CN108832966A - 一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法，通过计算机程控仪表对跳频滤波器模块进行自动化指标测试，并对测试的数据采用差值优选算法，计算分析筛选出短波预后选器理论中心频率所对应跳频滤波器最优的控制码。再通过计算机程控仪表对短波预后选器进行自动化的测试，并对测试的所有理论中心频率上带内互调指标、带外互调指标和增益后数据进行计算分析，得到宽带低噪声放大器的放大增益的最优值所对应的控制值。进一步通过计算机程控仪表自动测试短波预后选器所有理论中心频率在不同的AGC调整值下的增益值，得到短波预后选器每个理论中心频率所对应的AGC的控制值。并将这些控制码及控制值存入短波预后选器控制器内。
Description
技术领域
本发明涉及短波预后选器的自动化生产技术,一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法。
背景技术
随着跳频技术的发展，短波预后选器被广泛应用于军事通信系统中，它对通带内频率呈现匹配传输，对阻带内频率失配而进行反射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。短波预后选器主要用于提高接收机和发射机的选择性，短波预后选器能有效地抑制带外干扰，使电台的电场辐射敏感度等指标提高和改善，确保电台在复杂电磁环境中能正常工作。短波预后选器主要应用于电台的接收通道的前端，短波预后选器主要应用于电台的发射机功放前端，因而它的性能好坏直接影响到射频信号的质量，对电台的性能指标的提升起着非常重要的作用。
短波预后选器一般包括数字控制电路、升压电路、收发转换电路、波段转换电路、跳频滤波器、宽带低噪声放大器、数控AGC和收保护电路。短波预后选器的性能指标由跳频滤波器、宽带低噪声放大器及数控AGC的相互作用来共同决定。提升短波预后选器的性能需要合理调整各模块的性能，使整体性能达到最优。由于器件及印制板制造的偏差，造成短波预后选器生产过程中一致性差，特别是内部的跳频滤波器和宽带低噪声放大器组件，因而每个的短波预后选器靠有经验的调试员手动调整各模块的参数去提升短波预后选器的性能指标，造成生产效率低下且生产成本高。目前只有少数厂家能设计和生产短波预后选器，且自动化生产技术有限，未能通过计算机控制技术及智能算法来优化的短波预后选器的性能。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法。通过综合考虑影响短波预后选器性能的各种因素并自动测试这些因素，以此计算并优化各模块的性能，并使短波预后选器的整体性能指标达到最优。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法，包括以下步骤：
步骤1，通过计算机程控仪表对跳频滤波器模块进行自动化指标测试，并对测试的数据采用差值优选算法计算分析筛选出短波预后选器理论中心频率所对应跳频滤波器最优的控制码；
步骤2，通过计算机程控仪表对短波预后选器进行自动化的测试，并对测试的所有理论中心频率上带内互调指标、带外互调指标和增益后数据进行计算分析，得到宽带低噪声放大器的放大增益的最优值所对应的控制值；
步骤3，通过计算机程控仪表自动测试短波预后选器在所有理论中心频率下不同的AGC调整值下的增益值，得到短波预后选器每个理论中心频率所对应的AGC的控制值，并将这些控制码及控制值存入短波预后选器控制器内。
进一步，所述步骤1包括：
步骤101，根据短波预后选器的指标要求信息确定跳频滤波器模块每个跳频频点的理论中心频率最大容许偏差Ef，和跳频滤波器模块的插损、3dB带宽及K％的左右抑制的最优理论值为IL、BW、SL、SR，并且确定跳频滤波器模块每个跳频频点插损、3dB带宽及K％的左右抑制能够满足短波预后选器指标要求的最大阀值EIL、E3dB、Esl、Esr；
步骤102，跳频滤波器模块的控制码数量为n，通过计算机程控网络分析仪测试跳频滤波器模块在每个控制码{A1,A2，…,An}下的一组指标，指标包括：中心频率{F1,F2，…，Fn},插损{IL1,IL2，…，ILn},3dB带宽{BW1,BW2，…，BWn}，K％的左右抑制{SL1,SL2,…,SLn},{SR1,SR2，…,SRn}，其中K％表示相对中心频率左右偏离频率F的插损值；
步骤103，根据跳频滤波器模块中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制对短波预后选器的指标要求的影响程度确定中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制的权重因子α、β、γ及δ，确定误差值计算函数U(An)，其中控制码对应自变量An值，α+β+γ+δ＝100；
