CN202119903U - 一种天气雷达发射脉冲包络检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其包括数控衰减器、S波段包络检波器、直流放大器、AD转化器、FPGA和VPX总线；所述数控衰减器的输出端与S波段包络检波器的输入端相连，所述S波段包络检波器的输出端与直流放大器的输入端相连，所述直流放大器的输出端与AD转化器的输入端相连，所述AD转化器的输出端与FPGA的输入端相连，所述FPGA的输出端与VPX总线的输入端相连，所述VPX的输出端与终端显示器的输入端相连。该天气雷达发射脉冲包络检测装置高度集成数控衰减器、包络检波器、AD转化器和FPGA处理器，无需仪器和工具辅助，全自动测试，有效降低人为误差，不仅能够自动生成测试报告，并能根据测试结果提出检修建议。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种脉冲包络检测装置，属于雷达发射技术领域。
背景技术
发射机作为雷达系统的重要部件，其性能指标的好坏直接影响到雷达系统的探测能力。考察发射机性能指标主要包含脉冲包络、瞬时峰值功率、发射机频谱特性，其中脉冲包络主要包括脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲顶降、上升沿时间和下降沿时间。脉冲包络体现了发射机调制特性。天气雷达发射机脉冲包络越接近矩形，其发射能量在脉冲内越均衡，频谱特性越近似于sinc函数，脉冲包络幅值间接体现了发射机瞬时峰值功率大小，脉冲顶降则反应了脉内功率平坦度。因此，只要有效的监测发射机的脉冲包络特性，就可以快捷的判别发射机工作状态，为雷达维护人员提供技术支撑。
目前，发射脉冲包络检测采用外置检波器和示波器作为测试工具，全人工操作，测试过程繁琐，测试结果不精确，人为误差较大。
现有技术的测试框图如图1所示：接收机与发射机的输入端相连，定时器输入始/尾信息给发射机，发射机的输出端与高方向性定向耦合器相连输出信号，所述定向耦合器将信号耦合后输出给与之相连的衰减器，所述衰减器与检波器相连，衰减器将信号传输给检波器，所述检波器与示波器的输入端相连，将电压信号的动态波形信号输入示波器进行显示。所述现有技术存在以下不足之处：
1、检测过程较为复杂；
2、检测结果需人工计算；
3、需专业仪器和工具支持；
4、人为误差较大。
因此，急需一种全自动测试、有效降低人为误差的天气雷达发射脉冲包络检测装置出现，以解决现有技术存在的不足。
实用新型内容
本实用新型的目的是：针对上述现有技术的不足之处，提供一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其高度集成数控衰减器、包络检波器、AD转化器和FPGA处理器，无需仪器和工具辅助，全自动测试，有效降低人为误差，不仅能够自动生成测试报告，并能根据测试结果提出检修建议，能有效的解决上述现有技术存在的问题。
为了实现上述目的，本实用新型解决技术问题采用的技术方案是：提供一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，包括数控衰减器、S波段包络检波器、直流放大器、AD转化器、FPGA和VPX总线；所述数控衰减器的输出端与S波段包络检波器的输入端相连，所述S波段包络检波器的输出端与直流放大器的输入端相连，所述直流放大器的输出端与AD转化器的输入端相连，所述AD转化器的输出端与FPGA的输入端相连，所述FPGA的输出端与VPX总线的输入端相连，所述VPX的输出端与终端显示器的输入端相连。
作为一种优选方式，其中：所述数控衰减器为步进衰减为1dB，最大衰减量为32dB的衰减器。
作为一种优选方式，其中：所述S波段包络检波器的输出幅度范围为0到1V，输出阻抗为50欧姆，检波器带宽为50MHz。
作为一种优选方式，其中：所述直流放大器的输入信号范围为0到1V，输入阻抗为50欧姆，输出信号范围0到3V，且为差分输出。
作为一种优选方式，其中：所述AD转化器选用AD7813型号。
作为一种优选方式，其中：所述FPGA芯片选用CYCLONE III系列。
