一種數字跟蹤測距模塊的設計與實現

　0 引 言

　　雷達最主要的功能之一就是對目標距離的跟蹤和測量。在此首先闡述了雷達測距跟蹤的基本原理，介紹一種脈沖雷達數字跟蹤測距模塊的設計及實現的新方法，并且敘述了該模塊研制的理論基礎。該模塊利用回波信號相對于發射脈沖的延遲時間量進行目標距離的測量，針對跟蹤脈沖的特點，對目標回波延遲時間計數值和跟蹤脈沖計數值進行比較，利用數字信號處理的方法把比較的結果反饋到跟蹤控制器，實現了脈沖雷達的距離跟蹤，具有測距精度高、測距穩定、抗干擾能力強及電路簡便等優點。該模塊能夠對目標進行手動跟蹤測距和自動跟蹤測距。

　　1 該模塊的理論設計

　　一般雷達數字跟蹤是通過時間鑒別器鑒別出回波信號與跟蹤脈沖之間的遲延時間差，然后利用時鐘脈沖對這個時間差進行計數，作為距離誤差反饋至跟蹤處理單元，其本質上是把模擬系統輸出量進行數字變換，即在模擬量的基礎上變換的，實質上還是模擬量(如圖1所示)。變換之間又有不可避免的系統誤差存在，例如要對跟蹤脈沖計時計數，而計時計數的起始時間必須要和雷達發射脈沖同步，要做到完全同步是很難的，這之間的誤差在所難免。又如某型雷達時間鑒別器中回波信號與跟蹤脈沖之間的時間差要轉化為帶有極性的電壓(存在誤差)，然后又要將此電壓轉化為距離計數器的計數脈沖(也存在誤差)，使距離計數器做加或減計數，實現對目標的距離跟蹤。

　　該模塊只需知道目標回波的二進制距離數值，然后與跟蹤脈沖的二進制數值進行比較，形成距離誤差作為反饋至距離產生器進行跟蹤處理即可，不需要對跟蹤脈沖進行專門的時間測量，也不必對回波信號和跟蹤脈沖間的時間差進行比較，簡化了電路構成、減少了系統誤差。在雷達全程探測完畢時，由計數停止脈沖將控制距離計數器和鎖存器清零。計數停止脈沖可以由下一個發射脈沖的前沿產生，也可由火控計算機提供。圖2是利用以上理論而設計的該跟蹤測距模塊的數據流程圖，該模塊利用數字技術可以實現距離數據的自動跟蹤。把目標的時延變成數字量，最基本的辦法就是利用計數器，并加以適當的控制。當雷達發射脈沖信號時，就觸發T觸發器，這樣同時啟動了計數器工作，一旦確定接收到了目標回波，就再一次觸發T觸發器使其停止計數器計數，這樣就在回波到達的時刻讀出計數器輸出的數據，即得到目標距離數據，通過與手動測距計數器輸出的數值進行比較，就得到距離誤差值，送至控制器進行跟蹤處理。手動與自動跟蹤測距的轉換是通過一個與門進行切換的。很明顯，該模塊的控制器和跟蹤脈沖產生器已經不是圖1所示意義上的控制器和跟蹤脈沖產生器。這時的控制器和跟蹤脈沖產生器已經融合在一起(在此仍用傳統的三部分來區分整個跟蹤測距模塊，但意義有所不同)。該模塊的優點就是結構簡單、易于理解且通用性比較強。不僅可以用在雷達整個跟蹤系統當中，也可以用在通用雷達訓練器的目標回波產生器和跟蹤測距訓練器上。

　　2 手／自動距離跟蹤測距模塊的設計

　　該數字式距離跟蹤模塊由時間鑒別器、距離產生器和跟蹤脈沖產生器組成。

　　2．1 時間鑒別器的設計

　　在該模塊中時間鑒別器(距離比較器)由上、下鎖存器及帶有符號位的減法電路組成。上鎖存器輸出目標回波的實際距離脈沖計數值；下鎖存器輸出跟蹤脈沖的距離計數值；兩距離計數值同時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生器(即控制器)進行跟蹤處理。

