CN110018697A - 实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法 - Google Patents
实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出的一种实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,旨在提供一种能够快速、高效补偿由温度引起接收系统增益稳定度变化的控制方法。本发明通过下述技术方案予以实现:首先实测各通道不同频率点上不同温度下的增益值,建立通道‑频率‑温度‑增益对应关系的数据表,并烧写到FLASH里面;信号处理机中的DSP处理模块根据数字温度传感器的上报温度信息查询FLASH电路存储对应的通道、频率与温度的增益数据,运用查到的增益数据计算出所关注接收通道与接收频率在不同温度下通道间随温度变化的增益差,用增益差来补偿温度变化带来的增益波动幅度,弥补接收机电路系统通道间的增益差随温度变化带来的误差因素。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域、测向定位等领域,具体说涉及一种主要通过软件的方式来补偿由于温度造成接收通道增益波动性的控制方法。
背景技术
温度控制是工业生产过程中最为常见的控制类型之一。在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。在控制精度要求不高的情况下,人们往往采用开环控制,这种控制方式结构简单,易于实现。但是在控制精度要求较高时,单纯地采用开环控制往往达不到满意的控制效果。而闭环控制方式,采用常规模拟量的ND调节方式。数字温度传感器将温度量反馈到输入测构成闭环控制,需要数字温度传感器作为检测元件。需要将连续变化的温度变量变换为连续变化的电压量形成反馈量。其不足之处是温度-电阻的变换并不是完全线性的,使闭环控制精度降低。由于控制对象的复杂及多样性,在有些情况下未能获得满意的控制精度。随着单片机技术的飞速发展,通过单片机对被控对象进行控制日益成为自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。温度控制问题是一个极易受环境、负载变化而变化的物理量。与其它物理量(如转速、电压、电流等)的控制不同的是,被控的温度容易受到环境温度的影响;此外,温度控制对象具有滞后的特性,即除了一般系统的惯性外,还有一个明显滞后的环节,构成了具有滞后特性的一阶或二阶环节:而对象具有滞后特性时,由于纯滞后环节的相频特性加上滞后相频特性,相位比仅有节时更加滞后。当增益增大到一定程度时,系统不稳定。校正环节中的PI控制特性或校正网络极点仍具有迟后特性,会导致系统的不稳定性更严重;若对于具有纯滞后特性的温度系统采用普通的校正方式,不但不能达到预期的效果,反而会产生更大系统超调和振荡。因此,温度的控制不能简单地采用普通的PI控制或PID控制,或其它的超前-迟后控制。简单的温度控制系统由软件和硬件两个部分构成。简单的温度控制由于对温度控制精度要求不高,虽然可以简单地采用开关控制方式,即当温度达到一定程度时,控制器简单地采用比例放大环节(以加速温度控制过程和减小稳态误差),以及开关器件(温度开关,或温度继电器)。这样的控制系统中,温度不会稳定在一个恒定值,而是在一个温度范围内波动。对温度控制精度要求较高的控制系统(波动小,振荡性小,不产生超调),温度开关器件不能满足要求。在模拟电路中通常包含基准源,基准源在许多系统电路里都是关键部件,其电气特性可以直接影响到整个系统的电气特性。在电路设计中,工程师们通常都需要一些温度稳定性好、输出电流大、精度高的恒流源。这些特性的恒流源,往往对电路中电阻的精度要求和温度系数的要求很高。由于采样电阻与负载串连,流过的电流通常比较大,因此局部温度也会随之上升,导致元器件温度上升,恒流源的温度稳定性变坏。其次,恒流电源的输出电流全部流过调整管,因此调整管上的功耗也很大,必须选择大功率的晶体管,然而大功率晶体管需要较大的基极驱动电流,对运放有较高驱动能力的要求。再次,双极型三极管的漏电流和电流放大系数对温度比较敏感,温度稳定性较差。还有,电压-电流变换器使用的负反馈闭环控制,电流稳定度与放大器放大倍数有直接关系,在大功率电源里基本上是倒数关系。例如,若要求电流源的稳定度要达到小于104,则放大器的放大倍数要大于一万倍。运方的温度漂移和失调对电路的精度和温度稳定性有很大的影响。在十分复杂的电磁环境中,多种系统对幅度信息十分敏感。比如双星定位系统对于运用幅度对比解模糊的特殊应用需求中,接收机电路系统还需要满足左右接收通道增益波动一致性要求,左右通道的幅度变化如果随着温度波动不一致,将导致星下点存在一定范围的定位模糊点。放大电路的增益可能由于元器件参数的变化、环境温度的变化、电源电压的变化、负载大小的变化等因素的影响而不稳定。