步骤104，根据短波预后选器的实际跳频频点数m，初始化短波预后选器的跳频频点的理论中心频率为{F01,F02，…，F0m}且F01<F02<…<F0m，其中m小于跳频滤波器模块控制码n，F01>＝Fmin，F0m<＝Fmax；Fmin为实测中心频率的最小值，Fmax为实测中心频率的最大值；
步骤105,根据设定的相对理论中心频率的最大容许偏差Ef和插损、3dB带宽、K％的左右抑制的最大阀值EIL、E3dB、Esl、Esr计算筛选出跳频滤波器模块在短波预后选器每个理论中心频率{F01,F02，…，F0m}上满足上面条件的一组新的控制码{F0A1,F0A2，…,F0Ai},{F1A1,F1A2，…,F1Aj}，…,{FmA1,FmA2，…,FmAj}；
步骤106，根据设定的中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制的权重因子α,β,γ及δ，计算在每个理论中心频率下对应的误差值|U(An)|；
步骤107,确定在每个理论中心频率下最小的误差值MU(An)，并记录下最小误差值MU(An)对应的控制码An，并将优化选择的控制码存入到短波预后选器的控制器内，作为跳频滤波器模块最优参数。
进一步，所述步骤2包括：
步骤201，设定数控AGC的最大调节范围为G，确定短波预后选器带内互调和带外互调最小值IMD、IMDN，及增益范围{GMin-GMax}，增益最优值Gm＝(GMax-GMin)/2；
步骤202，通过计算机程控信号源及频谱测试短波预后选器的在每个跳频频点上的带内互调指标{IMDf1,IMDf2，…,IMDfm},带外互调指标{IMDNf1,IMDNf2，…,IMDNfm}及增益{Gf1,Gf2，…,Gfm}；
步骤203，计算确定带内互调和带外互调的最小值IMDmin、IMDNmin，及增益的最大值Gmax与最小值Gmin的差值DG；
步骤204，如果IMDmin>IMD,IMDNmin>IMDN,DG<G，则得到短波预后选器的内部宽带低噪声放大器最优放大增益值，并将宽带低噪声放大器最优放大增益值下的控制值存入短波预后选器的控制器内，否则重新调整内部宽带低噪声放大器的放大增益后进行步骤202。
进一步，所述步骤3包括：
步骤301，通过计算机程控网络分析仪测试短波预后选器每个跳频频点在不同AGC值{C0,C1，…,Cx}下的增益值{G1,G2，…,Gx}，并计算增益值与增益最优值的差值{DG1,DG2，…,DGx}；
步骤302，根据所得差值的最小值DGmin，即可获得每个跳频频点下最优AGC的值，将最优AGC的值所对应的AGC控制值存入短波预后选器的控制器内。
进一步，所述误差值计算函数U为：
U(An)＝|F0m-F0(An)|×α+|IL-IL(An)|×β+|BW–BW(An)|×γ+|SL–SL(An)|×δ+|SR–SR(An)|×δ
其中F0m表示短波预后选器跳频频点对应的理论中心频率；F0(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测中心频率；IL(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测插损；BW(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测的3dB带宽；SL(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测K％的左抑制；SR(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测K％的右抑制；IL表示跳频滤波器模块的最优理论插损；BW表示跳频滤波器模块的最优理论3dB带宽；SL表示跳频滤波器模块的最优理论K％的左抑制；SR表示跳频滤波器模块的最优理论K％的右抑制；α、β、γ及δ分别表示中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制对应的权重因子。
本发明的有益效果是：将自动控制技术和短波预后选器优化算法相结合，通过计算机程控仪表测试短波预后选器及内部数控跳频滤波器的重要指标数据，并根据实测的指标数据借助计算机完成短波预后选器内部的性能参数优化计算，将这些优化计算所得参数的控制码及控制值存储到短波预后选器的控制器内作为短波预后选器的一个重要组成部分，从而可以克服短波预后选器在生产过程中一致性差的问题，使得短波预后选器的性能最优化。。
附图说明
图1是短波预后选器自动测试连接示意图。
图2是计算机软件优化跳频滤波器的效果图。
图3是计算机软件优化AGC的效果图。
图4是跳频滤波器优化的自动控制流程图。
图5是短波预后选器优化的自动控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
