某型脈沖多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭功率優(yōu)化裝置分析

李朝華 程遠(yuǎn)方

摘要：功率優(yōu)化裝置是脈沖多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭的一個(gè)重要組成部分，本文對此進(jìn)行了詳細(xì)分析，制定了測試方法與要求。

關(guān)鍵詞：功率優(yōu)化;發(fā)射機(jī);導(dǎo)引頭

0 引言

某引進(jìn)導(dǎo)彈修理中經(jīng)常遇到發(fā)射機(jī)輸出功率較低的故障情況，具體表現(xiàn)為開發(fā)射機(jī)進(jìn)行測試時(shí)其功率指示電平小于規(guī)定值。發(fā)射機(jī)輸出功率較低將直接影響導(dǎo)引頭探測距離。某型導(dǎo)彈空戰(zhàn)過程如圖1所示。導(dǎo)彈發(fā)射后，當(dāng)達(dá)到主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭截獲距離、導(dǎo)彈中末制導(dǎo)交接班時(shí)，若發(fā)射機(jī)輸出功率較低，導(dǎo)引頭將無法在既定方位和距離捕獲目標(biāo)，中末制導(dǎo)交接班失敗，導(dǎo)彈無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引，無法按照預(yù)期毀傷目標(biāo)。

功率優(yōu)化裝置（見圖2）作為導(dǎo)引頭重要組件之一，負(fù)責(zé)在開發(fā)射機(jī)后對主控振蕩器輸送至速調(diào)管的小功率探測信號(hào)的功率控制電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，確保速調(diào)管輸出功率最大，保證導(dǎo)引頭探測功率與距離。

由于速調(diào)管具有非線性特性，在輸入輸出特性曲線上可能存在數(shù)個(gè)極大值點(diǎn)，如圖3所示，速調(diào)管輸入功率與輸出功率成非正比關(guān)系，在輸入功率為某一值時(shí)（可能不是最大值）輸出功率最大。

由于功率優(yōu)化裝置故障是導(dǎo)致發(fā)射機(jī)輸出功率低的重要原因，對該組件進(jìn)行了電路測繪，對其組成結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行分析，制定了組件測試方法與要求，指出了功率優(yōu)化存在的固有設(shè)計(jì)缺陷，并提出改進(jìn)方案。

1 功率優(yōu)化裝置工作流程

1.1 掃描階段

發(fā)射機(jī)開機(jī)后，導(dǎo)引頭計(jì)算機(jī)向功率優(yōu)化發(fā)送優(yōu)化開始信號(hào)，進(jìn)入掃描階段，此時(shí)功率優(yōu)化向主控振蕩器發(fā)送由10～OV線性掃描的小功率探測信號(hào)的功率控制電壓，同時(shí)讀取發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)，進(jìn)行均值計(jì)算與放大，生成功率指示電平，送導(dǎo)引頭計(jì)算機(jī)與自身使用。功率指示電平與2V門限值比較：當(dāng)功率指示電平小于等于該門限值時(shí)，持續(xù)向主控發(fā)送10～OV線性掃描的小功率探測信號(hào)的功率控制電壓進(jìn)行掃描控制;當(dāng)功率指示電平大于等于該門限值時(shí)，向?qū)б^計(jì)算機(jī)發(fā)送階段轉(zhuǎn)換信號(hào)，表示發(fā)射機(jī)已啟動(dòng)，且輸出功率已達(dá)到額定的最低功率值。此時(shí)功率優(yōu)化裝置轉(zhuǎn)入跟蹤階段。

1.2 跟蹤階段

在跟蹤階段中，功率優(yōu)化裝置按固定時(shí)間間隔讀取發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)，生成功率指示電平并鎖存，同時(shí)不斷將功率指示電平與鎖存值（上一時(shí)刻的功率指示電平）比較，根據(jù)比較結(jié)果以0.2V為步進(jìn)增大或減小向主控振蕩器發(fā)送小功率探測信號(hào)的功率控制電壓，達(dá)到動(dòng)態(tài)控制的效果。

