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一种基于自动测量技术的STC数据产生方法

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吴立丰金森郭建

摘要：灵敏度时间增益控制（STC）模块是雷达接收机免受近程杂波干扰而过载的重要保护部件。针对模块在应用中增益控制精度高的要求，提出了一种将计算机软、硬件技术和仪器自动测量技术相结合产生高精度增益控制数据的方法。设计了增益控制数据可重构的STC模块和辅助软件，将STC模块和运行辅助软件的PC机、矢量网络分析仪、高低温箱组成闭环系统。通过辅助软件自动控制，实现了不同温度下增益控制量的自动采集、选择、插值、重构和自动验证结果等功能，使用此方法的STC模块增益控制精度为±0.5 dB。结果表明，该方法具有自动化程度高及生成曲线误差小等特点，与传统生产方法相比，模块生产效率提高了60 %。

关键词：雷达；灵敏度时间增益控制；通用接口总线

中图分类号：TP391.4文献标志码：A文章编号：1008-1739（2020）16-58-4

0引言

在雷达系统中，当监测目标距离雷达系统很近时，接收到的回波信号有可能引起信号失真和阻塞，降低接收机灵敏度[1]，甚至损坏接收机内部器件。在接收机前端使用STC是一种有效的解决办法，可以实现远目标高功率输入和近目标低功率输入，从而达到保护接收机的目的。此方法就是将现代计算机技术、数据接口技术和仪器测量技术的有机融合，利用研制的辅助软件达到智能化生产高技术指标的STC数据的过程，将该数据下载到STC模块中使用效果非常理想，模块的交付速度显著提高。

1硬件设计

雷达系统的STC模块采用数字和模拟相结合的技术，实现接收通道的增益随着时间（距离）呈现指数形变化，主要由距离计数器、EEPROM、D/A转换器和电调衰减器组成，如图1所示。

2软件设计

2.1 STC软件设计

STC软件是基于Altera公司CPLD芯片EPM1270T144I5[6]，在Quartus II 10.1环境使用Verilog语言设计[7]开发的。软件包括串并转换、距离计数、温度采集及存储器控制等模块，各软件模块实现单一功能，在开发效率、代码可重用性、软件的可扩展性及可维护性等方面具有明显的优点，如图3所示。

STC软件串并转化模块实现外部控制数据由串行时序变为并行数据，这些数据通过存储器控制模块不仅实现存储STC曲线D/A编码，还可通过读写EEPROM同一地址实现D/A编码的直接置值，从而找到拟合最佳衰减曲线的D/A编码。STC软件距离计数累加实际是EEPROM存储地址的连续变化，通过存储器控制模块读写EEPROM连续变化地址的预存数据来实现拟合最佳衰减STC曲线的产生，其中温度采集模块用于采集STC模块的实时温度，补偿不同温度下的衰减STC曲线偏差。

2.2 PC机辅助软件设计

产生STC数据的过程比较繁杂，人工操作效率非常低，需要设计一款PC机辅助软件，用自动化的方式实现数据采集和存储器EEPROM数据固化，用智能化方法来筛选数据和插值补偿，要求PC机辅助软件操作简单、界面友好。基于Windows操作系统，使用Microsoft Visual C#2005开发工具和面向对象的编程方法来设计[8]是一个好的选择，PC机辅助软件主要封装了主函数、数据处理窗体和仪器设备通信，以及矢量网络分析仪、多線程、ini配置文件、并口控制等类，如图4所示，分别使用C#类、动态链接库及COM组件等形式进行代码的封装。

辅助软件界面采用了MDI多文档结构方式设计，方便调试人员进行数据比对，同时有利于测试对象的扩展，PC机辅助软件界面如图5所示。

3实验过程及结果

3.1D/A编码获取和EEPROM数据存储的实现

模块拟合衰减曲线的逼真度，取决于高频衰减器在衰减曲线对应时刻输出衰减值的精度高低，即D/A输出电压的准确度，所以获得高精度衰减值的过程也就转换成获得准确的D/A二进制编码的过程，D/A二进制编码的提取和EEPROM在线编程的过程如下：

