0 引 言
雷達(dá)最主要的功能之一就是對目標(biāo)距離的跟蹤和測量。在此首先闡述了雷達(dá)測距跟蹤的基本原理，介紹一種脈沖雷達(dá)數(shù)字跟蹤測距模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的新方法，并且敘述了該模塊研制的理論基礎(chǔ)。該模塊利用回波信號相對于發(fā)射脈沖的延遲時(shí)間量進(jìn)行目標(biāo)距離的測量，針對跟蹤脈沖的特點(diǎn)，對目標(biāo)回波延遲時(shí)間計(jì)數(shù)值和跟蹤脈沖計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，利用數(shù)字信號處理的方法把比較的結(jié)果反饋到跟蹤控制器，實(shí)現(xiàn)了脈沖雷達(dá)的距離跟蹤，具有測距精度高、測距穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)及電路簡便等優(yōu)點(diǎn)。該模塊能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行手動跟蹤測距和自動跟蹤測距。
1 該模塊的理論設(shè)計(jì)
一般雷達(dá)數(shù)字跟蹤是通過時(shí)間鑒別器鑒別出回波信號與跟蹤脈沖之間的遲延時(shí)間差，然后利用時(shí)鐘脈沖對這個(gè)時(shí)間差進(jìn)行計(jì)數(shù)，作為距離誤差反饋至跟蹤處理單元，其本質(zhì)上是把模擬系統(tǒng)輸出量進(jìn)行數(shù)字變換，即在模擬量的基礎(chǔ)上變換的，實(shí)質(zhì)上還是模擬量(如圖1所示)。變換之間又有不可避免的系統(tǒng)誤差存在，例如要對跟蹤脈沖計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，而計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)的起始時(shí)間必須要和雷達(dá)發(fā)射脈沖同步，要做到完全同步是很難的，這之間的誤差在所難免。又如某型雷達(dá)時(shí)間鑒別器中回波信號與跟蹤脈沖之間的時(shí)間差要轉(zhuǎn)化為帶有極性的電壓(存在誤差)，然后又要將此電壓轉(zhuǎn)化為距離計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖(也存在誤差)，使距離計(jì)數(shù)器做加或減計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的距離跟蹤。
該模塊只需知道目標(biāo)回波的二進(jìn)制距離數(shù)值，然后與跟蹤脈沖的二進(jìn)制數(shù)值進(jìn)行比較，形成距離誤差作為反饋至距離產(chǎn)生器進(jìn)行跟蹤處理即可，不需要對跟蹤脈沖進(jìn)行專門的時(shí)間測量，也不必對回波信號和跟蹤脈沖間的時(shí)間差進(jìn)行比較，簡化了電路構(gòu)成、減少了系統(tǒng)誤差。在雷達(dá)全程探測完畢時(shí)，由計(jì)數(shù)停止脈沖將控制距離計(jì)數(shù)器和鎖存器清零。計(jì)數(shù)停止脈沖可以由下一個(gè)發(fā)射脈沖的前沿產(chǎn)生，也可由火控計(jì)算機(jī)提供。圖2是利用以上理論而設(shè)計(jì)的該跟蹤測距模塊的數(shù)據(jù)流程圖，該模塊利用數(shù)字技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)距離數(shù)據(jù)的自動跟蹤。把目標(biāo)的時(shí)延變成數(shù)字量，最基本的辦法就是利用計(jì)數(shù)器，并加以適當(dāng)?shù)目刂啤．?dāng)雷達(dá)發(fā)射脈沖信號時(shí)，就觸發(fā)T觸發(fā)器，這樣同時(shí)啟動了計(jì)數(shù)器工作，一旦確定接收到了目標(biāo)回波，就再一次觸發(fā)T觸發(fā)器使其停止計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，這樣就在回波到達(dá)的時(shí)刻讀出計(jì)數(shù)器輸出的數(shù)據(jù)，即得到目標(biāo)距離數(shù)據(jù)，通過與手動測距計(jì)數(shù)器輸出的數(shù)值進(jìn)行比較，就得到距離誤差值，送至控制器進(jìn)行跟蹤處理。手動與自動跟蹤測距的轉(zhuǎn)換是通過一個(gè)與門進(jìn)行切換的。很明顯，該模塊的控制器和跟蹤脈沖產(chǎn)生器已經(jīng)不是圖1所示意義上的控制器和跟蹤脈沖產(chǎn)生器。這時(shí)的控制器和跟蹤脈沖產(chǎn)生器已經(jīng)融合在一起(在此仍用傳統(tǒng)的三部分來區(qū)分整個(gè)跟蹤測距模塊，但意義有所不同)。該模塊的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單、易于理解且通用性比較強(qiáng)。不僅可以用在雷達(dá)整個(gè)跟蹤系統(tǒng)當(dāng)中，也可以用在通用雷達(dá)訓(xùn)練器的目標(biāo)回波產(chǎn)生器和跟蹤測距訓(xùn)練器上。
2 手／自動距離跟蹤測距模塊的設(shè)計(jì)
該數(shù)字式距離跟蹤模塊由時(shí)間鑒別器、距離產(chǎn)生器和跟蹤脈沖產(chǎn)生器組成。
2．1 時(shí)間鑒別器的設(shè)計(jì)
在該模塊中時(shí)間鑒別器(距離比較器)由上、下鎖存器及帶有符號位的減法電路組成。上鎖存器輸出目標(biāo)回波的實(shí)際距離脈沖計(jì)數(shù)值；下鎖存器輸出跟蹤脈沖的距離計(jì)數(shù)值；兩距離計(jì)數(shù)值同時(shí)送至帶有符號位的減法電路，輸出帶有極性的距離誤差值作為反饋量至距離產(chǎn)生器(即控制器)進(jìn)行跟蹤處理。
2．2 跟蹤脈沖產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)
跟蹤脈沖產(chǎn)生器由手動脈沖輸出器、加／減計(jì)數(shù)單元以及寄存器組成，所以嚴(yán)格來講應(yīng)該是手動跟蹤脈沖產(chǎn)生器，它對手動脈沖進(jìn)行汁數(shù)形成跟蹤脈沖，跟蹤脈沖產(chǎn)生器輸出的數(shù)據(jù)是送給控制器的一端。其中加／減計(jì)數(shù)單元由4片74LS191(單時(shí)鐘4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器)構(gòu)成的串行可逆計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向和計(jì)數(shù)方式受工作方式控制電路控制，手動脈沖輸出器產(chǎn)生兩組相位相差90°的脈沖，當(dāng)工作在手動時(shí)，脈沖1作為可逆計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖，脈沖2通過JK觸發(fā)器74HC107變成控制計(jì)數(shù)器進(jìn)行加／減計(jì)數(shù)的控制脈沖，兩組手動脈沖通過加／減計(jì)數(shù)單元形成跟蹤脈沖的進(jìn)退，等到跟蹤脈沖與目標(biāo)回波距離數(shù)值相差在一定范圍時(shí)就可轉(zhuǎn)入對目標(biāo)進(jìn)行自動跟蹤和測距(當(dāng)然這時(shí)也可以不進(jìn)行自動跟蹤測距)，當(dāng)進(jìn)入自動跟蹤狀態(tài)時(shí)加／減計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，這時(shí)就不能對目標(biāo)進(jìn)行手動跟蹤和測距，控制器在原來加／減計(jì)數(shù)器已經(jīng)輸出的數(shù)值的基礎(chǔ)上根據(jù)送來的距離誤差值進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤處理。
