一种导航雷达接收机用压控STC的机内自校准方法与流程

一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法
技术领域
1.本发明涉及雷达校准技术领域，特别是一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法。


背景技术：

2.导航雷达在搜索目标时，检测幅度变化很大的回波，经常要大到超出固定增益接收机的动态范围。不同的雷达截面积/不同的气象条件和不同的距离将一起形成不同的回波强度。其中，距离对雷达回波的影响最为显著，因而需用灵敏度时间控制(stc)技术来增大接收机的动态范围。
3.针对导航雷达的大动态需求，一般采用压控stc(灵敏度时间控制)的技术，通过优化算法拟合出电压控制曲线，再通过dac转换成模拟电压控制曲线，实现对接收机中压控衰减器衰减量的控制，最终实现接收通道的增益随时间(距离)指数型变化，达到灵敏度时间控制的目的。但是由于衰减器本身的非线性特性，以及衰减量随环境温度变化而变化，无法实现高精度的衰减控制。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法，该导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法通过机内自校，使得压控stc实际衰减与预置stc衰减的差值的最大值控制在0.5db以内，同时集成度高、稳定性好，应用广泛。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法，包括如下步骤。
7.步骤1、采集工作温度：导航雷达接收机中内置有压控stc；当压控stc启动后，采用温度传感器实时监测压控stc的工作温度。
8.步骤2、选择内置参考v-s曲线：雷达终端中内置有多个温度点下的参考v-s曲线；其中，s为压控stc的参考衰减量，v为参考衰减量对应的参考控制电压；根据步骤1采集的工作温度，选取与工作温度相同或邻近温度点下的参考v-s曲线。
9.步骤3、发射标定信号：标定开关打开，标定源产生固定幅度的高频射频信号，经标定开关和耦合器后，进入导航雷达接收机。
10.步骤4、设置目标衰减量：在雷达终端中内置一组从大至小排列的目标衰减量a1、a2、a3、
……
、ai、
……
、an；其中，n不小于80；1≤i≤n，且a1不大于v-s曲线中的最大衰减量。
11.步骤5、标定：雷达终端从目标衰减量a1开始，对每个目标衰减量ai均按照从大至小的顺序进行逐个标定；其中，目标衰减量ai的标定方法，包括如下步骤：
12.步骤5-1、选择控制电压vi：从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到与目标衰减量ai相同或相近的参考衰减量si；接着，再从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到与si相匹配的参考控制电压vi。
13.步骤5-2、信号衰减：导航雷达接收机中的压控stc，将接收的高频射频信号，变频至中频射频信号；同时，根据步骤5-1选择的控制电压vi，对高频射频信号固定幅度进行衰减。
14.步骤5-3、检测衰减后幅度：雷达终端对步骤5-2衰减后的中频射频信号的幅度进行检测。
15.步骤5-4、计算实际衰减量bi：雷达终端根据步骤3中的固定幅度和步骤5-3得到的衰减后幅度，计算得到压控stc的实际衰减量bi。
16.步骤5-5、标定，包括如下步骤：
17.a、当|b
i-ai|≤0.5db时，当前目标衰减量ai标定完成。
18.b、当|b
i-ai|＞0.5db且bi＜ai时，则增大控制电压，并根据增大后控制电压，重复步骤5-1至步骤5-5，直至|b
i-ai|≤0.5db。
19.c、当|b
i-ai|＞0.5db且bi＞ai时，则增减小控制电压，并根据减小后控制电压，重复步骤5-1至步骤5-5，直至|b
i-ai|≤0.5db。
20.步骤6、重复步骤5，直至n个目标衰减量全部标定完成。
21.步骤5-5b中，控制电压增大的步进值为δv，则δv的计算公式为：
22.δv＝(a
i-bi)