2 功率優(yōu)化裝置組成結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 組成

功率優(yōu)化裝置由發(fā)射機(jī)功率采樣電路、基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻電路、功率指示電平與固定值比較電路、功率指示電平與上周期值比較電路、主控優(yōu)化電壓數(shù)字量形成電路、主控優(yōu)化電壓形成電路、裁決電路和基準(zhǔn)電壓電路等8部分組成，框圖見圖4。

2.2 發(fā)射機(jī)功率采樣電路

發(fā)射機(jī)功率采樣電路由2級運(yùn)放單元電路與1級模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，如圖5所示。前級運(yùn)放組成求均值電路，后級運(yùn)放組成低通濾波放大器，其直流放大倍數(shù)為k倍，最后接1級10位逐次逼近型ADC。發(fā)射機(jī)功率采樣電路用于將發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量及數(shù)字量的功率指示電平。ADC受基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻電路產(chǎn)生的時(shí)鐘控制，按固定時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換一次。

2.3 基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻電路

基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻電路由3個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)、若干門電路邏輯運(yùn)算組成，如圖6所示，功能是對來自同步器的頻率為f的功率優(yōu)化同步信號(hào)進(jìn)行分頻及邏輯處理，生成四個(gè)周期相同、脈寬相同、時(shí)序不同的單脈沖同步時(shí)鐘信號(hào)。

2.4 功率指示電平與固定值比較電路

由2個(gè)四位數(shù)值比較器級聯(lián)組成，如圖7所示。功能是將功率指示電平數(shù)字量與固定數(shù)字量門限值比較，如小于固定數(shù)字?jǐn)?shù)字量比較，如小于上時(shí)刻鎖存數(shù)字量則輸出高電平，大于等于上時(shí)刻鎖存數(shù)字量則輸出低電平，比較結(jié)果送至裁決電路。

2.6 主控優(yōu)化電壓數(shù)字量形成電路

由2個(gè)同步二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器組成，如圖9所示。以計(jì)算機(jī)輸出的功率優(yōu)化開始信號(hào)作為使能信號(hào)，以基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻電路產(chǎn)生的時(shí)鐘作為步進(jìn)時(shí)鐘，以裁決電路輸出的正/負(fù)向步進(jìn)標(biāo)志作為功率控制電壓數(shù)字量加減方向，從而動(dòng)態(tài)控制二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器步進(jìn)生成功率控制電壓的數(shù)字量。

2.7 主控優(yōu)化電壓形成電路

由DA芯片及5級運(yùn)放組成，如圖10所示，DA芯片與第1級運(yùn)放組成經(jīng)典的DA單元電路，第2級運(yùn)放組成二階低通濾波電路，第3級運(yùn)放構(gòu)成PWM發(fā)生電路，第4級運(yùn)放構(gòu)成脈寬調(diào)制電路，第5級運(yùn)放與基準(zhǔn)電壓組成壓控恒流源及濾波電路，將功率控制電壓數(shù)字量DA轉(zhuǎn)換后進(jìn)行PWM調(diào)制，生成功率控制電壓模擬量。

2.8 基準(zhǔn)電壓電路

由比較器、三極管、穩(wěn)壓管、電阻組成，構(gòu)成典型的串聯(lián)深度負(fù)反饋穩(wěn)壓電路，如圖11所示。將27V變?yōu)?5V作為電壓基準(zhǔn)，供功率控制電壓形成電路使用。

2.9 裁決電路

由2個(gè)J-K觸發(fā)器組成，如圖12所示，主要邏輯為：

1）當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送功率優(yōu)化開始信號(hào)前，J-K觸發(fā)器A的SET端為1，則Q端恒為1，向計(jì)算機(jī)發(fā)送的模式轉(zhuǎn)換信號(hào)（發(fā)射機(jī)輸出已達(dá)到額定的最低功率值標(biāo)志）為0。