①模块使用CPLD实现距离计数，同时在CPLD内设计一个串行数据接口，按图6的时序接收外部指令，执行数据存储或直接数据锁存输出等操作，为编码的提取提供硬件基础。

②模块需开发辅助软件，通过计算机并口控制技术[9]按图6的时序向模块发送指令，控制D/A的输出电压，以此调节衰减器的衰减量。

③辅助软件通过GPIB[10]或TCP/IP网络接口和矢量网络分析仪相连，采集矢量网络分析仪上的当前衰减值[11]。

④辅助软件按照×-公式筛选衰减量并存储相应的D/A编码。

⑤輔助软件按照EEPROM数据格式产生数据，并通过串行数据接口按图6的时序存储数据到EEPROM中。

⑥为保证模块的衰减精度，模块配有DS18B20测温芯片，自动对应不同温度的衰减曲线，实现不同温度下衰减曲线的补偿。

⑦辅助软件读取测温芯片温度，采集不同温度下的衰减量。

以上方案使用了计算机并口的输出特点，实现I/O方式的控制方式，省去了测试设备的开发，节约了开发成本和时间。生产过程中利用向固定地址的EEPROM中写D/A编码，达到控制D/A输出电压的目的。

3.2自动化数据生成

要从大量D/A二进制编码中提取到有效数据是一个耗时繁琐的过程，为了提高模块的生产效率和成品率，将整个系统设计成闭环方式，如图7所示，一键启动，不需要人工干预，从而避免人为因素的错误，具体实现方案如下：

①辅助软件将一组特征D/A编码通过并口发送给模块，并根据采集到的衰减量和衰减趋势检验STC衰减电路的正确性，筛选出合格模块。

②辅助软件中发送的D/A编码起始值可设，无用编码可一次性越过，有效减小采集时间。

③辅助软件根据预先设定的温度值，直接控制温箱，不同温度下的衰减值一次采集完成。

④辅助软件根据预先设定方式自动选择STC曲线。

⑤辅助软件根据预先设定的存储位置将数据通过并口下载到模块的EEPROM中，实现存储不同温度下的曲线数据。

辅助软件在数据生成过程中相当于人的中枢神经，指挥闭环系统中各个部分协调工作，具有智能化，最终下载的数据是经过软件对模块真实数据的采集和不断逼近筛选出的，具有很高的精确度。

3.3实验结果

使用基于自动测量技术产生STC控制数据的方法产生的数据下载到STC模块中，实际衰减曲线如图8所示，完全满足STC曲线特性，拟合逼真程度很高。按照三温（-40℃，25℃，50℃）采集D/A编码并固化到EEPROM中，实验结果是STC曲线衰减偏差在±0.5 dB之间，如果将温度划分更细进行D/A编码采集和固化，曲线衰减偏差在±0.1 dB之间也不是问题，达到了模块设计的预期目标，由于STC控制数据的产生使用了闭环、自动化的测量和智能化的筛选技术，测试人员干预很少，模块生产效率提高了60%。

4结束语

基于自动测量技术产生STC数据的方法已经应用于多个型号的雷达接收前端中，有效改善了雷达接收机的动态范围，部分模块已定型批产，取得了良好的经济效益，特别是数据产生无需调试人员的干预，从而实现了模块数据的全自动产生，智能化程度高，交付速度显著提高。

参考文献

[1]戈稳.雷达接收机技术[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程：第2版[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]张明友.数字阵列雷达和软件化雷达[M].北京：电子工业出版社，2008.

[4]李培，周兴云，金亭姝.一种改进的雷达接收机灵敏度时间控制方法[J].数字技术与应用，2017（4）：10-11，14.

[5]葛福兰.一种精准数控STC设计方法[J].雷达与对抗，2006（4）：45-48，55.

[6]吴继华，蔡海宁，王诚.Altera FPGA/CPLD设计[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[7]刘福奇，刘波.Verilog HDL应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2009.

[8]罗斌，罗顺文.Visual C# 2005编程技巧大全[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

[9]罗德强.并口应用全接触[J].电子制作，2004（11）：29-32.

[10]李培元.LabVIEW下GPIB仪器网络测试研究[J].仪器仪表标准化与计量，2004（6）：17-19.

[11]欧阳三泰，周琴，谭梅.基于LabVIEW平台和GPIB接口的在线测控系统[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2006（2）：4-6.

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