信號(hào)采集程序包括幅度信號(hào)錄取程序和角度信號(hào)錄取程序，也就是A/D和軸角編碼器的啟動(dòng)和數(shù)據(jù)輸出程序。采集的天線(xiàn)幅度信號(hào)存入外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;由于繪制方向圖和參數(shù)計(jì)算只需角度的變化量，不需要角度的絕對(duì)值，因此，角度數(shù)字信號(hào)不必像天線(xiàn)幅度信號(hào)一樣存放在存儲(chǔ)器中，而是用存儲(chǔ)器地址的后幾位來(lái)代表角度信號(hào)，即存放某一位置幅度信號(hào)的地址，就包含了該位置的角度信息。這樣處理既節(jié)省了存儲(chǔ)空問(wèn)，又使數(shù)據(jù)處理大大簡(jiǎn)化。

程序執(zhí)行流程圖如圖4所示。

測(cè)量開(kāi)始后，單片機(jī)根據(jù)軸角編碼器輸出的角度信號(hào)判斷天線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度是否為△α(相鄰兩數(shù)據(jù)點(diǎn)的角度間隔)，如果還沒(méi)有轉(zhuǎn)過(guò)△a，等待;如果已轉(zhuǎn)過(guò) △a,CPU發(fā)出啟動(dòng)A/D的指令，并將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存入外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這樣，在單片機(jī)控制下，天線(xiàn)每轉(zhuǎn)動(dòng)△a錄取一次天線(xiàn)幅度信號(hào)。錄取結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、濾波處理和參數(shù)計(jì)算，最后繪制方向圖，打印方向圖參數(shù)。

天線(xiàn)方向圖參數(shù)包括主瓣寬度、副瓣電平和交叉點(diǎn)電平。由于天線(xiàn)幅度信號(hào)采用對(duì)數(shù)值，因此乘除法運(yùn)算變成了加減法運(yùn)算，使編程簡(jiǎn)化。求解3個(gè)參數(shù)的關(guān)鍵是求出主瓣最大值點(diǎn)、第1副瓣最大值點(diǎn)和交叉點(diǎn)，找到這些點(diǎn)后再進(jìn)行簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算即可求出參數(shù)值。下面介紹數(shù)據(jù)處理程序中的測(cè)量放大器校正程序和消 毛刺程序。

3.2 測(cè)量放大器校正程序

測(cè)量放大器是該系統(tǒng)最主要的誤差源，是一個(gè)近似的對(duì)數(shù)放大器，為了得到與輸人信號(hào)對(duì)數(shù)成正比的輸出電壓，需對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。

本系統(tǒng)測(cè)量放大器的校正法是：用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出整分貝點(diǎn)校準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的測(cè)量放大器輸出電壓值，制成電壓-分貝表存人程序存儲(chǔ)器，編制查表程序可得到與整分貝點(diǎn)校正值對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，非整分貝點(diǎn)的校正值由線(xiàn)性插值法求出。計(jì)算公式為：

式中：i=1，2，…Y為整分貝校正值;X為對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)y的輸出電壓值。

電壓-分貝表可通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)獲得。實(shí)驗(yàn)配置如圖5所示。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

a)按圖5連接電路，打開(kāi)電源，使儀器正常工作。

b)將精密衰減器調(diào)至0 dB，調(diào)整信號(hào)源衰減旋鈕，使A/D輸出接近滿(mǎn)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(duì)應(yīng)的A/D輸出值。

圖6是由繪圖儀繪制的測(cè)量放大器的校準(zhǔn)曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)校準(zhǔn)后，測(cè)量放大器產(chǎn)生的誤差大大降低，但仍大于0.25 dB，信號(hào)較小時(shí)誤差接近0.5 dB。誤差產(chǎn)生的原因是校準(zhǔn)時(shí)精密衰減器本身有0.1 dB的誤差，尤其是校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境(溫、濕度等)與測(cè)量時(shí)不同造成的校準(zhǔn)誤差影響更大。因此，實(shí)際中一般制作多個(gè)分貝-電壓表，應(yīng)用于不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3.3 消除毛刺程序

由于電磁環(huán)境日趨復(fù)雜、惡劣，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)存在很多電磁干擾。出現(xiàn)最頻繁的是脈沖干擾，在繪出的方向圖中表現(xiàn)為一個(gè)個(gè)小毛刺。這些毛刺給數(shù)據(jù)處理帶來(lái)很大麻煩，如果不予消除，可能引起測(cè)量誤差增大、參數(shù)計(jì)算出錯(cuò)等現(xiàn)象。例如出現(xiàn)在主瓣上的毛刺會(huì)被誤判為副瓣，從而導(dǎo)致副瓣電平的計(jì)算出錯(cuò)。

常用的消除毛刺方法有限幅濾波法、求算術(shù)平均值法、中值濾波法和一階滯后濾波法等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，限幅濾波法對(duì)測(cè)量中出現(xiàn)的毛刺的濾波效果最好。限幅濾波法是把兩次相鄰的采樣值相減，求出增量絕對(duì)值，然后與兩次采樣允許的最大差值△Y進(jìn)行比較，如果不大于△Y，則認(rèn)為本次數(shù)據(jù)有效，保留該數(shù)據(jù);否則，取上點(diǎn)的數(shù)值作為本次數(shù)據(jù)。即

式中：K=1，2，…;X為采集數(shù)據(jù);Y為濾波數(shù)據(jù)。

△Y的選取至關(guān)重要，過(guò)大和過(guò)小其濾波效果都不理想，需通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了某雷達(dá)天線(xiàn)方向圖自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件原理。用該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，不計(jì)架設(shè)和通電準(zhǔn)備時(shí)間，從信號(hào)錄取、數(shù)據(jù)處理到最后繪制方向圖、打印計(jì)算結(jié)果，整個(gè)測(cè)試過(guò)程不超過(guò)1.5 min。該系統(tǒng)具有精度高、測(cè)量速度高、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉和適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等特點(diǎn)，既適用于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量，又適合在野外工作現(xiàn)場(chǎng)對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)量。