为了解决短波预后选器生产技术的缺点与不足，本发明提供了一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法。通过综合考虑影响短波预后选器性能的各种因素并通过计算机程控仪表自动测试这些因素的实际值，再通过分析计算实测值改变短波预后选器内部的控制参数来优化短波预后选器的性能，不仅使短波预后选器满足生产指标的要求，还能降低生产成本，提高生产效率，达到最优性能指标。
跳频滤波器是一种可以通过并行控制码或者串行控制码切换谐振频率的滤波器。跳频滤波器作为短波预后选器的一个重要功能模块，它的跳频频率带宽与短波预后选器跳频频率带宽是一致。由于跳频频率的控制码数量大于短波预后选器的工作频率点数(即跳频频点)，且不同控制码对应的谐振中心频率在性能指标有差别，因而需要将跳频滤波器的谐振中心频率与短波预后选器工作中心频率对应起来。因此，在实际生产时需要根据短波预后选器工作中心频率选择合理的控制码，使跳频滤波器在每个谐振中心频率性能指标最优化。设定短波预后选器的工作中心频率点的个数为M，每个工作频率点的理论中心频率为{F01,F02，…，F0m}，跳频滤波器的控制码为N；且N>4*M。
根据短波预后选器生产指标要求确定跳频滤波器模块理论中心频率最大容许偏差Ef和跳频滤波器模块的插损、3dB带宽及K％的左右抑制的最优理论值为IL、BW、SL、SR。并且确定跳频滤波器模块每个理论中心频率的插损、3dB带宽及K％的左右抑制的最大阀值EIL、E3dB、Esl、Esr。中心频率，插损、3dB带宽及K％的左右抑制对应的权重因子α、β、γ及δ。α+β+γ+δ＝100。
网络分析仪、信号源、频谱分析仪可以通过以太网、GPIB或者串口连接计算机，再使用VC编写计算机软件程序并采用SCPI命令来控制网络分析仪进行自动测试并读取测试数据。计算机同时通过串口或者以太网与短波预后选器的控制板相连，控制板再通过串口或者并口与跳频滤波器相连。短波预后选器的控制板采用单片机、DSP或者FPGA作为主控器。则可以采样计算机软件程序与短波预后选器的控制板进行通信控制跳频滤波器切换谐振频率。
按照图1所示将计算机与网络分析仪，短波预后选器连接起来。
假定跳频滤波器的N个控制码为{A1,A2，…,An}。计算机通过短波预后选器控制板使跳频滤波器工作在控制码为Ax的谐振频率下，(x＝1,2,...,N)。
计算机控制网络分析仪测试跳频滤波器工作在控制码为Ax下的中心频率Fx、插损ILx、3dB带宽BWx、K％的左右抑制SLx、SRx，(x＝1,2,...,N；K＝5,10,15,20)。
计算机读取仪表测试的数据并将数据存储在数据库中。计算机再与短波预后选器控制板进行通信发送下一个控制码给跳频滤波器。控制完跳频滤波器后再控制仪表进行测试、读取并保存测试数据。
计算机将跳频滤波器的所有控制码下的指标测试完成后。根据短波预后选器所要求的理论中心频率F0x，(x＝1,2,...,M)，进行数据优化计算，算法流程如图4以及表1所示。
表1：跳频滤波器优化计算方法流程
将计算所得到的控制码Ax(x＝1,2,...,M)存入短波预后选器的控制器内，实际效果见图2。
如图5所示，进行短波预后选器优化，设定数控AGC的最大调节范围为G，根据具体产品指标确定或设定短波预后选器带内互调和带外互调最小值IMD、IMDN，及增益范围{GMin-GMax}。确定增益最优值Gm，Gm＝(GMax-GMin)/2。
按照图1所示将计算机与信号源，频谱，短波预后选器连接起来。计算机先与短波预后选器进行通信发送指令使它工作在理论中心频率上。再通过计算机程控信号源及频谱测试短波预后选器的在理论中心频率上的带内互调指标IMDx,带外互调指标IMDNx及增益Gx，(x＝1,2,...,M)。
计算机自动测试完所有理论中心频率上带内互调指标、带外互调指标和增益后。查找测试的带内互调和带外互调的最小值IMDmin、IMDNmin，及增益的最大值Gmax与最小值Gmin，并计算增益差值DG＝Gmax-Gmin。
如果IMDmin>IMD,IMDNmin>IMDN,DG<G。则得到短波预后选器的内部宽带低噪声放大器最优放大增益值。否则重新调整内部宽带低噪声放大器的放大增益后重新自动测试所有理论中心频率上带内互调指标、带外互调指标和增益。
将得到的宽带低噪声放大器最优放大增益值对应的控制值存入短波预后选器的控制器内。
按照图1所示将计算机与网络分析仪，短波预后选器连接起来。通过计算机发送控制码后，短波预选器工作在实际频率上，这个实际工作频率是在控制码对应的理论中心频率附近。而且可以通过仪表测试控制码所对应的理论频率的相关指标，以此判断实际工作频率是否在理论中心频率附近和相关指标是否合格。再产品内部的处理器来控制数控衰减器调整AGC，控制短波预后选器的AGC的衰减值。每改变一次短波预后选器的AGC的衰减值Cx，计算机程控网络分析仪自动测试一次增益值Gx，(x为AGC可调衰减值的次数)。
自动测试完当前理论中心频率下所有AGC的衰减值对应的增益值后，计算每个增益值Gx与增益最优值Gm的差值{DG1,DG2，…,DGx}(x为AGC可调衰减值的次数)。
