摘要 分析單脈沖雷達接收機DAGC的基本原理，給出靈敏度時間(STC)控制、手動增益控制及自動增益控制的數(shù)字實現(xiàn)方法以及相應(yīng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)框圖。根據(jù)實踐經(jīng)驗討論了數(shù)字AGC技術(shù)工程化設(shè)計中需考慮的衰減量波動、數(shù)控衰減器在中頻電路中引入的沖擊振蕩、頻率捷變狀態(tài)中通道增益和數(shù)字AGC技術(shù)實現(xiàn)對接收機增益控制等幾個問題，以及解決途徑。
關(guān)鍵詞 DAGC技術(shù)；靈敏度時間控制；數(shù)字自動增益控制；衰減器；FPGA

    在雷達工作過程中，目標回波信號的強度會有較大起伏，使接收機的輸入信號會有相應(yīng)的變化，變化范圍為-100～15 dBm。若要在如此寬的信號變化范圍中保持接收設(shè)備能對信號進行線性放大，和保持信號不飽和失真，就需要控制接收機的增益，擴展接收機的動態(tài)范圍，并以此來防止近程雜波及大目標回波使接收機發(fā)生過載，實現(xiàn)洲角歸一化，使接收機輸出的角誤差信號強度只與目標偏離天線軸線的夾角有關(guān)，而與距離的遠近和反射面積的大小無關(guān)。在工程實踐中，通常用AGC來達到這一目的。
    早期雷達采用模擬AGC電路，精度不高，且調(diào)試復(fù)雜。后經(jīng)采用EPROM和D／A轉(zhuǎn)換器對模擬衰減器的控制曲線加以修正，提高了對接收機進行調(diào)試和補償?shù)撵`活性，但電路集成度低，設(shè)備量大。
    文中介紹了三路單脈沖雷達接收機DAGC技術(shù)的工程實現(xiàn)方法，其是基于A／D轉(zhuǎn)換芯片AD9280、FPGA(XC2V1000)等數(shù)字電路，在系統(tǒng)搜索狀態(tài)采用靈敏度時問控制(STC)及手動增益控制、跟蹤狀態(tài)采用AGC控制，實時調(diào)整中頻接收機的增益，從而增強系統(tǒng)的靈活性，使得信號處理能夠根據(jù)雷達工作狀態(tài)的需要，調(diào)整中放模塊的增益，甚至改變自動增益控制的方式。

1 三路單脈沖雷達接收機DAGC技術(shù)
1．1 組成及工作原理
    圖1為三路單脈沖雷達接收機DACC的組成框圖。搜索狀態(tài)衰減器1受靈敏度時間控制，衰減器2受手動增益控制。跟蹤狀態(tài)和通道AGC，以和通道中頻信號作為輸入信號。當目標由遠至近，回波信號由弱到強時，控制兩級衰減器，使得通道中頻信號幅度保持不變，與時差通道數(shù)控衰減器衰減量與和通道保持一致，從而保證了兩個支路輸出的角誤差信號與目標偏離天線軸線的夾角有關(guān)，而與目標的遠近大小無關(guān)。圖中FPGA用來實現(xiàn)數(shù)字增益控制。

1．2 STC及手動增益控制的數(shù)字化實現(xiàn)
    在進行大范圍目標搜索時，需要把距離選通波門開得較寬，這可用STC電路來實現(xiàn)。其屬于AGC，可用來減輕近距離的地物反射或海浪反射引起的雜波干擾，防止中頻放大器產(chǎn)生過載。由于叢林、海浪等地物反射引起的雜波干擾的強度隨距離的增大而減小，因此STC電路適用于消弱此種具有特定變化規(guī)律的雜波干擾。
    具體實現(xiàn)方法是：根據(jù)信號的實際情況確定近距離增益值和增益隨時間變化的曲線，將這一曲線存儲在一個小的臨時緩存中，即加載到FPGA內(nèi)部ROM中，在發(fā)射觸發(fā)脈沖觸發(fā)時將存儲量按一定時間源源不斷地讀出，產(chǎn)生隨時間變化的衰減量曲線，從而實現(xiàn)靈活準確的STC。圖2為STC數(shù)字實現(xiàn)的框圖。

    手動增益控制的實現(xiàn)較為簡單，其過程是將手動控制電壓經(jīng)A／D變換后送到FPGA，在FPGA內(nèi)部經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器輸出后送到控制衰減器2，實現(xiàn)手動增益控制。
1．3 跟蹤狀態(tài)自動增益控制數(shù)字化實現(xiàn)
    跟蹤狀態(tài)自動增益控制是對被跟蹤目標的幅值進行采樣，根據(jù)幅值的大小，反過來控制前端中頻放大電路中的衰減器，將信號輸出調(diào)整到適合檢測的幅值范圍內(nèi)。如圖1所示，A／D數(shù)據(jù)輸出到FPGA，在FPCA內(nèi)取測距波門中心的3個值，進行比較，選取最大值，作為被跟蹤信號幅值，則有
    A(n+1)=A(n)+e(n)      (1)
    式(1)中，A(n)為第n次脈沖回波周期的衰減量；e(n)為第n周被跟蹤信號幅值與各級門限比較所得的增益需要調(diào)整dB數(shù)；A(n+1)為n+1第次回波周期的衰減量。
    每次在修正AGC碼之前，需采用求出的差值e(n)對當前衰減量進行修正，將信號調(diào)整到設(shè)計允許的誤差范圍內(nèi)，或者AGC值衰減量達到系統(tǒng)允許的最大值。
    各級門限值的確定方法是：首先確定標準門限值λ，標準門限值由A／D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍、接收機的動態(tài)范圍和噪聲電平以及雷達虛警概率共同確定，根據(jù)接收機在AGC調(diào)整范圍內(nèi)的噪聲電平大小，得到相應(yīng)檢測所需的信號幅值，這就是標準門限的下限λ下。門限的上限λ上由A／D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍決定，為防止信號飽和，一般低于A／D轉(zhuǎn)換器可測量值3 dB，例如，如果最大量程為±1 V，則可取信號調(diào)整到位時的最大幅值為0．707 V。當信號幅值處于標準門限值之間時，e(n)值為0。然后根據(jù)衰減器步跳量及信號最大起伏量確定剩余各級門限值，則有
    e(n)=20lg(λx／λ上)     (2)
    式(2)中，λx為各級門限值，假設(shè)衰減器的步跳量為0．5 dB，則由e(n)分別等于0．5，1．0，1．5，…，計算出各級門限值λ1，λ2，λ3，…，設(shè)信號幅值為V，則當λ上<V≤λ1時，e(n)值為0．5 dB；當λ1<V≤λ2時，e(n)值為1．0 dB，…。

