一種基于自動測量技術的STC數據產生方法

吳立豐 金森 郭建

摘要：靈敏度時間增益控制（STC）模塊是雷達接收機免受近程雜波干擾而過載的重要保護部件。針對模塊在應用中增益控制精度高的要求，提出了一種將計算機軟、硬件技術和儀器自動測量技術相結合產生高精度增益控制數據的方法。設計了增益控制數據可重構的STC模塊和輔助軟件，將STC模塊和運行輔助軟件的PC機、矢量網絡分析儀、高低溫箱組成閉環系統。通過輔助軟件自動控制，實現了不同溫度下增益控制量的自動采集、選擇、插值、重構和自動驗證結果等功能，使用此方法的STC模塊增益控制精度為±0.5 dB。結果表明，該方法具有自動化程度高及生成曲線誤差小等特點，與傳統生產方法相比，模塊生產效率提高了60 %。

關鍵詞：雷達；靈敏度時間增益控制；通用接口總線

中圖分類號：TP391.4文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）16-58-4

0引言

在雷達系統中，當監測目標距離雷達系統很近時，接收到的回波信號有可能引起信號失真和阻塞，降低接收機靈敏度[1]，甚至損壞接收機內部器件。在接收機前端使用STC是一種有效的解決辦法，可以實現遠目標高功率輸入和近目標低功率輸入，從而達到保護接收機的目的。此方法就是將現代計算機技術、數據接口技術和儀器測量技術的有機融合，利用研制的輔助軟件達到智能化生產高技術指標的STC數據的過程，將該數據下載到STC模塊中使用效果非常理想，模塊的交付速度顯著提高。

1硬件設計

雷達系統的STC模塊采用數字和模擬相結合的技術，實現接收通道的增益隨著時間（距離）呈現指數形變化，主要由距離計數器、EEPROM、D/A轉換器和電調衰減器組成，如圖1所示。

2軟件設計

2.1 STC軟件設計

STC軟件是基于Altera公司CPLD芯片EPM1270T144I5[6]，在Quartus II 10.1環境使用Verilog語言設計[7]開發的。軟件包括串并轉換、距離計數、溫度采集及存儲器控制等模塊，各軟件模塊實現單一功能，在開發效率、代碼可重用性、軟件的可擴展性及可維護性等方面具有明顯的優點，如圖3所示。

STC軟件串并轉化模塊實現外部控制數據由串行時序變為并行數據，這些數據通過存儲器控制模塊不僅實現存儲STC曲線D/A編碼，還可通過讀寫EEPROM同一地址實現D/A編碼的直接置值，從而找到擬合最佳衰減曲線的D/A編碼。STC軟件距離計數累加實際是EEPROM存儲地址的連續變化，通過存儲器控制模塊讀寫EEPROM連續變化地址的預存數據來實現擬合最佳衰減STC曲線的產生，其中溫度采集模塊用于采集STC模塊的實時溫度，補償不同溫度下的衰減STC曲線偏差。

2.2 PC機輔助軟件設計

產生STC數據的過程比較繁雜，人工操作效率非常低，需要設計一款PC機輔助軟件，用自動化的方式實現數據采集和存儲器EEPROM數據固化，用智能化方法來篩選數據和插值補償，要求PC機輔助軟件操作簡單、界面友好。基于Windows操作系統，使用Microsoft Visual C#2005開發工具和面向對象的編程方法來設計[8]是一個好的選擇，PC機輔助軟件主要封裝了主函數、數據處理窗體和儀器設備通信，以及矢量網絡分析儀、多線程、ini配置文件、并口控制等類，如圖4所示，分別使用C#類、動態鏈接庫及COM組件等形式進行代碼的封裝。