×
0.1/(s
i+1-si)
23.式中，s
i+1
为从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到的与目标衰减量a
i+1
相同或相近的参考衰减量。
24.步骤5-5c中，控制电压减小的步进值为δv
′
，则δv
′
的计算公式为：
25.δv
′
＝(b
i-ai)
×
0.1/(s
i-s
i+1
)
26.式中，s
i+1
为从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到的与目标衰减量a
i+1
相同或相近的参考衰减量。
27.步骤2中，雷达终端中内置有-55℃、25℃和55℃三个温度点下的参考v-s曲线；设步骤1采集的工作温度为t1，则与t1相同或邻近温度点下参考v-s曲线的选取方法为：
28.当t1《-10℃时，均选择-55℃温度点下的参考v-s曲线。
29.当-10℃≤t1≤40℃时，均选择25℃温度点下的参考v-s曲线。
30.当t1》40℃时，均选择55℃温度点下的参考v-s曲线。
31.步骤2中，每个温度点下参考v-s曲线中参考控制电压的取值范围0.3v～2v，步长0.1v。
32.步骤5-1中，在步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到与目标衰减量ai相同的参考衰减量si具有两个及以上时，参考控制电压vi则选择与目标衰减量ai相同的所有参考衰减量si所对应的最小参考控制电压。
33.步骤5-1中，在步骤2选取的参考v-s曲线中，当没有查找到与目标衰减量ai相同的参考衰减量时，则选择与目标衰减量ai相近的参考衰减量；设目标衰减量ai位于相邻的两个参考衰减量sm和s
m+1
之间，其中，1≤m≤n-1，则与目标衰减量ai相近参考衰减量的选择方法为：当(a
i-sm)-(s
m+1-ai)≤0时，则选择sm作为与目标衰减量ai相近的参考衰减量si。
34.步骤3中，标定开关的隔离度不小于70db，因而，当标定开关关断时，标定源产生的高频射频信号不影响导航雷达接收机的噪声系数。
35.雷达终端通过模拟电压控制模块向导航雷达接收机中的压控stc输入5-1选择的
控制电压vi，模拟电压控制模块与压控stc之间的间距不大于50mm，从而能避免因传输线损耗对压控stc的实际衰减造成的影响，且还能避免因传输线之间的干扰产生的杂散信号。
36.本发明具有如下有益效果：
37.1、集成度高，所有功能模块均集成在雷达内部，不占用额外的空间；
38.2、通过闭环校正的方式，与stc的控制电压进行预处理，补偿了压控stc本身的非线性，改善了压控stc的控制精度，从而实现了对接收机增益的精确控制，在雷达/电子对抗/通信等微波系统中具有广泛的应用价值。
39.3、本发明通过机内自校，使得压控stc实际衰减与预置stc衰减的差值的最大值控制在0.5db以内，同时集成度高、稳定性好，应用广泛。
附图说明
40.图1显示了本发明一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法的原理图。
41.图2显示了本发明一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准装置的结构框图。
42.图3显示了标定前不同温度下同一控制电压对应stc衰减量的变化曲线图。
43.图4显示了标定后不同温度下stc衰减量的变化曲线图。
44.其中有：
45.10标定源；11标定开关；
46.20耦合器；21导航雷达接收机；22本地信号处理模块；
47.30模拟电压控制模块；
48.40雷达终端；41数据存储及校正单元。
具体实施方式
49.下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
50.本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
51.如图2所示，一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准装置，包括标定源10、标定开关11、耦合器20、导航雷达接收机21、本地信号处理模块22、雷达终端40、模拟电压控制模块30。