2 工程中問題的解決
2．1 中放增益控制問題
    系統(tǒng)搜索狀態(tài)中的兩級衰減器分別受靈敏度時間控制和手動增益控制，當雷達發(fā)現(xiàn)目標時，操作手在按跟蹤鍵之前，需調(diào)整手動增益，以使目標回波在系統(tǒng)跟蹤所要求的電平范圍內(nèi)。解決辦法，是將自動增益控制的初始值設(shè)為測距波門中心點處的靈敏度時間控制值和手動增益控制值之和，這樣信號能快速調(diào)整到標準門限之內(nèi)，對近距離目標有效。此方法已成功應(yīng)用于工程中，可在8個雷達工作周期內(nèi)實現(xiàn)目標回波輸出穩(wěn)定。
2．2 頻率捷變狀態(tài)中通道增益問題
    采用頻率捷變體制的寬帶雷達系統(tǒng)中，帶內(nèi)增益很難保持一致，回波信號幅度會有較大變化，有時甚至影響跟蹤的穩(wěn)定性。解決方法是測出雷達通道在不同頻點的增益差值，頻率變化時在數(shù)字AGC控制下對不同頻點的增益差值進行補償。
2．3 衰減量波動問題
    在進行信號處理時，需檢測和支路信號中輸入信號的電平。但是，當幅值處于調(diào)節(jié)衰減的臨界狀態(tài)時，由于電平檢測的波動性和滯后性，使得即使輸入信號的電平?jīng)]有發(fā)生較大的變化，其估計值也時常會在某一AGC值左右震蕩。這樣就會出現(xiàn)中頻增益反復(fù)調(diào)整的現(xiàn)象，使輸出電平不穩(wěn)，雷達系統(tǒng)無法進入穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)。解決方案是使加上衰減與撤去衰減的門限不同。根據(jù)雷達目標檢測的特性，可以令加上衰減的門限高，而撤去衰減的門限低來解決，在系統(tǒng)中衰減器最小衰減量為0．5dB，所以設(shè)計的門限上限和下限之間差值>0．5dB。
2．4 沖擊振蕩問題
    由于數(shù)控衰減器的開關(guān)作用時會在輸出端產(chǎn)生沖擊振蕩，其會對中頻信號造成干擾，成為假目標。工程設(shè)計中，通過手動增益控制和自動增益控制的時序調(diào)整，即手動增益控制碼的變化控制在雷達休止期，自動增益控制碼的變化控制在測距波門的前后沿，從而解決沖擊振蕩干擾問題。由于靈敏度時間控制無法通過時序調(diào)整來解決，所以系統(tǒng)中衰減器1應(yīng)采用模擬衰減器，其有效地解決了沖擊震蕩問題。搜索狀態(tài)下的視頻輸出波形如圖3所示，跟蹤狀態(tài)下的視頻輸出波形如圖4所示。

2．5 接收機增益控制中存在的問題
    用數(shù)字AGC技術(shù)實現(xiàn)對接收機增益控制仍存在一些問題亟待解決。如果雷達在受到同頻異步信號干擾時，使用這種數(shù)字化的干擾信號進行AGC時，可能導(dǎo)致衰減量被迅速調(diào)整到一個背離實際情況的值，從而丟失目標。因此，在軟件設(shè)計上應(yīng)采取一些措施，避免此情況出現(xiàn)。另外，當目標檢測過程中采用多脈沖積累技術(shù)時，如果區(qū)域內(nèi)存在目標或者噪聲突然增強或減弱，在一次脈沖積累過程中由于不調(diào)整AGC，會出現(xiàn)接收機飽和或信號丟失現(xiàn)象，這是應(yīng)用數(shù)字AGC技術(shù)時應(yīng)當注意的問題。

3 結(jié)束語
    數(shù)字AGC技術(shù)調(diào)節(jié)方便、反饋快捷、精度高，從而增強了對接收中頻放大模塊的控制能力，有利于提高系統(tǒng)的檢測和跟蹤性能。目前，大量可編程邏輯器件集成度越來越高，IP核也越來越多，性價比也越來越好，為數(shù)字化自動增益制技術(shù)的應(yīng)用提供了有利的硬件平臺。文中介紹的單脈沖雷達接收機DAGC技術(shù)，已在某型號雷達的研制中具體應(yīng)用，解決了工程應(yīng)用中的許多實際問題，收到了良好的效果。