基于自適應(yīng)技術(shù)的雷達(dá)頻率控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：自適應(yīng)雷達(dá)頻率控制系統(tǒng)是針對(duì)有源壓制性干擾的重要抗干擾措施。對(duì)該系統(tǒng)的工作原理、硬件組成及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。該控制器以單片機(jī)為核心，通過(guò)頻譜分析找出干擾最小的頻點(diǎn)，然后控制發(fā)射機(jī)以該頻點(diǎn)進(jìn)行工作，達(dá)到抗干擾的目的。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)；MCU；自適應(yīng)；抗干擾

0 引言
    在復(fù)雜干擾環(huán)境下抗干擾能力已成為雷達(dá)的重要性能之一。其中跳頻技術(shù)具有很強(qiáng)的抗有源干擾能力，它是指雷達(dá)發(fā)射相鄰脈沖或脈沖組的載頻在一定范圍內(nèi)快速變化。然而，由于其工作頻率是按某種特定的規(guī)律或無(wú)規(guī)律地變化，當(dāng)在敵方強(qiáng)烈的廣譜干擾下，跳頻的頻帶寬度是不可能超出干擾的頻帶寬度的。單純用跳頻措施對(duì)抗有源壓制干擾，其效果不理想。由于有源壓制干擾頻譜存在頻譜凹點(diǎn)和凹區(qū)，因此，具有確定最佳頻率或頻段的分析功能的雷達(dá)，即自適應(yīng)跳頻雷達(dá)，由于可以自適應(yīng)地在最佳頻點(diǎn)上以定頻工作，成為對(duì)抗廣譜干擾的利器。
    在此基礎(chǔ)上，本文根據(jù)雷達(dá)自適應(yīng)抗干擾技術(shù)理論，設(shè)計(jì)自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)，對(duì)某型雷達(dá)抗干擾措施進(jìn)行改進(jìn)。

1 雷達(dá)自適應(yīng)抗干擾原理
    雷達(dá)接收到的有源干擾信號(hào)的功率譜一般存在不均勻性，即在某些干擾的頻點(diǎn)或區(qū)域出現(xiàn)頻譜凹點(diǎn)或凹區(qū)，這個(gè)凹點(diǎn)或凹區(qū)產(chǎn)生的原因可能是干擾發(fā)射機(jī)自身的不完善、干擾發(fā)射天線的頻率響應(yīng)不均勻、電波傳播的多路徑效應(yīng)、雷達(dá)天線旁瓣的頻率特性等。
    雷達(dá)自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)重要技術(shù)就是具有對(duì)干擾信號(hào)頻譜進(jìn)行自動(dòng)分析、判斷干擾大小的功能，在復(fù)雜干擾情況下自動(dòng)選取干擾最小的頻率點(diǎn)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)。該系統(tǒng)是一個(gè)具有16個(gè)頻率點(diǎn)的火控雷達(dá)的自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)干擾頻譜特性選擇干擾最小的頻率點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射。系統(tǒng)體系框架如圖1所示。

    接收機(jī)帶寬被分為16個(gè)頻點(diǎn)。單片機(jī)控制壓控振蕩器從小到大按順序輸送出每個(gè)頻點(diǎn)的頻率，與干擾信號(hào)在混頻器混頻后，單片機(jī)對(duì)16個(gè)頻率點(diǎn)的差頻信號(hào)進(jìn)行采集分析，比較每個(gè)頻率點(diǎn)上的干擾大小，選擇出干擾最小的頻率點(diǎn)，然后單片機(jī)再控制壓控振蕩器在該頻率點(diǎn)發(fā)射而使干擾影響最小。
2 自適應(yīng)抗干擾頻率控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
    該控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，由頻譜分析模塊、模／數(shù)、數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片和壓控振蕩器組成。單片機(jī)接收頻譜分析模塊送出的信息，來(lái)判斷各頻點(diǎn)干擾大小，并給壓控振蕩器發(fā)出控制指令。頻譜采集分析模塊是高頻組件，在雷達(dá)定時(shí)測(cè)距組合協(xié)調(diào)下統(tǒng)一工作，負(fù)責(zé)干擾頻率的頻譜采集分析。壓控振蕩器接受單片機(jī)的指令，在干擾最小頻率點(diǎn)下進(jìn)行發(fā)射。
2．1 頻譜采集分析模塊組成及工作原理
    該型火控雷達(dá)的接收機(jī)同時(shí)也是一部干擾偵察接收機(jī)。對(duì)數(shù)放大器具有大的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍，是理想的干擾偵察接收機(jī)。利用兩路對(duì)數(shù)通道輸出的視頻信號(hào)相加之后提供給頻譜分析模塊，進(jìn)行干擾雜波強(qiáng)度分析。被檢測(cè)信號(hào)(頻率為fS)經(jīng)過(guò)調(diào)理和高頻放大后，輸入混頻器中和本振信號(hào)(頻率為fL)進(jìn)行混頻，獲得中頻信號(hào)f1=fL-fS；經(jīng)過(guò)前置中頻放大器和對(duì)數(shù)放大與檢波，得到一個(gè)和輸入信號(hào)幅值成正比的波形，經(jīng)放大后送到控制器內(nèi)的A／D采樣芯片上，供單片機(jī)進(jìn)行分析。如圖2所示。