查找差值的最小值DGmin，确定当前理论中心频率下最优AGC的值及对应的控制值CT，并存入到数据库中。
计算机自动测试并计算得到短波预后选器每个理论中心频率所对应的AGC的控制值{CT1,CT2，…,CTx}(x＝1,2,...,M)。再将所得到的所有AGC控制值存入短波预后选器的控制器内，实际效果见图3。即短波预后选器完成了的优化过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过计算机程控仪表对跳频滤波器模块进行自动化指标测试，并对测试的数据采用差值优选算法计算分析筛选出短波预后选器理论中心频率所对应跳频滤波器最优的控制码；
步骤2，通过计算机程控仪表对短波预后选器进行自动化的测试，并对测试的所有理论中心频率上带内互调指标、带外互调指标和增益后数据进行计算分析，得到宽带低噪声放大器的放大增益的最优值所对应的控制值；
步骤3，通过计算机程控仪表自动测试短波预后选器在所有理论中心频率下不同的AGC调整值下的增益值，得到短波预后选器每个理论中心频率所对应的AGC的控制值，并将这些控制码及控制值存入短波预后选器控制器内。
2.根据权利要求1所述一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤101，根据短波预后选器的指标要求信息确定跳频滤波器模块每个跳频频点的理论中心频率最大容许偏差Ef，和跳频滤波器模块的插损、3dB带宽及K％的左右抑制的最优理论值为IL、BW、SL、SR，并且确定跳频滤波器模块每个跳频频点插损、3dB带宽及K％的左右抑制能够满足短波预后选器指标要求的最大阀值EIL、E3dB、Esl、Esr；
步骤102，跳频滤波器模块的控制码数量为n，通过计算机程控网络分析仪测试跳频滤波器模块在每个控制码{A1,A2，…,An}下的一组指标，指标包括：中心频率{F1,F2，…，Fn},插损{IL1,IL2，…，ILn},3dB带宽{BW1,BW2，…，BWn}，K％的左右抑制{SL1,SL2,…,SLn},{SR1,SR2，…,SRn}，其中K％表示相对中心频率左右偏离频率F的插损值；
步骤103，根据跳频滤波器模块中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制对短波预后选器的指标要求的影响程度确定中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制的权重因子α、β、γ及δ，确定误差值计算函数U(An)，其中控制码对应自变量An值，α+β+γ+δ＝100；
步骤104，根据短波预后选器的实际跳频频点数m，初始化短波预后选器的跳频频点的理论中心频率为{F01,F02，…，F0m}且F01<F02<…<F0m，其中m小于跳频滤波器模块控制码n，F01>＝Fmin，F0m<＝Fmax；Fmin为实测中心频率的最小值，Fmax为实测中心频率的最大值；
步骤105,根据设定的相对理论中心频率的最大容许偏差Ef和插损、3dB带宽、K％的左右抑制的最大阀值EIL、E3dB、Esl、Esr计算筛选出跳频滤波器模块在短波预后选器每个理论中心频率{F01,F02，…，F0m}上满足上面条件的一组新的控制码{F0A1,F0A2，…,F0Ai},{F1A1,F1A2，…,F1Aj}，…,{FmA1,FmA2，…,FmAj}；
步骤106，根据设定的中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制的权重因子α,β,γ及δ，计算在每个理论中心频率下对应的误差值|U(An)|；
步骤107,确定在每个理论中心频率下最小的误差值MU(An)，并记录下最小误差值MU(An)对应的控制码An，并将优化选择的控制码存入到短波预后选器的控制器内，作为跳频滤波器模块最优参数。
3.根据权利要求2所述一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤201，设定数控AGC的最大调节范围为G，确定短波预后选器带内互调和带外互调最小值IMD、IMDN，及增益范围{GMin-GMax}，增益最优值Gm＝(GMax-GMin)/2；
步骤202，通过计算机程控信号源及频谱测试短波预后选器的在每个跳频频点上的带内互调指标{IMDf1,IMDf2，…,IMDfm},带外互调指标{IMDNf1,IMDNf2，…,IMDNfm}及增益{Gf1,Gf2，…,Gfm}；
步骤203，计算确定带内互调和带外互调的最小值IMDmin、IMDNmin，及增益的最大值Gmax与最小值Gmin的差值DG；
步骤204，如果IMDmin>IMD,IMDNmin>IMDN,DG<G，则得到短波预后选器的内部宽带低噪声放大器最优放大增益值，并将宽带低噪声放大器最优放大增益值下的控制值存入短波预后选器的控制器内，否则重新调整内部宽带低噪声放大器的放大增益后进行步骤202。