导致系统在工作的时候幅度变化的因素很多,如硬件故障、软件故障、器件老化、温度变化等因素,其中由于温度变化导致链路增益变化的对应措施方法大多成本比较高、电路比较复杂,设计难度也比较大,主要是通过硬件补偿的技术手段来实现,通常是在系统中增加标校系统,在电路中增加温度反馈电路通过控制衰减器来补偿增益方法等。比如温度补偿晶体振荡器系统,采用单片机分别从测温电路、高精度频率计读取晶振的实时温度和频率,并与内存的电压-温度曲线比较,产生相应的控制电压来精确补偿晶体振荡器的频率偏移;在此温度范围外,通过键盘输入信号控制半导体制冷制热器,调节系统内部温度来完成补偿。这种用硬件的方法来补偿增益稳定度,其控制精度由于受到器件、材料等因素制约,很难达到理想的使用效果。当系统需要根据测量不同通道间的增益差来计算目标值的时候,比如通过不同通道间的增益差来解定位模糊信息,通过不同通道间的增益差来测向等指标,就需要根据不同通道间的增益值差来补偿系统通道间增益随温度变化的不稳定性,才能消除系统通道间增益随温度变化不一致导致通道间增益不稳定。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的不足之处,提供一种能够提高接收系统增益的温度稳定性,减小非线性失真,快速、高效补偿由温度导致接收系统增益稳定度变化的控制方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到,一种实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,具有如下技术特征:首先通过接收机电路系统中的数字温度传感器实测各通道不同温度点上的全频段增益,采集不同通道,不同频率,不同温度下的增益值,获取接收机电路系统不同通道,不同频率,不同温度下的增益数值,然后根据测试记录的测试数据,建立实测的通道-频率-温度-增益对应关系的数据表,将建好的数据表通过总线软件烧写到FLASH里面;信号处理机中的DSP处理模块根据数字温度传感器的上报信息,得到处理机根据接收电路上报的工作温度,DSP处理模块根据数字温度传感器的温度值查FLASH电路存储对应通道、频率与温度的增益数据,运用查到的增益数据计算出所关注接收通道与接收频率在不同温度下通道间随温度变化的增益差,用增益差来补偿温度变化带来的增益波动幅度,弥补接收机电路系统通道间的增益差随温度变化带来的误差因素。
本发明相比于现有技术的有益效果在于
提高接收系统增益随温度变化的稳定性。本发明通过系统的数字温度传感器采集不同通道,不同时刻,不同温度下的增益-温度值,温度传感器为数字温度传感器,把记录的通道-频率-温度-增益值,写入信号处理机的FLASH里面,在系统正常工作时,信号处理机通过接收机电路系统的数字温度传感器上报的信息,实时对接收通道增益进行查询与计算,可以在少量硬件基础上运用数字软件方法来补偿系统接收通道增益随温度变化的增益波动,实际系统的通道增益并没有发生补偿,而是通过软件计算处理的方法来消除系统通道的增益差随温度的不稳定性,就能满足系统多通道间增益温度稳定度的设计要求,且后期设计升级也具有很强的便利性。
扩展通频带,减小非线性失真。本发明信号处理机处理电路系统通过数字温度传感器上报的信息,实时对接收电路通道增益进行查询,DSP处理模块根据数字温度传感器的温度值查FLASH电路的数据信号处理查表计算出温度对应的通道间随温度变化的增益差,根据不同通道间的增益值差来补偿因温度变化带来的增益波动幅度对比,扩展通频带,减小非线性失真。
本发明根据测量不同通道间的增益差来计算目标值,根据不同通道间的增益值差解定位模糊信息,快速、高效通过不同通道间的增益差来补偿由温度导致系统通道间增益随温度变化的的不稳定性。通过软件控制来实时补偿温度变化导致增益的变化,降低并简化了温度增益补偿功能的设计难度,节约了设计成本,消除了系统通道间增益随温度变化不一致导致通道间增益不稳定,而且补偿精度也比硬件补偿要高很多。
本发明适用于应用在对幅度信息比较敏感的系统,如比幅度测向系统、比幅定位解模糊系统、幅度合成系统、以及对单通道幅度绝对值比较关注的系统有着很重要的实际用途。
本发明的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法是通用设计方法不局限某一种接收系统,比如雷达接收系统、通信接收系统、GPS接收系统等都可以应用此方法。
附图说明
为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式,下面结合附图举例说明,从而使本发明的细节和优点变得更为明显。