輔助軟件界面采用了MDI多文檔結構方式設計，方便調試人員進行數據比對，同時有利于測試對象的擴展，PC機輔助軟件界面如圖5所示。

3實驗過程及結果

3.1D/A編碼獲取和EEPROM數據存儲的實現

模塊擬合衰減曲線的逼真度，取決于高頻衰減器在衰減曲線對應時刻輸出衰減值的精度高低，即D/A輸出電壓的準確度，所以獲得高精度衰減值的過程也就轉換成獲得準確的D/A二進制編碼的過程，D/A二進制編碼的提取和EEPROM在線編程的過程如下：

①模塊使用CPLD實現距離計數，同時在CPLD內設計一個串行數據接口，按圖6的時序接收外部指令，執行數據存儲或直接數據鎖存輸出等操作，為編碼的提取提供硬件基礎。

②模塊需開發輔助軟件，通過計算機并口控制技術[9]按圖6的時序向模塊發送指令，控制D/A的輸出電壓，以此調節衰減器的衰減量。

③輔助軟件通過GPIB[10]或TCP/IP網絡接口和矢量網絡分析儀相連，采集矢量網絡分析儀上的當前衰減值[11]。

④輔助軟件按照×-公式篩選衰減量并存儲相應的D/A編碼。

⑤輔助軟件按照EEPROM數據格式產生數據，并通過串行數據接口按圖6的時序存儲數據到EEPROM中。

⑥為保證模塊的衰減精度，模塊配有DS18B20測溫芯片，自動對應不同溫度的衰減曲線，實現不同溫度下衰減曲線的補償。

⑦輔助軟件讀取測溫芯片溫度，采集不同溫度下的衰減量。

以上方案使用了計算機并口的輸出特點，實現I/O方式的控制方式，省去了測試設備的開發，節約了開發成本和時間。生產過程中利用向固定地址的EEPROM中寫D/A編碼，達到控制D/A輸出電壓的目的。

3.2自動化數據生成

要從大量D/A二進制編碼中提取到有效數據是一個耗時繁瑣的過程，為了提高模塊的生產效率和成品率，將整個系統設計成閉環方式，如圖7所示，一鍵啟動，不需要人工干預，從而避免人為因素的錯誤，具體實現方案如下：

①輔助軟件將一組特征D/A編碼通過并口發送給模塊，并根據采集到的衰減量和衰減趨勢檢驗STC衰減電路的正確性，篩選出合格模塊。

②輔助軟件中發送的D/A編碼起始值可設，無用編碼可一次性越過，有效減小采集時間。

③輔助軟件根據預先設定的溫度值，直接控制溫箱，不同溫度下的衰減值一次采集完成。

④輔助軟件根據預先設定方式自動選擇STC曲線。

⑤輔助軟件根據預先設定的存儲位置將數據通過并口下載到模塊的EEPROM中，實現存儲不同溫度下的曲線數據。

輔助軟件在數據生成過程中相當于人的中樞神經，指揮閉環系統中各個部分協調工作，具有智能化，最終下載的數據是經過軟件對模塊真實數據的采集和不斷逼近篩選出的，具有很高的精確度。

3.3實驗結果

使用基于自動測量技術產生STC控制數據的方法產生的數據下載到STC模塊中，實際衰減曲線如圖8所示，完全滿足STC曲線特性，擬合逼真程度很高。按照三溫（-40℃，25℃，50℃）采集D/A編碼并固化到EEPROM中，實驗結果是STC曲線衰減偏差在±0.5 dB之間，如果將溫度劃分更細進行D/A編碼采集和固化，曲線衰減偏差在±0.1 dB之間也不是問題，達到了模塊設計的預期目標，由于STC控制數據的產生使用了閉環、自動化的測量和智能化的篩選技術，測試人員干預很少，模塊生產效率提高了60%。

4結束語

基于自動測量技術產生STC數據的方法已經應用于多個型號的雷達接收前端中，有效改善了雷達接收機的動態范圍，部分模塊已定型批產，取得了良好的經濟效益，特別是數據產生無需調試人員的干預，從而實現了模塊數據的全自動產生，智能化程度高，交付速度顯著提高。

參考文獻

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