4.根据权利要求3所述一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤301，通过计算机程控网络分析仪测试短波预后选器每个跳频频点在不同AGC值{C0,C1，…,Cx}下的增益值{G1,G2，…,Gx}，并计算增益值与增益最优值的差值{DG1,DG2，…,DGx}；
步骤302，根据所得差值的最小值DGmin，即可获得每个跳频频点下最优AGC的值，将最优AGC的值所对应的AGC控制值存入短波预后选器的控制器内。
5.根据权利要求2-4任一项所述一种基于自动控制技术的短波预后选器性能优化方法，其特征在于，所述误差值计算函数U为：
U(An)＝|F0m-F0(An)|×α+|IL-IL(An)|×β+|BW–BW(An)|×γ+|SL–SL(An)|×δ+|SR–SR(An)|×δ
其中F0m表示短波预后选器跳频频点对应的理论中心频率；F0(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测中心频率；IL(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测插损；BW(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测的3dB带宽；SL(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测K％的左抑制；SR(An)表示跳频滤波器模块控制码An对应的实测K％的右抑制；IL表示跳频滤波器模块的最优理论插损；BW表示跳频滤波器模块的最优理论3dB带宽；SL表示跳频滤波器模块的最优理论K％的左抑制；SR表示跳频滤波器模块的最优理论K％的右抑制；α、β、γ及δ分别表示中心频率、插损、3dB带宽及K％的左右抑制对应的权重因子。
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|---|---|---|---|---|
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Denomination of invention: Short-wave prognosis selector performance optimization method based on automatic control technology Effective date of registration: 20200602 Granted publication date: 20191122 Pledgee: Hubei Guo Chuang financing Company limited by guarantee Pledgor: WUHAN BOCHANG SMOOTH LETTER EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2020980002691 |
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Date of cancellation: 20220811 Granted publication date: 20191122 Pledgee: Hubei Guo Chuang financing Company limited by guarantee Pledgor: WUHAN BOCHANG SMOOTH LETTER EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2020980002691 |
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Denomination of invention: A Performance Optimization Method for Shortwave Prognostic Selectors Based on Automatic Control Technology Effective date of registration: 20230627 Granted publication date: 20191122 Pledgee: Hubei Science and Technology Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: WUHAN BOCHANG SMOOTH LETTER EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2023980045789 |
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