　　2．2 跟蹤脈沖產生器的設計

　　跟蹤脈沖產生器由手動脈沖輸出器、加／減計數單元以及寄存器組成，所以嚴格來講應該是手動跟蹤脈沖產生器，它對手動脈沖進行汁數形成跟蹤脈沖，跟蹤脈沖產生器輸出的數據是送給控制器的一端。其中加／減計數單元由4片74LS191(單時鐘4位二進制可逆計數器)構成的串行可逆計數。計數器的計數方向和計數方式受工作方式控制電路控制，手動脈沖輸出器產生兩組相位相差90°的脈沖，當工作在手動時，脈沖1作為可逆計數器的時鐘脈沖，脈沖2通過JK觸發器 74HC107變成控制計數器進行加／減計數的控制脈沖，兩組手動脈沖通過加／減計數單元形成跟蹤脈沖的進退，等到跟蹤脈沖與目標回波距離數值相差在一定范圍時就可轉入對目標進行自動跟蹤和測距(當然這時也可以不進行自動跟蹤測距)，當進入自動跟蹤狀態時加／減計數器停止計數，這時就不能對目標進行手動跟蹤和測距，控制器在原來加／減計數器已經輸出的數值的基礎上根據送來的距離誤差值進行數據跟蹤處理。

　　寄存器的作用是輸出數據到控制器，它起著選擇輸出的作用，當進行手動跟蹤時，選擇輸出加／減計數單元的數據；而當進行自動跟蹤時，選擇輸出控制器輸出的數據，等待和時間鑒別器輸出的數據一起到加／減單元進行跟蹤處理。

?　　2．3 距離產生器的設計

　　距離產生器(即控制器)有兩個輸入端，分別輸入跟蹤脈沖產生器的送來的數值和距離誤差寄存器送來的數值，距離產生器主要由加減／法單元及距離誤差寄存器組成，它利用距離比較器送來的一定范圍內距離誤差值對跟蹤脈沖產生器產生的跟蹤脈沖進行修正，從而達到決定手動跟蹤還是自動跟蹤以及對目標距離的測量。例如：當距離誤差值小于750 m時就觸發誤差寄存器輸出為距離誤差值，即進行自動跟蹤和測距處理；當距離誤差值大于750 m時就觸發誤差寄存器輸出為0，從而只能進行手動跟蹤和測距。加減／法單元是由4片74HC381(具有8種二進制算法的算術邏輯單元的運算器) 及1片超前位產生器74HC182組成的16位全超前進位算術運算電路。運用74HC182是為了使運算器能夠進行并行運算，這樣可以大大提高控制器的運算速度。距離產生器產生的數據經下鎖存器，再輸出到時間鑒別器和火控及終端顯示器，就能夠在顯示終端看到雷達跟蹤的情況和所測到的目標距離了。

　　距離誤差寄存器是由3片74LS174單向正沿觸發的6位集成寄存器構成。它的主要作用是提供自動跟蹤時的距離誤差數據，送給加／減法單元，其還能夠決定手動跟蹤還是自動跟蹤，當各片74LS174的清零端置0時，距離誤差寄存器輸出為0，整個模塊進入手動跟蹤測距狀態；當清零端置1時進入自動跟蹤測距狀態，距離誤差寄存器輸出距離誤差值。

　　3 結 語

　　這里對雷達跟蹤測距模塊進行了分析和設計，提出了雙路距離計數再進行距離比較的辦法(而不是對跟蹤脈沖和目標回波時間差進行距離比較的方法)對目標進行跟蹤測距，該設計方法不是根據回波超前或滯后跟蹤波門來判定時間鑒別器輸出距離誤差的極性，也不是根據回波與前后波門重合面積的比較來輸出距離誤差的，是一種創新的設計方法，在節省費用、簡化電路結構和故障維修方面可以有比較大的挖掘空間。