一种脉冲应答机增益控制器的实现方法

摘要

本发明涉及一种脉冲应答机增益控制器的实现，通过采集飞机位置信息，实现应答机上下行信号强度自动调节，所述方法包括以下步骤：步骤一、设计硬件控制电路，实现上下行信号的分路调节；步骤二、采集位置信息，实现位置到衰减的动态调节。采用本发明的方法在任务中自动根据飞机位置对应答机上下行信号强度进行自动调节，成本和软件开发难度低，具有极强应用价值。

权利要求

1.一种脉冲应答机增益控制器的实现方法，通过采集飞机位置信息，实现应答机上下行信号强度自动调节，其特征在于：所述方法包括以下步骤：第一步、设计硬件控制电路，实现上下行信号的分路调节

所述增益控制器由第一环形器（1）、第二环形器（2）、上行电调衰减器（3）、下行电调衰减器（4）和单片机（5）组成，天线接收的上行信号通过第一环形器（1）的输入口后，通过第一环形器（1）的输出口输出至上行电调衰减器（3），经过上行电调衰减器（3）衰减后加到第二环形器（2）的输入口，通过第二环形器（2）的输出口进入应答机；应答机延时后，变为下行信号，经第二环形器（2）的输入口后，通过第二环形器（2）输出口输出至下行电调衰减器（4），经下行电调衰减器（4）衰减后到第一环形器（1）的输入口，通过第一环形器（1）的输出口发送到天线，其中上行电调衰减器（3）和下行电调衰减器（4）与单片机（5）的I/O串口相连，由单片机（5）完成控制，上行电调衰减器（3）和下行电调衰减器（4）的衰减范围为30dB，步进为

1dB，单片机（5）通过I2C总线读写EEPROM（6）中存储的上下行航路点位与衰减的比例信息；

第二步、采集位置信息，实现位置到衰减的动态调节

控制器的核心为衰减控制策略，采用位置映射衰减的控制方法，

电调衰减器的衰减量控制依据为雷达方程：

下行：

其中：S/N为雷达接收机输入端单个脉冲信噪比； 为应答机输出峰值功率； 为雷达天线增益； 为应答机天线增益；λ为工作波长；B为接收机带宽； 为工作有效噪声系数； 为系统损耗； 为应答机馈线损耗；K为玻尔兹曼常数； 为绝对温度；R为距离；

上行：

其中： 为应答机输入功率； 为雷达发射功率； 为系统损耗；

通过上述两个雷达方程，可以估算出应答机在航捷时，上行和下行触发时需要衰减的量，将飞机航路以中心为原点划分为由弱到强和由强到弱两个区段，将两个区段的纬度或经度值分别与上行衰减值和下行衰减值相除，得到比例值，接收到的GPS位置信息通过解析得到经度和纬度值，每次得到的经度和纬度值与上一次数值进行比较，比较结果乘以比例值得到衰减量，若衰减量大于1，则控制电调衰减器增加该衰减量的整数部分，直到衰减到设定值。

说明书

一种脉冲应答机增益控制器的实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种脉冲应答机增益控制器的实现方法。属于控制工程技术领域。

背景技术

[0002] 脉冲应答机的任务是安装在各种类型空间运行载体上，与地面雷达协同工作，增加作用距离，完成对载体飞行轨道的实时测量，提供精度较高的距离和速度信息，同时为事后分析提供弹道数据。其基本原理是接收地面雷达的上行信号，并延时转发，地面雷达通过测量时延测到径向距离，同时通过跟踪测角，实现飞行器定位。任务中，将其安装在飞机上，飞机按照预定轨迹进行飞行，地面测控站对其进行跟踪，飞机与地面测控站相对位置由远到近、由近到远，对应的应答机接收信号强度也是由小到大、由大到小，在相对距离变小时将导致应答机饱和，导致下行脉冲串畸变，影响跟踪与测距精度。由于飞机飞行时无法控制应答机增益，仅根据雷达方程预估一个衰减值，通过固定衰减器进行恒定衰减，衰减不能太大，太大将导致应答机较晚才能捕获到上行信号，急需开发一种增益控制器，通过动态调整应答机上下行信号强度，来保证应答机接收上行不出现饱和现象、发射下行信号强度不会引起地面测控站饱和，从而更好地保障任务。