图1是补偿接收系统增益温度稳定度的硬件电路原理示意图。而且传感器需要增加防干扰滤波器电路。
图2是图1实时补偿接收系统温度增益稳定度的控制流程图。
图3是接收机电路任意通道与频率对应的增益-温度曲线示意图。
图4是接收机任意通道间与任意频率的增益差-温度对应原理示意图。
图5是系统补偿前后任意频率与任意通道间的增益差稳定度-温度关系原理示意图。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
具体实施方式
参阅图1、图2。根据本发明,首先通过接收机电路系统中的数字温度传感器实测各通道不同温度点上的全频段增益,采集不同通道,不同频率,不同温度下的增益值,获取接收机电路系统不同通道,不同频率,不同温度下的增益数值,然后根据测试记录的测试数据,建立实测的通道-频率-温度-增益对应关系的数据表,将建好的数据表通过总线软件烧写到FLASH里面;信号处理机处理电路系统根据数字温度传感器的上报信息,得到处理机根据接收电路上报的工作温度,处理机中设置的DSP处理模块,根据数字温度传感器的温度值查FLASH电路存储的对应通道、频率与温度的增益数据,运用查到的增益数据计算出所关注接收通道与接收频率在不同温度下通道间随温度变化的增益差,用增益差来补偿温度变化带来的增益波动幅度,弥补接收机电路系统通道间的增益差随温度变化带来的误差因素。
测试人员根据接收系统中接收机实测的不同通道各频率点以及不同温度下的增益值进行建表如表1所示,通过查表可以找到不同通道对应频点fk与温度TM对应的增益值。
信号处理机首先找到fk对应的首地址,然后再找到频点fk温度TM对应的首地址fk_TM:根据首地址fk=round((fk-f1)/Δf)*Bf;首地址fk_TM=首地址fk+round((TM-T1)/Δt)*Bt查表公式找到当前频点当前工作温度各通道的增益值地址,从而可以获取当前频点当前工作温度各通道的增益值,式中:fk代表增益值采集的K个频点f1、f2、……、fk,TM代表增益值采集的M个温度点T1、T2、……、TM,chN代表增益值采集的N个通道ch1、ch2、……、chN,频率步进Δf,温度步进Δt;并且每个增益值所占字节为Q字节,一个频率点的一个温度点所占总字节数Bt=Q*N;一个频率点增益值所占总字节Bf=Bt*M=Q*N*M
通过CAN总线(总线是根据不同的项目来定的)上载软件,将建好的数据表值上载到处理机的DSP处理模块,DSP处理模块将表格数据烧写到flash中。在实际工作过程,处理机设备上电后,处理机在初始化时,将flash中的增益表读取到DSP处理模块。在执行任务时,DSP处理模块根据获取的工作温度、工作通道以及任务频点进行查表,获取到对应的通道-温度-频率下的增益值。
表1对应通道-温度-频率的增益值
接收系统通道对应图3所示的任意通道与任意频率下的增益-温度曲线。在接收系统正常工作时,DSP处理模块通过接收机电路系统的数字温度传感器上报的信息,可以实时对关注的接收通道与频率下的增益值进行实时温度查询与计算,然后根据信号处理查表计算出图4所示温度对应的通道间增益差ΔGx-y,补偿由温度因素带来的增益波动造成系统幅度对比的计算误差。DSP处理模块根据接收机电路系统的数字温度传感器上报的温度信息查表计算出温度对应的通道间增益差ΔGx-y,通过如下所示通道间比幅幅度差计算公式来补偿由温度因素带来的增益波动造成系统幅度对比的计算误差,Gainxx-GainX=ΔGainX,Gainyy-Gainy=ΔGainy,ΔGainX-ΔGainy=ΔGx-y,Amp中X-GainX=Amp入X,Amp中Y-GainY=Amp入Y,ΔAmpX-Y=Amp入X-Amp入Y-ΔGx-y,最后通过图5所示补偿前后任意频率与任意通道间的增益差稳定度-温度关系,有无运用实时补偿接收系统增益温度稳定度方法分别得到有无温度补偿电路的增益随温补波动预计结果,结果表明有温度补偿措施的接收系统,通道间的增益温度稳定度明显优于没有使用此方法的接收系统。
其中,Amp中X为通道X的中频输出幅度,GainX为通道X的常温增益(室温25℃),Gainxx为通道X的非常温增益,Amp入X为通道X接收到的信号幅度,Amp中y为通道Y的中频输出幅度,Gainy为通道Y的规定某一常温增益(室温25℃),Gainyy为通道Y的非常温增益,Amp入Y为通道Y接收到的信号幅度,ΔAmpX-Y为任意通道间的射频输入幅度差。