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导航雷达的调谐控制原理和流程

导航雷达的调谐控制原理和流程 雷海科技
2020-12-18
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导读:调谐是导航雷达的基本操作,文中对调谐的原理和工作流程进行了介绍,对为什么要调谐、如何判断调谐效果、调谐指示等方面给出了答案。

导航雷达主要工作X波段或S波段,频率非常高。从天线发射的功率微波经被测目标的反射回到接收天线,能够被拾取的有用信号非常微弱。除了使用高灵敏度的微波器件外,接收通道中的中心频率也起到很关键的作用,要使振荡频率与发射频率的差符合接收机中放的工作频率,达到最佳的输出信号。图1为雷达接收机的组成框图。

图1 雷达接收机组成框图

脉冲雷达一般由磁控管发射高功率电磁波,电磁波在空中进行传播并发生反射,一部分反射的电磁波被接收机接收,而接收机在接收回波信号时,需要同频段的本振信号进行混频,在通常情况下,如果磁控管性能一致性好、受环境影响小的话,只需要给出固定的本振信号即可,但是,磁控管属于消耗产品,随着使用时间的推移,磁控管发射的信号频点也会发生偏移,如果接收机本振频率保持不变,则接收到的信号波形会变得越来越差,尤其是对于使用一年以上的雷达系统来说,更无法满足用户的需求。为了解决磁控管的不稳定性,在接收机内需要加入可控的本振信号(图1的本机振荡器),而控制本振频率的操作就称之为调谐,在物理表征上,主要用来改变速调管的工作电压,从而改变速调管的振荡频率,这个电压就成为调谐电压。调谐系统类似于调频广播,不足或过度的本振频率都无法获得高质量的回波信号。

划重点:

调谐的根本原因是发射端磁控管信号频点的不稳定性造成,调谐工作在接收端。

前面已经提到,一般为了保证得到最强的回波,通常采用手动改变调谐值的方式使得射频前端单元混频出准确的中频频率以获得最佳的接收效果。但微波器件最佳调谐值会随着温度、电压等因素而变化,需要经常调整调谐值。因此,在导航雷达的操作画面或专用按键中,均有调谐旋钮,只不过这是一种手动操作,通常情况下,导航雷达也会提供自动调谐功能。

手动调谐是通过人为操作(调谐按钮或者界面改变调谐电压)改变天线的本振接收频率,达到高质量回波信号的目的,其调谐的依据是根据用户对显控终端显示的效果来判断。

自动调谐为信号处理系统自动调节天线的本振接收频率,其主要通过天线调谐指示信号或是自动检测回波质量来判断。自动检测回波质量依赖与信号处理和数据处理的反馈,更多的是软件处理,在此不再赘述,那么天线调谐指示信号是如何产生的呢

图2为自动调谐的组成框图,调谐指示不断调整调谐电压值,以达到最佳的调谐范围。在图2中,接收机接收到的高频信号同本振信号产生中频输出,同时,接收机会已知中频通道标准中心频率,通过一个比较器,来输出中频信号同标准中心频率之间的差异,这个输出,在物理上为电压指示,这个信号就称之为调谐指示,这个值越小越好。自动调谐的工作原理,就是定时采样调谐指示电压,并反馈调整调谐电压,形成一个闭环的自动调节系统,根据当前雷达输出的调谐指示电压自动调整调谐值来提高下次的回波质量,并达到实时控制调谐值和获得高质量回波的目的。

图2 自动调谐组成框图

雷海科技精卫全系列显控处理板(一代、二代、三代)可以通过模拟通道、串口、网络等多种形式接收雷达前端的调谐指示值和控制调谐电压值。在模拟通道,显控处理板通过FPGA控制DA和AD芯片,实现对调谐电压的控制和调谐指示电压的获取,流程图见图3。

         

图3 精卫系列板卡自动调谐流程图

通过大量的使用表明,显控处理板能够快速搜索最优调谐电压,启动阶段在2-3秒之内即可锁定最优调谐值,后续实时调整,减轻了操作员干预的工作量。

 


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