng)電壓，利用二極管的限幅作用，將激磁電壓信號(hào)整形成近似方波信號(hào)，然后利用電阻對(duì)信號(hào)進(jìn)行分壓，確保采樣觸發(fā)信號(hào)在比較器能夠承受的外部驅(qū)動(dòng)電壓范圍(-0．25～+0．25 V)內(nèi)，電路如圖2所示。激磁信號(hào)在基準(zhǔn)信號(hào)形成電路的作用下生成基準(zhǔn)信號(hào)送單片機(jī)比較器的入口，比較器在基準(zhǔn)信號(hào)上升沿產(chǎn)生中斷，在中斷中使能單片機(jī)的A／D口，將軸角信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理過(guò)的天線(xiàn)方位角信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。在整個(gè)單片機(jī)程序控制下電路完成了雷達(dá)天線(xiàn)角度信息的數(shù)字化，并經(jīng)過(guò)串行通信電路傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/模擬器">模擬器控制主板。
1．2 雷達(dá)主脈沖信號(hào)采集電路
雷達(dá)系統(tǒng)中的定時(shí)控制系統(tǒng)提供雷達(dá)正常工作所需要的全部定時(shí)信號(hào)和各種控制信號(hào)，其中雷達(dá)主脈沖信號(hào)由系統(tǒng)的重復(fù)頻率控制電路形成，用來(lái)作為雷達(dá)總站及各分系統(tǒng)調(diào)試時(shí)的外同步信號(hào)。
模擬器控制主板的程序設(shè)計(jì)以雷達(dá)主脈沖作為回波數(shù)據(jù)計(jì)算與發(fā)送的時(shí)間基準(zhǔn)，以此來(lái)保證與雷達(dá)工作時(shí)序的同步。具體實(shí)現(xiàn)方式為將控制板主控芯片的一個(gè)雙向可編程標(biāo)志位管腳配置為輸入方式，且為中斷產(chǎn)生模式，連接到主脈沖采集電路的輸出端，并將其設(shè)置為上升沿中斷方式。該管腳在接收到雷達(dá)主脈沖信號(hào)的上升沿后立即產(chǎn)生中斷，當(dāng)判斷到有中斷產(chǎn)生，程序進(jìn)行雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的計(jì)算與發(fā)送。

由于雷達(dá)主脈沖幅度為-10 V左右的負(fù)向脈沖信號(hào)，而控制主板的I／O端口承受電壓為3．3 V左右，因此在將雷達(dá)主脈沖作為回波生成的時(shí)間基準(zhǔn)接到主板設(shè)置引腳之前，須對(duì)其進(jìn)行信號(hào)調(diào)理來(lái)實(shí)現(xiàn)降幅處理。針對(duì)雷達(dá)主脈沖信號(hào)設(shè)計(jì)的調(diào)理電路如圖3所示。當(dāng)輸入電壓為O V左右時(shí)，二極管D4，D5都截止，輸出電壓為電阻R9，R10對(duì)5 V電源的分壓，約為3．3 V。當(dāng)輸入電壓為-10 V時(shí)，二極管D5導(dǎo)通，輸出電壓為二極管D5的門(mén)限分壓，約為-O．7 V。
1．3 雷達(dá)錐掃基準(zhǔn)信號(hào)采集電路
磁耦合環(huán)在錐掃電機(jī)的帶動(dòng)下與基準(zhǔn)電壓發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，耦合圓波導(dǎo)內(nèi)的磁場(chǎng)，形成高頻調(diào)制差信號(hào)。在雷達(dá)自動(dòng)跟蹤目標(biāo)時(shí)，若天線(xiàn)電軸偏離目標(biāo)方向，就會(huì)產(chǎn)生誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)為交流信號(hào)，其頻率與饋線(xiàn)系統(tǒng)的低頻調(diào)制頻率相同?；鶞?zhǔn)電壓發(fā)電機(jī)輸出的錐掃基準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)用作相敏檢波器的電壓基準(zhǔn)，對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行檢波。檢出的角誤差電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)天線(xiàn)跟蹤目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。

雷達(dá)在實(shí)際工作過(guò)程中，可能在任意時(shí)刻接收到目標(biāo)回波。因此，若要模擬雷達(dá)復(fù)合差信號(hào)△，必須要確定每一個(gè)回波相對(duì)于錐掃基準(zhǔn)信號(hào)的相位。通過(guò)設(shè)計(jì)錐掃基準(zhǔn)信號(hào)采集電路取出耦合環(huán)的相位零時(shí)刻，依此來(lái)確定每一個(gè)回波相對(duì)于錐掃基準(zhǔn)信號(hào)的相位。錐掃基準(zhǔn)信號(hào)采集電路原理圖如圖4所示。電路選用電壓比較器芯片LM239D，3．3 V電源供電，采用二極管對(duì)輸入錐掃基準(zhǔn)信號(hào)限幅整形。電路的輸出為3．3 V方波信號(hào)，周期與輸入信號(hào)相同，認(rèn)為方波上升沿為錐掃基準(zhǔn)信號(hào)的相位零點(diǎn)。錐掃基準(zhǔn)信號(hào)采集電路輸出的方波信號(hào)接入到控制主板定時(shí)器0，將其設(shè)置為輸入管腳，使用其脈寬計(jì)數(shù)及捕獲模式對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
1．4 雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作頻率的采集電路
雷達(dá)模擬器控制主板根據(jù)上位機(jī)設(shè)定的目標(biāo)模型、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和雷達(dá)所處復(fù)雜電磁環(huán)境進(jìn)行建模，實(shí)時(shí)計(jì)算出視頻段回波信號(hào)，該回波信號(hào)經(jīng)數(shù)字上變頻處理得到兩路中頻段的雷達(dá)回波信號(hào)，再經(jīng)射頻組件調(diào)制到射頻頻段，經(jīng)過(guò)天線(xiàn)輻射出去。因?yàn)槔走_(dá)模擬器最終生成的模擬回波信號(hào)在射頻頻段，所以射頻組件在設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮雷達(dá)實(shí)際發(fā)射和接收的一系列過(guò)程，確保生成的模擬回波信號(hào)在雷達(dá)的接收機(jī)帶寬內(nèi)，并且能夠隨著雷達(dá)跳頻組合頻率的改變而改變，還要使雷達(dá)在每一時(shí)刻的工作頻率能在上位機(jī)顯示系統(tǒng)顯示。