基于跟蹤雷達的模擬水柱信號發生器設計

賀博榮 段 飚

(西安導航技術研究所 西安 710068)

0 引言

雷達作為現代高科技技術系統廣泛應用于艦載、機載及車載[1-4]，尤其在現代武器裝備中發揮著極其重要的作用。隨著我國海軍的強大與發展，我國艦載雷達發展迅猛，火控雷達在近程防御中因其測量精度高而倍受關注[5]。艦炮對海射擊時為保證射擊精度往往需要依據上次彈著點位置進行誤差修正，而彈著點位置的測量通常需要火控雷達[6]來完成.當火控雷達探測到目標后，就要從目標回波中提取有關信息，獲取目標的距離和空間角。火控雷達在跟蹤目標的同時需要對彈著點的水柱進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，火控雷達對海跟蹤時水柱測量是炮彈校偏時極其重要的一項指標，直接影響艦炮對海射擊的精度。跟蹤雷達作為火控系統的分系統，在單機調試和系統聯調時由于條件所限無法進行真實水柱測量，而是使用其他外部設備模擬水柱信號來檢測雷達的水柱測量性能。在實際的測量中，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、功分器及調制器等。由于試驗中使用的儀表繁多，操作方法繁瑣，在調試和交驗時往往費時費力，加之儀表操作不當或調試人員儀表不熟悉時會耽誤很多時間。結合工作實際，我們設計出了一種便攜式模擬水柱信號發生器，它取代了水柱測量時使用的儀表和連接設備及電纜等，具有體積小、集成度高、操作簡單，攜帶方便等優點。該設備在雷達調試模擬水柱測量中作為模擬信號源性能得到驗證，準確產生了需要的水柱信號，在雷達整機測試中得到了預期的結果。

1 模擬水柱測量原理

試驗中某型跟蹤雷達在對海工作方式下進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，模擬水柱信號發生器(以下簡稱設備)產生手動水柱信號，送入雷達中頻接收機，此測量方式需火控臺配合。火控臺手動輸入距離和批次號，允許水柱測量。設置設備參數調整水柱信號的大小、寬度、延時，使其落在檢測波門內。收到火控臺允許水柱測量指令后雷達操控臺上可觀測到水柱批號，數量等數據。自動水柱測量方式下，設備產生自動水柱信號送入雷達中頻接收機，設置設備參數調整水柱信號的大小、寬度、延時，使其落在檢測波門內。雷達操控臺上設置虛擬水柱及允許水柱測量，水柱數量及距離自動顯示在操控臺上。

2 模擬水柱信號發生器的組成及工作原理

2.1 模擬水柱信號發生器的組成

該設備替代了某型跟蹤雷達水柱測量時所使用的儀表、連接設備及電纜，具有體積小、集成度高、操作簡單等優點。設備由電路和結構兩部分組成，電路部分包括電路板和連接器，結構部分由殼體和蓋板組成。設備實物圖如圖1所示。

圖1 設備實物圖

圖1(a)為設備的外觀結構俯視圖，最上面一排中S1～S11用來調節水柱信號的延時，S12，S13調節水柱信號的寬度；圖1(b)為設備電路板部分；圖1(c)為設備連接器部分。左側兩個黑色旋鈕用來調節水柱信號和雜波信號的大小，旋鈕分粗調和細調，最小量程1dB。S14備用，S15用于設備自檢。

2.2 模擬水柱信號發生器的工作原理

該設備原理框圖如圖2所示，所有雷達測試所需的信號均由設備本身產生，只需提供雷達的100M時鐘信號和外觸發信號。設備工作時100M時鐘信號由雷達提供，觸發脈沖也由雷達提供作為同步信號，自檢時100M時鐘信號由設備晶振CRY1產生 。水柱信號延時通過S1～S11來調整，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計數，每個計數單元即為40ns，最大延時根據等比數列求和可算出為40ns×2048= 81.92μs，略小于對海重頻下的周期；當對海重頻發生變化時可相應改變計數單元來改變延時。水柱信號寬度通過S12，S13來調整，共4個檔位，即“S12S13”為“00”、“01”、“10”、“11”，分別對應200ns，300ns，400ns和500ns。

圖2 模擬水柱信號發生器原理框圖

3 手動水柱信號的產生

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

4 自動水柱信號的產生

CRY2晶振產生的75M連續波信號經過功分器D8分為二路，B路經過衰減器D6輸出作為雜波信號，雜波信號可通過衰減器調節大小。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 試驗情況

設備自檢時“外/內100M”打到內100M，外接外觸發，打開電源，調節延時和脈寬，旋轉黑色旋鈕D7可調節手動水柱信號大小，旋轉D6可調節自動水柱信號大小。圖3給出了 “S1S2…S11”為“11111111111”及“S1S2…S11”為 “01111111111”時設備產生的手動水柱信號延時實測值，分別為40.96μs和20.48μs。圖4為“S12S13”為“00”及“S12S13”為“11”時設備產生的手動水柱信號寬度實測值，分別為196ns和496ns。自動水柱信號實際上為手動水柱信號和雜波信號的耦合，在雷達調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和寬度圖僅僅體現在波形基底上，實測值與圖4類似。雷達進行模擬水柱檢測時“外/內100M”打到“外100M”，將手動水柱信號或自動水柱信號接入雷達中頻接收機，設置操控臺參數，觀察水柱信號的數量和距離。在二種模擬水柱測量模式下我們觀察到了水柱數量和距離信息，達到了預期的結果。

圖3 手動水柱信號延時實測圖

圖4 手動水柱信號寬度實測圖

6 結束語

本文結合工作實際設計了一種模擬水柱信號發生器，詳細介紹了設備的設計原理和使用方法，可替代傳統模擬水柱信號測量時儀表繁多、耗時耗力、操作復雜等缺點，節約了雷達的調試成本。該設備模擬產生了手動水柱信號和自動水柱信號，分別送入跟蹤雷達中頻接收機中，跟蹤雷達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量和距離信息，取得了預期的結果。該設備具有體積小、攜帶方便、操作簡單、集成度高等優點，在雷達調試和系統聯調時可作為自檢設備檢查雷達的工作狀態，有一定的推廣性。