[0003] 在2006年、2007年中，在使用飞机鉴定地面雷达精度中，在航捷附近（雷达指向与飞机轨迹垂直，即相对距离最小）由于应答机饱和，导致雷达跟踪异常，所有航捷附近数据均无法进行数据处理，给雷达精度检验带来较大影响。

[0004] 本发明综合多项技术设计了一种脉冲应答机增益控制器的设计，为解决这一问题提供一种实用、简便的方法。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种脉冲应答机增益控制器的实现方法，通过硬件电路设计完成控制器构建，通过采集GPS位置信息实现上下行强度调节，具有成本低、功能强、扩展性好的特点。

[0006] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种脉冲应答机增益控制器的实现方法，通过采集飞机位置信息，实现应答机上下行信号强度自动调节，所述方法包括以下步骤：

[0007] 第一步、设计硬件控制电路，实现上下行信号的分路调节

[0008] 所述增益控制器由第一环形器、第二环形器、上行电调衰减器、下行电调衰减器和单片机组成，天线接收的上行信号通过第一环形器的输入口后，通过输出口输出至上行电调衰减器，经过上行电调衰减器衰减后加到第二环形器的输入口，通过输出口进入应答机；应答机延时后，变为下行信号，经第二环形器的输入口后，通过输出口输出至下行电调衰减器，经下行电调衰减器衰减后到第一环形器的输入口，通过输出口发送到天线，其中上行电调衰减器和下行电调衰减器与单片机的I/O串口相连，由单片机完成控制，衰减范围30dB，步进为1dB，单片机通过I2C总线读写EEPROM中存储的上下行航路点位与衰减的比例信息；

[0009] 第二步、采集位置信息，实现位置到衰减的动态调节

[0010] 控制器的核心为衰减控制策略，采用位置映射衰减的控制方法，

[0011] 电调衰减器的衰减量控制依据为雷达方程：

[0012] 下行：

[0013] 其中：S/N为雷达接收机输入端单个脉冲信噪比；Pb为应答机输出峰值功率；Gt为雷达天线增益；Gb为应答机天线增益；λ为工作波长；B为接收机带宽；NFo为工作有效噪声系数；Lr为系统损耗；Lb为应答机馈线损耗；K为玻尔兹曼常数；T0绝对温度；R为距离；

[0014] 上行：

[0015] 其中：Sp为应答机输入功率；Pt为雷达发射功率；Lt为系统损耗。

[0016] 通过上述两个雷达方程，可以估算出应答机在航捷时，上行和下行触发时需要衰减的量，将飞机航路以中心为原点划分为由弱到强和由强到弱两个区段，将两个区段的纬度或经度值分别与上下行衰减值相除，得到比例值，接收到的GPS位置信息通过解析得到经度和纬度值，每次值与上一次数值进行比较，乘以比例值得到衰减量，大于1，则控制电调衰减器增加该衰减量的整数部分，直到衰减到设定值。

[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0018] （1）本发明设计的硬件设计具有低成本特点。