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式,对本发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,具有如下技术特征:首先通过接收机电路系统中的数字温度传感器实测各通道不同温度点上的全频段增益,采集不同通道,不同频率,不同温度下的增益值,获取接收机电路系统不同通道,不同频率,不同温度下的增益数值,然后根据测试记录的测试数据,建立实测的通道-频率-温度-增益对应关系的数据表,将建好的数据表通过总线软件烧写到FLASH里面;DSP处理模块根据数字温度传感器的上报信息,得到处理机根据接收电路上报的工作温度;处理机中设置的DSP处理模块,根据数字温度传感器的温度值查FLASH电路存储的对应通道、频率与温度的增益数据,运用查到的增益数据计算出所关注接收通道与接收频率在不同温度下通道间随温度变化的增益差,用增益差来补偿温度变化带来的增益波动幅度,弥补接收机电路系统通道间的增益差随温度变化带来的误差因素。
2.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,测试人员根据接收系统中接收机实测的不同通道各频率点的温度增益曲线进行建表,通过查表可以找到不同通道频点fk温度TM对应的增益值。
3.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,信号处理机首先找到fk对应的首地址,然后再找到频点fk温度TM对应的首地址fk_TM,根据首地址fk=round((fk-f1)/Δf)*Bf;首地址fk_TM=首地址fk+round((TM-T1)/Δt)*Bt查表公式找到当前频点当前工作温度各通道的增益值地址,从而获取当前频点当前工作温度各通道的增益值,式中:fk代表增益值采集的K个频点f1、f2、……、fk,TM代表增益值采集的M个温度点T1、T2、……、TM,chN代表增益值采集的N个通道ch1、ch2、……、chN,Δf为频率步进,Δt为温度步进。
4.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,每个增益值所占字节为Q字节,一个频率点的一个温度点所占总字节数Bt=Q*N;一个频率点增益值所占总字节Bf=Bt*M=Q*N*M。
5.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,通过CAN总线上载软件,将建好的数据表值上载到处理机的DSP处理模块,DSP处理模块将表格数据烧写到flash中。
6.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,在实际工作过程,处理机设备上电后,处理机在初始化时,将flash中的增益表读取到DSP处理模块。
7.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,在执行任务时,DSP处理模块根据获取的工作温度以及任务通道的频点与进行查表,获取到对应的通道-频点-温度下的增益值。
8.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,接收系统通道对应任意通道与频率下的增益-温度曲线。
9.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,在接收系统正常工作时,DSP处理模块通过接收机电路系统的数字温度传感器上报的信息,实时对关注的接收通道与频率下的增益值进行实时温度查询与计算,然后根据信号处理查表计算出温度对应的通道间增益差ΔGx-y,补偿由温度因素带来的增益波动造成系统幅度对比造成的计算误差。
10.根据权利要求1所述的实时补偿接收系统增益温度稳定度的控制方法,其特征在于,DSP处理模块根据接收机电路系统的数字温度传感器上报的温度信息查表计算出温度对应的通道间增益差ΔGx-y,通过如下所示通道间比幅幅度差计算公式来补偿由温度因素带来的增益波动造成系统幅度对比造成的计算误差,
Gainxx-GainX=ΔGainX,Gainyy-Gainy=ΔGainy,ΔGainX-ΔGainy=ΔGx-y,Amp中X-GainX=Amp入X,Amp中Y-GainY=Amp入Y,ΔAmpX-Y=Amp入X-Amp入Y-ΔGx-y,最后通过补偿前后任意频率与任意通道间的增益差稳定度-温度关系,有无运用实时补偿接收系统增益温度稳定度方法分别得到有无温度补偿电路的增益随温补波动预计结果,其中,Amp中X为通道X的中频输出幅度,GainX为通道X的常温增益,Gainxx为通道X的非常温增益,Amp入X为通道X接收到的信号幅度,Amp中y为通道Y的中频输出幅度,Gainy为通道Y的规定某一常温增益,Gainyy为通道Y的非常温增益,Amp入Y为通道Y接收到的信号幅度,ΔAmpX-Y为任意通道间的射频输入幅度差。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190716 |