2）當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送功率優(yōu)化開始信號(hào)后，J-K觸發(fā)器A的SET端為0，則Q端根據(jù)J-K端輸入（功率指示電平與固定值比較結(jié)果）情況輸出：當(dāng)功率指示電平小于固定值，則階段轉(zhuǎn)換信號(hào)為0;當(dāng)功率指示電平大于等于固定值，則跟蹤標(biāo)志為1，轉(zhuǎn)入跟蹤階段。

3）當(dāng)階段轉(zhuǎn)換信號(hào)為0，J-K觸發(fā)器B的SET端為1，則Q端恒為1，即功率控制電壓恒向正方向步進(jìn)，此時(shí)發(fā)送主控的優(yōu)化電壓一直按10～OV、10～OV周期性變化（類似鋸齒波）。

4）當(dāng)模式轉(zhuǎn)換信號(hào)為1，J-K觸發(fā)器B的SET端為0，則Q端根據(jù)J-K端輸入情況輸出：當(dāng)功率指示電平大于等于上周期數(shù)字量，則維持正/負(fù)向步進(jìn)標(biāo)志位邏輯電平，即功率控制電壓數(shù)字量步進(jìn)方向不改變;當(dāng)功率指示電平小于上時(shí)刻，則改變正/負(fù)向步進(jìn)標(biāo)志邏輯位電平，改變功率控制電壓數(shù)字量向反方向步進(jìn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制;若功率控制電壓數(shù)字量為11111111，同樣也改變正/負(fù)向步進(jìn)標(biāo)志位邏輯電平，即改變功率控制電壓數(shù)字量步進(jìn)方向。

3 功率優(yōu)化裝置測試方法與要求

3.1 功率指示電平測試

1）向功率優(yōu)化提供必要的直流電。

2）向“發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2、高電平為Ul的脈沖信號(hào)，模擬天線傳來的發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)。

3）檢測“功率指示電平模擬量”端口，應(yīng)輸出k×Ul/10的直流電壓信號(hào)。

3.2 主控優(yōu)化電壓測試

1）向“功率優(yōu)化開始信號(hào)”端口輸入高電平。

2）向“功率優(yōu)化同步信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2的TTL電平脈沖信號(hào)。

3）檢測“主控優(yōu)化電壓模擬量”端口應(yīng)輸出10～OV線性掃描電壓（鋸齒波）。3.3掃描模式（與固定值比較裁決功能）測試

1）向“功率優(yōu)化開始信號(hào)”端口輸入高電平。

2）向“發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2、高電平由OV逐漸增大至5V的脈沖信號(hào)。

3）向“功率優(yōu)化同步信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2的TTL電平脈沖信號(hào)。

4）檢測“跟蹤標(biāo)志”輸出端口電平應(yīng)由低至高翻轉(zhuǎn)，并記錄此時(shí)“發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)”端口輸入脈沖的高電平值。

3.4 跟蹤模式（與上時(shí)刻值比較裁決功能）測試1

1）向“功率優(yōu)化開始信號(hào)”端口輸入高電平。

2）向“發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2、高電平為5V的脈沖信號(hào)。

3）向“功率優(yōu)化同步信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2的TTL電平脈沖信號(hào)。

4）檢測“功率控制電壓”端口輸出應(yīng)由10V逐漸增大至ov，然后逐漸減小至10V，并重復(fù)上述過程。

3.5 跟蹤模式（與上時(shí)刻值比較裁決功能）測試2

1）向“功率優(yōu)化開始信號(hào)”端口輸入高電平。

2）向“發(fā)射機(jī)功率檢波信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2、高電平由10V緩慢減小至5V脈沖信號(hào)（保持輸出高電平的線性度）。

3）向“功率優(yōu)化同步信號(hào)”端口輸入頻率為fl、占空比為0.2的TTL電平脈沖信號(hào)。

4）檢測“功率控制電壓”端口輸出應(yīng)維持在10～ov區(qū)間內(nèi)某一數(shù)值，

4 總結(jié)

本文在充分分析功率優(yōu)化裝置的工作流程、組成結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，制定了詳細(xì)的測試方法和要求。為引進(jìn)型導(dǎo)引頭功率優(yōu)化裝置的修理提供參考。