[0019] （2）本发明设计的衰减量控制方法具有简单易于实现的特点。

[0020] （3）本发明兼顾考虑了系统扩展的设计问题。

附图说明

[0021] 图1为本发明一种脉冲应答机增益控制器的设计的流程图。

[0022] 图2为本发明一种脉冲应答机增益控制器的设计中系统原理图。

[0023] 图3为本发明一种脉冲应答机增益控制器的设计中航路规划图。

[0024] 图4为本发明一种脉冲应答机增益控制器的设计中软件流程图。

[0025] 其中：

[0026] 第一环形器1、第二环形器2、上行电调衰减器3、下行电调衰减器4、单片机5、EEPROM6。

具体实施方式

[0027] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

[0028] 本发明涉及一种脉冲应答机增益控制器的实现方法，功能为通过采集飞机位置信息，实现应答机上下行信号强度自动调节，保证雷达精度鉴定效果，具体过程为：

[0029] 第一步、设计硬件控制电路，实现上下行信号的分路调节

[0030] 该脉冲应答机使用收发公用天线，射频端口也只有一个，由于应答机与地面雷达的接收灵敏度不同，即上下行信号强度并不相当，必须进行分路控制才能达到最优控制效果，系统原理框图如图2所示。控制器由2个环形器、2个30dB电调衰减器（1dB步进）和STC89C52单片机组成，环形器作用是将上下行链路进行分离和组合，电调衰减器用于控制上下行两路信号强度，单片机用于通过串口接收GPS位置信息、通过I/O端口控制电调衰减器的衰减值，通过I2C总线读写EEPROM信息。天线接收的上行信号通过1#环形器1口后，通过2口输出，经过上行电调衰减器衰减后加到2#衰减器的1口，通过2口进入应答机；应答机延时后，变为下行信号，经2#环形器的2口后，通过3口输出，经下行电调衰减器衰减后到1#环形器的3口，通过1口发送到天线。其中电调衰减器的控制由单片机完成，电调衰减器采用I/O控制，衰减范围30dB，步进为1dB，可见有30个状态，可用单片机的5个I/O端口就可完成控制，STC89C52提供用户32个I/O端口，常用的P0、P1、P2端口（共24个I/O端口）即可满足需要，且有较大冗余。AT24C08用户存储上下行航路点位与衰减的比例信息，便于程序判断，其初始数据通过串口进行写入。整个硬件电路设计清晰、合理，控制简单，成本低廉。

[0031] 第二步、采集位置信息，实现位置到衰减的动态调节

[0032] 控制器的核心为衰减控制策略，本专利采用位置映射衰减的控制方法，原因有二：其一，飞机航路为规则设计，与地面雷达的相对关系如图3所示，进入点和转弯点为固定位置；其二，飞机上安装有用于精度鉴定的GPS系统，位置信息获得便利。

[0033] 电调衰减器的衰减量控制依据为雷达方程：

[0034] 下行：

[0035] 其中：S/N为雷达接收机输入端单个脉冲信噪比；Pb为应答机输出峰值功率；Gt为雷达天线增益；Gb为应答机天线增益；λ为工作波长；B为接收机带宽；NFo为工作有效噪声系数；Lr为系统损耗；Lb为应答机馈线损耗；K为玻尔兹曼常数；T0绝对温度；R为距离。

[0036] 上行：

[0037] 其中：Sp为应答机输入功率；Pt为雷达发射功率；Lt为系统损耗。

[0038] 通过上述两个雷达方程，可以估算出应答机在航捷时，上行触发时需要衰减43dB（应答机临近触发状态），为保证余量定为衰减28dB；下行信号需要衰减55dB（地面雷达临近触发状态），为保证余量定为衰减15dB。飞机航路为南北向或东西向，即要么经度不变，要么纬度不变，利用这一特点，将飞机航路以中心为原点划分为两个区段（由弱到强，由强到弱），假如经度不变，将由弱到强区段的纬度值分别与上下行衰减值相除，得到比例值，这个比例值就是单片机程序控制衰减的门限，其流程如图4所示。接收到的GPS位置信息通过解析得到经度和纬度值，每次值与上一次数值进行比较，乘以比例值得到衰减量，大于1，则控制电调衰减器增加该衰减量的整数部分，直到衰减到设定值（上行28dB，下行15dB），之后就进入由强到弱区段，控制原理同上，仅为减少衰减量。

[0039] 除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。