天線角度信號的錄取由單片機控制軸角編碼器完成。軸角編碼器直接從天線傳動機構的同步接收機三相繞組和激勵繞組上取信號，輸出12位角度數字信號。與一般角度編碼器相比，它采用跟蹤型閉環回路，具有跟蹤速度快、精度高等優點，其原理見圖3。

同步機上三相繞組的電壓經三相/二相變壓器得到兩相電壓V1和V2:

式中：υm為電壓幅值；ω為同步機繞組電壓的角頻率；θ為天線轉過的角度。

V1和V2在正余弦乘法器中分別與cosφ和sinφ相乘(cos φ和sinφ是正余弦函數發生器產生的，φ為計數器的數字量)，然后在誤差放大器中進行相減、放大得：

式中：k為誤差放大器的放大倍數。

該信號經相敏檢波后輸出誤差信號θ-φ，再經積分器積分后控制壓控振蕩器使θ-φ趨于0，此時可逆計數器輸出代表角度θ的數字量。

該軸角編碼器可輸出12位角度數字信號，具有很高的角度分辨力。從粗同步機上取信號時，最小可分辨角度為：6 000/212=1.46密位。為進一步提高分辨力，從精同步機上取信號，由于粗、精轉速比為1:20，最小可分辨角可達到1.46/20=0.073密位。

采集間隔越小，測量精度越高，但最小采集間隔受天線轉動速度、A/D轉換時間和必要的數據處理時間的限制。本系統采用等角度間隔采集，采集間隔為23×0.073=0.58密位。

3 軟件設計

3.1 軟件構成及執行流程

系統的軟件由信號采集、數據處理和方向圖參數計算及繪圖3部分組成。

信號采集程序包括幅度信號錄取程序和角度信號錄取程序，也就是A/D和軸角編碼器的啟動和數據輸出程序。采集的天線幅度信號存入外部數據存儲器；由于繪制方向圖和參數計算只需角度的變化量，不需要角度的絕對值，因此，角度數字信號不必像天線幅度信號一樣存放在存儲器中，而是用存儲器地址的后幾位來代表角度信號，即存放某一位置幅度信號的地址，就包含了該位置的角度信息。這樣處理既節省了存儲空問，又使數據處理大大簡化。

測量開始后，單片機根據軸角編碼器輸出的角度信號判斷天線轉過的角度是否為△α(相鄰兩數據點的角度間隔)，如果還沒有轉過△a，等待；如果已轉過 △a,CPU發出"啟動"A/D的指令，并將A/D轉換結果存入外部數據存儲器。這樣，在單片機控制下，天線每轉動△a錄取一次天線幅度信號。錄取結束后，進行數據校準、濾波處理和參數計算，最后繪制方向圖，打印方向圖參數。

天線方向圖參數包括主瓣寬度、副瓣電平和交叉點電平。由于天線幅度信號采用對數值，因此乘除法運算變成了加減法運算，使編程簡化。求解3個參數的關鍵是求出主瓣最大值點、第1副瓣最大值點和交叉點，找到這些點后再進行簡單的加減運算即可求出參數值。下面介紹數據處理程序中的測量放大器校正程序和消" 毛刺"程序。
3.2 測量放大器校正程序

測量放大器是該系統最主要的誤差源，是一個近似的對數放大器，為了得到與輸人信號對數成正比的輸出電壓，需對其進行校準。

本系統測量放大器的校正法是：用實驗方法測出整分貝點校準值對應的測量放大器輸出電壓值，制成電壓-分貝表存人程序存儲器，編制查表程序可得到與整分貝點校正值對應的輸出電壓值，非整分貝點的校正值由線性插值法求出。計算公式為：

式中：i=1，2，…Y為整分貝校正值；X為對應Y的輸出電壓值；y為位于yi-1與Yi之間的非整分貝校正值；x為對應y的輸出電壓值。

電壓-分貝表可通過下面的實驗獲得。實驗配置如圖5所示。

實驗步驟如下：

a)按圖5連接電路，打開電源，使儀器正常工作。

b)將精密衰減器調至0 dB，調整信號源"衰減"旋鈕，使A/D輸出接近滿量程。

c)增大精密衰減器的衰減量，每變化1 dB讀一次A/D輸出值，直到輸出為0。

d)以分貝值為地址(末幾位)，在EPROM中固化相對應的A/D輸出值。

圖6是由繪圖儀繪制的測量放大器的校準曲線。實驗表明，經校準后，測量放大器產生的誤差大大降低，但仍大于0.25 dB，信號較小時誤差接近0.5 dB。誤差產生的原因是校準時精密衰減器本身有0.1 dB的誤差，尤其是校準時的環境(溫、濕度等)與測量時不同造成的校準誤差影響更大。因此，實際中一般制作多個分貝-電壓表，應用于不同的實驗環境。

3.3 消除"毛刺"程序