賀博榮 段 飚

(西安導(dǎo)航技術(shù)研究所 西安 710068)

0 引言

雷達(dá)作為現(xiàn)代高科技技術(shù)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于艦載、機(jī)載及車載[1-4]，尤其在現(xiàn)代武器裝備中發(fā)揮著極其重要的作用。隨著我國海軍的強(qiáng)大與發(fā)展，我國艦載雷達(dá)發(fā)展迅猛，火控雷達(dá)在近程防御中因其測量精度高而倍受關(guān)注[5]。艦炮對海射擊時(shí)為保證射擊精度往往需要依據(jù)上次彈著點(diǎn)位置進(jìn)行誤差修正，而彈著點(diǎn)位置的測量通常需要火控雷達(dá)[6]來完成.當(dāng)火控雷達(dá)探測到目標(biāo)后，就要從目標(biāo)回波中提取有關(guān)信息，獲取目標(biāo)的距離和空間角?；鹂乩走_(dá)在跟蹤目標(biāo)的同時(shí)需要對彈著點(diǎn)的水柱進(jìn)行跟蹤才能確定炮彈的具體位置，以此來修正下次射擊的偏差量。因此，火控雷達(dá)對海跟蹤時(shí)水柱測量是炮彈校偏時(shí)極其重要的一項(xiàng)指標(biāo)，直接影響艦炮對海射擊的精度。跟蹤雷達(dá)作為火控系統(tǒng)的分系統(tǒng)，在單機(jī)調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)由于條件所限無法進(jìn)行真實(shí)水柱測量，而是使用其他外部設(shè)備模擬水柱信號來檢測雷達(dá)的水柱測量性能。在實(shí)際的測量中，往往需要使用脈沖信號源、微波信號源或中頻信號源、頻譜儀、連接線纜、功分器及調(diào)制器等。由于試驗(yàn)中使用的儀表繁多，操作方法繁瑣，在調(diào)試和交驗(yàn)時(shí)往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加之儀表操作不當(dāng)或調(diào)試人員儀表不熟悉時(shí)會耽誤很多時(shí)間。結(jié)合工作實(shí)際，我們設(shè)計(jì)出了一種便攜式模擬水柱信號發(fā)生器，它取代了水柱測量時(shí)使用的儀表和連接設(shè)備及電纜等，具有體積小、集成度高、操作簡單，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)備在雷達(dá)調(diào)試模擬水柱測量中作為模擬信號源性能得到驗(yàn)證，準(zhǔn)確產(chǎn)生了需要的水柱信號，在雷達(dá)整機(jī)測試中得到了預(yù)期的結(jié)果。

1 模擬水柱測量原理

試驗(yàn)中某型跟蹤雷達(dá)在對海工作方式下進(jìn)行兩種模式的模擬水柱測量，即手動水柱測量和自動水柱測量。手動水柱測量方式下，模擬水柱信號發(fā)生器(以下簡稱設(shè)備)產(chǎn)生手動水柱信號，送入雷達(dá)中頻接收機(jī)，此測量方式需火控臺配合?；鹂嘏_手動輸入距離和批次號，允許水柱測量。設(shè)置設(shè)備參數(shù)調(diào)整水柱信號的大小、寬度、延時(shí)，使其落在檢測波門內(nèi)。收到火控臺允許水柱測量指令后雷達(dá)操控臺上可觀測到水柱批號，數(shù)量等數(shù)據(jù)。自動水柱測量方式下，設(shè)備產(chǎn)生自動水柱信號送入雷達(dá)中頻接收機(jī)，設(shè)置設(shè)備參數(shù)調(diào)整水柱信號的大小、寬度、延時(shí)，使其落在檢測波門內(nèi)。雷達(dá)操控臺上設(shè)置虛擬水柱及允許水柱測量，水柱數(shù)量及距離自動顯示在操控臺上。

2 模擬水柱信號發(fā)生器的組成及工作原理

2.1 模擬水柱信號發(fā)生器的組成

該設(shè)備替代了某型跟蹤雷達(dá)水柱測量時(shí)所使用的儀表、連接設(shè)備及電纜，具有體積小、集成度高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備由電路和結(jié)構(gòu)兩部分組成，電路部分包括電路板和連接器，結(jié)構(gòu)部分由殼體和蓋板組成。設(shè)備實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 設(shè)備實(shí)物圖

圖1(a)為設(shè)備的外觀結(jié)構(gòu)俯視圖，最上面一排中S1～S11用來調(diào)節(jié)水柱信號的延時(shí)，S12，S13調(diào)節(jié)水柱信號的寬度；圖1(b)為設(shè)備電路板部分；圖1(c)為設(shè)備連接器部分。左側(cè)兩個(gè)黑色旋鈕用來調(diào)節(jié)水柱信號和雜波信號的大小，旋鈕分粗調(diào)和細(xì)調(diào)，最小量程1dB。S14備用，S15用于設(shè)備自檢。