    和一般的頻譜分析儀不同的是，這里的本振是一個(gè)電壓控制的數(shù)字本振，它可用一個(gè)D／A芯片和運(yùn)算放大器產(chǎn)生的電壓來(lái)調(diào)諧，使它的頻率在一定范圍內(nèi)做線性變化。該鋸齒波電壓來(lái)自單片機(jī)和D／A芯片組成信號(hào)調(diào)理電路。由于本振產(chǎn)生的頻率fL為16個(gè)離散量，而中放的頻率f1是固定的，因此被檢測(cè)信號(hào)中就有16個(gè)頻率量fL順序的變化到能滿足f1=fL-fS的那一瞬間通過(guò)中放，并被單片機(jī)順序采集。這樣就得到了所需要的信號(hào)頻譜值并使其與監(jiān)測(cè)的頻率值一一對(duì)應(yīng)。
2．2 控制模塊組成及其工作原理
    控制器硬件部分除包含了頻譜采集分析模塊，另外還有單片機(jī)系統(tǒng)及模／數(shù)轉(zhuǎn)換器件以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路，如圖3所示。

    單片機(jī)一次將頻率控制字N從0～16輸送給數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片D／A。芯片D／A將單片機(jī)送來(lái)的頻率控制字轉(zhuǎn)化為0～5 V的離散的16個(gè)直流電壓對(duì)應(yīng)于掃頻發(fā)生器輸出的鋸齒波電壓值，該電壓值的范圍剛好使數(shù)字本振的輸出頻率fL范圍對(duì)應(yīng)于接收機(jī)的帶寬。這就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)內(nèi)部0～16的頻率控制字與本振壓控振蕩器輸出頻率fL的一一對(duì)應(yīng)。
    單片機(jī)每輸出一個(gè)頻率控制字，頻率采集系統(tǒng)的本振就輸出對(duì)應(yīng)頻率，當(dāng)干擾噪聲信號(hào)幅度大于門限電壓時(shí)，被控制信號(hào)的波門選通，對(duì)已被選通的干擾噪聲脈沖計(jì)數(shù)，在相同的單位時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)值的大小，即說(shuō)明干擾噪聲的強(qiáng)弱(幅度和密度的綜合)，調(diào)整門限電壓能夠在干擾噪聲信號(hào)變化不大的情況下，區(qū)分出較弱的干擾噪聲信號(hào)。單片機(jī)控制電路如圖4所示。

3 控制器軟件設(shè)計(jì)
    當(dāng)某型火控雷達(dá)遇到寬帶壓制干擾后，可啟動(dòng)該控制器。如圖5所示，單片機(jī)通過(guò)數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片控制壓控振蕩器已預(yù)設(shè)的頻點(diǎn)工作，高頻組件將輸出對(duì)應(yīng)的干擾頻率的頻譜，單片機(jī)再通過(guò)模／數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)頻譜進(jìn)行采集。

    單片機(jī)控制壓控振蕩器依次工作在16個(gè)頻點(diǎn)上，并采集對(duì)應(yīng)的16個(gè)頻率點(diǎn)上的干擾噪聲值，并對(duì)噪聲大小進(jìn)行編碼。在采集的過(guò)程中，分析模塊將找出干擾噪聲碼最小的頻點(diǎn)。然后單片機(jī)對(duì)壓控振蕩器發(fā)出控制指令，使發(fā)射機(jī)工作在該頻點(diǎn)上。
    程序框圖如圖6所示。

    當(dāng)接收到控制面板上的自適應(yīng)跳頻指令后，單片機(jī)初始化，設(shè)置頻點(diǎn)控制字N=0，電壓幅值控制字V=0。然后啟動(dòng)D／A，控制壓控振蕩器開(kāi)始工作。單片機(jī)啟動(dòng)A／D，對(duì)干擾噪聲的噪聲進(jìn)行編碼，并將數(shù)值存入自己的累加器A。累加器A的數(shù)值與電壓幅值控制字V內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行比較，若A大，則V內(nèi)保留原數(shù)值不變；反之，若A小，則將A內(nèi)的數(shù)值賦給V，并將頻點(diǎn)N放在控制字N。內(nèi)保存。至此，一次采樣分析結(jié)束。然后判斷頻點(diǎn)N是否到達(dá)最高頻點(diǎn)16，若沒(méi)有，則返回繼續(xù)采集分析。否則，若到達(dá)最高頻點(diǎn)，表明單片機(jī)已經(jīng)完成了整個(gè)帶寬內(nèi)的干擾噪聲偵察，此時(shí)根據(jù)頻點(diǎn)控制字N。內(nèi)所記載的最小干擾譜的頻點(diǎn)，輸出相應(yīng)的控制指令，由單片機(jī)控制壓控振蕩器，使發(fā)射機(jī)工作在相應(yīng)的頻點(diǎn)上。

4 結(jié)語(yǔ)
    本文設(shè)計(jì)的雷達(dá)自適應(yīng)抗干擾頻率控制器是在雷達(dá)跳頻抗干擾技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的。所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)頻率控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，在某型火控雷達(dá)上改裝成本低，周期短，具有很高的實(shí)用價(jià)值。