52.标定源，用于产生标定所需的高频射频信号。标定源优选为雷达内置模块，作为雷达收发机的一部分，放置于雷达收发机内部。
53.标定源的输出功率在一定的范围内，这个范围的限定是：该信号输入至接收机，经压控stc衰减前和衰减后，导航雷达接收机都应该工作在线性区。本实施例中优选能产生9.4ghz的高频射频信号。
54.标定开关，根据上位机的控制指令，控制将标定源模块产生的射频信号发送至接收机与天线之间的耦合器的耦合输入端。
55.标定开关具有较大(优选不小于70db)的隔离度，使得标定开关关断时，标定源产
生的射频信号不影响接收机的噪声系数。
56.耦合器，用于将标定源模块产生的射频信号送至接收机中压控stc的输入端，同时具备低损耗的特点，以保证降低对接收机噪声系数的恶化。耦合器的耦合度一般大于15db，此时耦合器直通端的损耗较小。
57.导航雷达接收机，内置有压控stc，用于将射频信号变频至中频信号(如本实施例中的150mhz)，同时根据模拟电压控制对输入信号进行不同程度的衰减。
58.本地信号处理模块，用于将接收机输出的中频信号采集/量化处理，并将处理后的信号发送至雷达终端。
59.雷达终端，用于将由本地信号处理模块处理后的信号存储/曲线拟合，并与设定的stc衰减曲线比较，根据两者的差异调整stc控制电压，将修正后的stc控制电压的数据发送至模拟电压控制模块；
60.模拟电压控制模块，用于将雷达终端发送的stc模拟电压控制数据转换成模拟电压，并将模拟电压送至接收机中压控stc的控制端口。
61.模拟电压控制模块与含stc的接收机之间的距离尽量小(通常不大于50mm)，且连接线做屏蔽处理，从而能避免传输线损耗过大影响stc的实际衰减以及传输线之间的干扰产生杂散信号。
62.如图1所示，一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法，包括如下步骤。
63.步骤1、采集工作温度：导航雷达接收机中内置有压控stc；当压控stc启动后，采用温度传感器实时监测压控stc的工作温度。
64.步骤2、选择内置参考v-s曲线
65.雷达终端中内置有多个温度点下的参考v-s曲线；其中，s为压控stc的参考衰减量，v为参考衰减量对应的参考控制电压。
66.本实施例，以市售某型号的压控stc为例，其内置有-55℃、25℃和55℃三个温度点下的参考v-s曲线，具体如后续的表1所示。每个温度点下参考v-s曲线中参考控制电压的取值范围0.3v～2v，步长0.1v。
67.根据步骤1采集的工作温度，选取与工作温度相同或邻近温度点下的参考v-s曲线。
68.设步骤1采集的工作温度为t1，则与t1相同或邻近温度点下参考v-s曲线的选取方法为：
69.当t1《-10℃时，均选择-55℃温度点下的参考v-s曲线。
70.当-10℃≤t1≤40℃时，均选择25℃温度点下的参考v-s曲线。
71.当t1》40℃时，均选择55℃温度点下的参考v-s曲线。
72.在本实施例中，每条参考v-s曲线均只有18个点，但根据需要，可以为多个点，也可以为一条连续的拟合曲线，具体可以根据需要进行选择或设置。
73.表1
[0074][0075]
为了满足雷达系统对接收机大动态的要求，将超出接收机线性范围的大信号通过特定的“stc曲线”控制stc衰减的方式使之减弱至接收机线性范围内，在数据处理时，需将stc的衰减通过“反stc曲线”进行补偿。如图3所示，实际压控衰减器组成的stc在不同温度下的衰减量不同，从而使得“stc曲线”和“反stc曲线”的误差较大，导致目标识别误差大、虚假目标等问题。因此，必须通过有效的方式对stc曲线进行标定和修正。
[0076]
标定的目的是，在不同的温度条件下，通过实际衰减与目标衰减不断比较，根据衰减量的差值调整控制电压，最终使得实际衰减量与目标衰减量非常接近。
[0077]
标定的意义：利用雷达内部电路实现标定，可以同时将控制电压随温度的波动、接收机本身的电性能参数随温度的变化进行标定；减少硬件测试工作量。
[0078]
步骤3、发射标定信号：标定开关打开，标定源产生固定幅度的高频射频信号，经标定开关和耦合器后，进入导航雷达接收机。