2.2 模擬水柱信號發(fā)生器的工作原理

該設(shè)備原理框圖如圖2所示，所有雷達(dá)測試所需的信號均由設(shè)備本身產(chǎn)生，只需提供雷達(dá)的100M時(shí)鐘信號和外觸發(fā)信號。設(shè)備工作時(shí)100M時(shí)鐘信號由雷達(dá)提供，觸發(fā)脈沖也由雷達(dá)提供作為同步信號，自檢時(shí)100M時(shí)鐘信號由設(shè)備晶振CRY1產(chǎn)生 。水柱信號延時(shí)通過S1～S11來調(diào)整，S11為最小碼值，為1；S10碼值為2，以此類推S1為最大碼值，為1024；CPLD芯片使用25M計(jì)數(shù)，每個(gè)計(jì)數(shù)單元即為40ns，最大延時(shí)根據(jù)等比數(shù)列求和可算出為40ns×2048= 81.92μs，略小于對海重頻下的周期；當(dāng)對海重頻發(fā)生變化時(shí)可相應(yīng)改變計(jì)數(shù)單元來改變延時(shí)。水柱信號寬度通過S12，S13來調(diào)整，共4個(gè)檔位，即“S12S13”為“00”、“01”、“10”、“11”，分別對應(yīng)200ns，300ns，400ns和500ns。

圖2 模擬水柱信號發(fā)生器原理框圖

3 手動水柱信號的產(chǎn)生

CRY1晶振輸出100M模擬信號，經(jīng)過過零比較器D5整形后送到CPLD芯片D2中，送入D2中的100M信號四分頻產(chǎn)生25M信號，該信號作為時(shí)鐘信號來計(jì)數(shù)。外觸發(fā)脈沖作為同步信號送入D2芯片中，D2最終輸出延時(shí)、脈寬可調(diào)、與外觸發(fā)脈沖同步的信號T1。該T1信號作為調(diào)制信號送入集成STSP吸收式開關(guān)芯片D4中。 CRY2晶振產(chǎn)生的75M連續(xù)波信號經(jīng)過功分器D8分為二路，A路經(jīng)過衰減器D7輸入到D4芯片，經(jīng)過T1調(diào)制后的75M連續(xù)波信號通過D4芯片內(nèi)的控制開關(guān)輸出和T1寬度相同的75M調(diào)制信號，該75M調(diào)制信號經(jīng)過功分器D9輸出A路即為我們需要的手動水柱信號。

4 自動水柱信號的產(chǎn)生

CRY2晶振產(chǎn)生的75M連續(xù)波信號經(jīng)過功分器D8分為二路，B路經(jīng)過衰減器D6輸出作為雜波信號，雜波信號可通過衰減器調(diào)節(jié)大小。從功分器D9 B路輸出的信號(即手動水柱信號)和雜波信號經(jīng)過功分器合成輸出，即為自動水柱信號，SMA1～SMA7共7處通過SMA電纜連接。

5 試驗(yàn)情況

設(shè)備自檢時(shí)“外/內(nèi)100M”打到內(nèi)100M，外接外觸發(fā)，打開電源，調(diào)節(jié)延時(shí)和脈寬，旋轉(zhuǎn)黑色旋鈕D7可調(diào)節(jié)手動水柱信號大小，旋轉(zhuǎn)D6可調(diào)節(jié)自動水柱信號大小。圖3給出了 “S1S2…S11”為“11111111111”及“S1S2…S11”為 “01111111111”時(shí)設(shè)備產(chǎn)生的手動水柱信號延時(shí)實(shí)測值，分別為40.96μs和20.48μs。圖4為“S12S13”為“00”及“S12S13”為“11”時(shí)設(shè)備產(chǎn)生的手動水柱信號寬度實(shí)測值，分別為196ns和496ns。自動水柱信號實(shí)際上為手動水柱信號和雜波信號的耦合，在雷達(dá)調(diào)試中雜波信號往往很小，自動水柱信號與手動水柱信號的延時(shí)和寬度圖僅僅體現(xiàn)在波形基底上，實(shí)測值與圖4類似。雷達(dá)進(jìn)行模擬水柱檢測時(shí)“外/內(nèi)100M”打到“外100M”，將手動水柱信號或自動水柱信號接入雷達(dá)中頻接收機(jī)，設(shè)置操控臺參數(shù)，觀察水柱信號的數(shù)量和距離。在二種模擬水柱測量模式下我們觀察到了水柱數(shù)量和距離信息，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。

圖3 手動水柱信號延時(shí)實(shí)測圖

圖4 手動水柱信號寬度實(shí)測圖

6 結(jié)束語

本文結(jié)合工作實(shí)際設(shè)計(jì)了一種模擬水柱信號發(fā)生器，詳細(xì)介紹了設(shè)備的設(shè)計(jì)原理和使用方法，可替代傳統(tǒng)模擬水柱信號測量時(shí)儀表繁多、耗時(shí)耗力、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，節(jié)約了雷達(dá)的調(diào)試成本。該設(shè)備模擬產(chǎn)生了手動水柱信號和自動水柱信號，分別送入跟蹤雷達(dá)中頻接收機(jī)中，跟蹤雷達(dá)操控臺上在對海水柱測量模式下均成功檢測到了二種水柱信號的數(shù)量和距離信息，取得了預(yù)期的結(jié)果。該設(shè)備具有體積小、攜帶方便、操作簡單、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，在雷達(dá)調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)可作為自檢設(shè)備檢查雷達(dá)的工作狀態(tài)，有一定的推廣性。