某型脈沖多普勒雷達導引頭功率優化裝置分析

李朝華 程遠方

摘要：功率優化裝置是脈沖多普勒雷達導引頭的一個重要組成部分，本文對此進行了詳細分析，制定了測試方法與要求。

關鍵詞：功率優化;發射機;導引頭

0 引言

某引進導彈修理中經常遇到發射機輸出功率較低的故障情況，具體表現為開發射機進行測試時其功率指示電平小于規定值。發射機輸出功率較低將直接影響導引頭探測距離。某型導彈空戰過程如圖1所示。導彈發射后，當達到主動雷達導引頭截獲距離、導彈中末制導交接班時，若發射機輸出功率較低，導引頭將無法在既定方位和距離捕獲目標，中末制導交接班失敗，導彈無法實現自動導引，無法按照預期毀傷目標。

功率優化裝置（見圖2）作為導引頭重要組件之一，負責在開發射機后對主控振蕩器輸送至速調管的小功率探測信號的功率控制電壓進行動態調節，確保速調管輸出功率最大，保證導引頭探測功率與距離。

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

由于功率優化裝置故障是導致發射機輸出功率低的重要原因，對該組件進行了電路測繪，對其組成結構與工作原理進行分析，制定了組件測試方法與要求，指出了功率優化存在的固有設計缺陷，并提出改進方案。

1 功率優化裝置工作流程

1.1 掃描階段

發射機開機后，導引頭計算機向功率優化發送優化開始信號，進入掃描階段，此時功率優化向主控振蕩器發送由10～OV線性掃描的小功率探測信號的功率控制電壓，同時讀取發射機功率檢波信號，進行均值計算與放大，生成功率指示電平，送導引頭計算機與自身使用。功率指示電平與2V門限值比較：當功率指示電平小于等于該門限值時，持續向主控發送10～OV線性掃描的小功率探測信號的功率控制電壓進行掃描控制;當功率指示電平大于等于該門限值時，向導引頭計算機發送階段轉換信號，表示發射機已啟動，且輸出功率已達到額定的最低功率值。此時功率優化裝置轉入跟蹤階段。

1.2 跟蹤階段

在跟蹤階段中，功率優化裝置按固定時間間隔讀取發射機功率檢波信號，生成功率指示電平并鎖存，同時不斷將功率指示電平與鎖存值（上一時刻的功率指示電平）比較，根據比較結果以0.2V為步進增大或減小向主控振蕩器發送小功率探測信號的功率控制電壓，達到動態控制的效果。

2 功率優化裝置組成結構與工作原理

2.1 組成

功率優化裝置由發射機功率采樣電路、基準時鐘分頻電路、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、主控優化電壓數字量形成電路、主控優化電壓形成電路、裁決電路和基準電壓電路等8部分組成，框圖見圖4。

2.2 發射機功率采樣電路

發射機功率采樣電路由2級運放單元電路與1級模數轉換電路組成，如圖5所示。前級運放組成求均值電路，后級運放組成低通濾波放大器，其直流放大倍數為k倍，最后接1級10位逐次逼近型ADC。發射機功率采樣電路用于將發射機功率檢波信號轉換為模擬量及數字量的功率指示電平。ADC受基準時鐘分頻電路產生的時鐘控制，按固定時間間隔轉換一次。

2.3 基準時鐘分頻電路

基準時鐘分頻電路由3個二進制計數器級聯、若干門電路邏輯運算組成，如圖6所示，功能是對來自同步器的頻率為f的功率優化同步信號進行分頻及邏輯處理，生成四個周期相同、脈寬相同、時序不同的單脈沖同步時鐘信號。

2.4 功率指示電平與固定值比較電路

由2個四位數值比較器級聯組成，如圖7所示。功能是將功率指示電平數字量與固定數字量門限值比較，如小于固定數字數字量比較，如小于上時刻鎖存數字量則輸出高電平，大于等于上時刻鎖存數字量則輸出低電平，比較結果送至裁決電路。

2.6 主控優化電壓數字量形成電路

由2個同步二進制加減計數器組成，如圖9所示。以計算機輸出的功率優化開始信號作為使能信號，以基準時鐘分頻電路產生的時鐘作為步進時鐘，以裁決電路輸出的正/負向步進標志作為功率控制電壓數字量加減方向，從而動態控制二進制加減計數器步進生成功率控制電壓的數字量。

2.7 主控優化電壓形成電路

由DA芯片及5級運放組成，如圖10所示，DA芯片與第1級運放組成經典的DA單元電路，第2級運放組成二階低通濾波電路，第3級運放構成PWM發生電路，第4級運放構成脈寬調制電路，第5級運放與基準電壓組成壓控恒流源及濾波電路，將功率控制電壓數字量DA轉換后進行PWM調制，生成功率控制電壓模擬量。

2.8 基準電壓電路

由比較器、三極管、穩壓管、電阻組成，構成典型的串聯深度負反饋穩壓電路，如圖11所示。將27V變為15V作為電壓基準，供功率控制電壓形成電路使用。

2.9 裁決電路

由2個J-K觸發器組成，如圖12所示，主要邏輯為：

1）當計算機發送功率優化開始信號前，J-K觸發器A的SET端為1，則Q端恒為1，向計算機發送的模式轉換信號（發射機輸出已達到額定的最低功率值標志）為0。

2）當計算機發送功率優化開始信號后，J-K觸發器A的SET端為0，則Q端根據J-K端輸入（功率指示電平與固定值比較結果）情況輸出：當功率指示電平小于固定值，則階段轉換信號為0;當功率指示電平大于等于固定值，則跟蹤標志為1，轉入跟蹤階段。

3）當階段轉換信號為0，J-K觸發器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，此時發送主控的優化電壓一直按10～OV、10～OV周期性變化（類似鋸齒波）。

4）當模式轉換信號為1，J-K觸發器B的SET端為0，則Q端根據J-K端輸入情況輸出：當功率指示電平大于等于上周期數字量，則維持正/負向步進標志位邏輯電平，即功率控制電壓數字量步進方向不改變;當功率指示電平小于上時刻，則改變正/負向步進標志邏輯位電平，改變功率控制電壓數字量向反方向步進，進行動態控制;若功率控制電壓數字量為11111111，同樣也改變正/負向步進標志位邏輯電平，即改變功率控制電壓數字量步進方向。

3 功率優化裝置測試方法與要求

3.1 功率指示電平測試

1）向功率優化提供必要的直流電。

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

3）檢測“功率指示電平模擬量”端口，應輸出k×Ul/10的直流電壓信號。

3.2 主控優化電壓測試

1）向“功率優化開始信號”端口輸入高電平。

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

3）檢測“主控優化電壓模擬量”端口應輸出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“功率優化開始信號”端口輸入高電平。

2）向“發射機功率檢波信號”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。

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

4）檢測“跟蹤標志”輸出端口電平應由低至高翻轉，并記錄此時“發射機功率檢波信號”端口輸入脈沖的高電平值。

3.4 跟蹤模式（與上時刻值比較裁決功能）測試1

1）向“功率優化開始信號”端口輸入高電平。

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

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

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

3.5 跟蹤模式（與上時刻值比較裁決功能）測試2

1）向“功率優化開始信號”端口輸入高電平。

2）向“發射機功率檢波信號”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（保持輸出高電平的線性度）。

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

4）檢測“功率控制電壓”端口輸出應維持在10～ov區間內某一數值，

4 總結

本文在充分分析功率優化裝置的工作流程、組成結構及工作原理的基礎上，制定了詳細的測試方法和要求。為引進型導引頭功率優化裝置的修理提供參考。