[0079]
步骤4、设置目标衰减量：在雷达终端中内置一组从大至小排列的目标衰减量a1、a2、a3、
……
、ai、
……
、an；其中，n不小于80；1≤i≤n，且a1不大于v-s曲线中的最大衰减量。
[0080]
步骤5、标定：雷达终端从目标衰减量a1开始，对每个目标衰减量ai均按照从大至小的顺序进行逐个标定；其中，目标衰减量ai的标定方法，包括如下步骤：
[0081]
步骤5-1、选择控制电压vi：从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到与目标衰减量ai相同或相近的参考衰减量si；接着，再从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到与si相匹配的参考控制电压vi。
[0082]
步骤5-1中，在步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到与目标衰减量ai相同的参考衰减量si具有两个及以上时，参考控制电压vi则选择与目标衰减量ai相同的所有参考衰减量si所对应的最小参考控制电压。
[0083]
步骤5-1中，在步骤2选取的参考v-s曲线中，当没有查找到与目标衰减量ai相同的参考衰减量时，则选择与目标衰减量ai相近的参考衰减量；设目标衰减量ai位于相邻的两个参考衰减量sm和s
m+1
之间，其中，1≤m≤n-1，则与目标衰减量ai相近参考衰减量的选择方法为：当(a
i-sm)-(s
m+1-ai)≤0时，则选择sm作为与目标衰减量ai相近的参考衰减量si。
[0084]
步骤5-2、信号衰减：导航雷达接收机中的压控stc，接收的高频射频信号，变频至中频射频信号；同时，根据步骤5-1选择的控制电压vi，对高频射频信号的固定幅度进行衰减。
[0085]
步骤5-3、检测衰减后幅度：雷达终端对步骤5-2衰减后的中频射频信号的幅度进行检测。
[0086]
步骤5-4、计算实际衰减量bi：雷达终端根据步骤3中的固定幅度和步骤5-3得到的衰减后幅度，计算得到压控stc的实际衰减量bi。
[0087]
步骤5-5、标定，包括如下步骤：
[0088]
a、当|b
i-ai|≤0.5db时，当前目标衰减量ai标定完成。
[0089]
b、当|b
i-ai|＞0.5db且bi＜ai时，则增大控制电压，并根据增大后控制电压，重复步骤5-1至步骤5-5，直至|b
i-ai|≤0.5db。
[0090]
上述控制电压增大的步进值为δv，则δv的计算公式优选为：
[0091]
δv＝(a
i-bi)
×
0.1/(s
i+1-si)
[0092]
式中，s
i+1
为从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到的与目标衰减量a
i+1
相同或相近的参考衰减量。当i＝n时，若a
i-bi＞0.5db时，则按产生压控stc的电压控制信号的芯片的最小步进增大电压，直至|b
i-ai|≤0.5db。
[0093]
c、当|b
i-ai|＞0.5db且bi＞ai时，则增减小控制电压，并根据减小后控制电压，重复步骤5-1至步骤5-5，直至|b
i-ai|≤0.5db。
[0094]
上述控制电压减小的步进值为δv
′
，则δv
′
的计算公式优选为：
[0095]
δv
′
＝(b
i-ai)
×
0.1/(s
i-s
i+1
)
[0096]
式中，s
i+1
为从步骤2选取的参考v-s曲线中，查找到的与目标衰减量a
i+1
相同或相近的参考衰减量。
[0097]
表2
[0098][0099][0100]
步骤6、重复步骤5，直至n个目标衰减量全部标定完成。
[0101]
本实例中，采用本发明的一种导航雷达接收机用压控stc的机内自校准方法，进行标定后，不同温度下的控制电压和不同温度下的实际衰减量，如上述表2所示。
[0102]
标定后，如图4所示，压控stc实际衰减与预置stc衰减的差值的最大值能控制在0.5db以内。
[0103]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。