与现有技术相比，本实用新型带来的有益效果为：该实用新型天气雷达发射脉冲包络检测装置高度集成了数控衰减器、包络检波器、AD转化器和FPGA处理器，能快速准确的对发射机脉冲特性进行一体式检测，全程一键式操作，无需其他仪器及工具辅助，亦无需人工干预，能够自动生成检测报告并提出检修意见、提供故障检修指导，简化了测试过程，提高测试效率和准确性。
附图说明
由以下本实用新型中较佳具体实施例的细节描述，可以对本实用新型的目的、观点及优点有更清楚的理解，同时参考下列本实用新型的附图加以说明：
图1为现有技术中雷达发射脉冲包络检测的测试框图；
图2为本实用新型天气雷达发射脉冲包络检测装置的结构框图；
图3为图2中FPGA处理流程的示意框图。
具体实施方式
本实用新型的上述技术方案及其优点，不难从下述所选实施例的详细说明与附图中，获得深入了解。
如图2所示，实施例，该天气雷达发射脉冲包络检测装置包括数控衰减器、S波段包络检波器、直流放大器、AD转化器、FPGA(FPGA为现场可编程门阵列Field Programmable Gate Array的英文缩写)和VPX总线(VPX总线为交叉连接设备)；所述数控衰减器的输出端与S波段包络检波器的输入端相连，所述S波段包络检波器的输出端与直流放大器的输入端相连，所述直流放大器的输出端与AD转化器的输入端相连，所述AD转化器的输出端与FPGA的输入端相连，所述FPGA的输出端与VPX总线的输入端相连，所述VPX的输出端与终端显示器的输入端相连。
该天气雷达发射脉冲包络检测装置的作用过程及原理为：雷达发射机输出脉冲信号进入定向耦合器中，该脉冲信号经定向耦合器耦合后输出至本发射脉冲包络检测装置。为了满足包络检波器输入幅值的要求，需先对其信号进行衰减控制。将上述耦合后的信号经过数控衰减器进行衰减，衰减后的信号再经过S波段包络检波器，S波段包络检波器提取射频脉冲包络特征并转换为直流脉冲信号，该直流脉冲信号经直流放大器放大后进入AD转化器。AD转化器将该信号转换为数字信号输入FPGA，所述FPGA中包括以下过程：滤波、幅度阀值判别、脉冲检查、脉冲特性计算、脉冲特性输出、瞬时峰功率计算、瞬时峰值功率输出。该数字信号经过FPGA处理后得到发射脉冲包络测试结果，将该测试经过经由VPX总线输出至终端显示器显示并生成测试报告。
其中：雷达发射机经定向耦合器耦合输出的射频脉冲功率较大，一般在20dBm左右，为了满足包络检波器最大输入幅值的要求，需对其进行衰减。因此，本发射脉冲包络检测装置采用的是步进衰减为1dB，最大衰减量为32dB的数控衰减器，以保证输入包络检波器的信号功率符合要求且有足够信噪比。
其中：S波段包络检波器用于射频脉冲包络检波，提取包络特征并转换为直流脉冲信号，其输出幅度范围0到1V，输出阻抗为50欧姆，检波器带宽为50MHz。
其中：直流放大器将包络检波输出的脉冲幅度放大，以便于后端AD采样。放大器的输入信号范围是0到1V，输入阻抗为50欧姆，输出信号范围0到3V，且为差分输出。
其中：AD转化器选用ADI公司的AD7813型号。AD7813具有10位采样精度、最大采样率400KSPS、直流0～5V输入、10位并行数据输出。该AD转化器用于将检波放大输出的直流脉冲信号采样量化为数字信号，便于后端FPGA处理和分析。
其中：所述FPGA为ALTERA公司的CYCLONE III系列。CYCLONE III系列具有功耗低、逻辑资源丰富的特点。AD采样输出的10位数字信号在FPGA内首先进行滤波处理，滤除杂波和干扰噪声，然后与预制的功率阀值相比较，以判别脉冲起始位置，通过脉冲检测算法计算出脉冲宽度、上升沿时间、下降沿时间、脉冲顶降等，并根据脉冲幅值采用多次平均和递归算法计算出发射机瞬时峰值功率。FPGA的处理流程参见附图3。
本装置终端通过VPX总线将发射机脉冲包络特性和瞬时峰值功率以图形方式在终端显示器上进行显示，自动生成测试报告，根据测试结果考评发射机性能，并给出维护检修建议，实现全自动测试，降低人为误差，能够实现以下性能指标：
1.脉宽检测误差：≤100ns；
2.发射机峰值功率检测误差：≤10KW；
3.脉冲上升沿、下降沿检测误差：≤100ns；
4.功耗≤5W；
因此，本装置高度集成了数控衰减器、包络检波器、AD采样器和FPGA处理器，能快速准确的对发射机脉冲特性进行检测，全程一键式操作，无需其他仪器及工具辅助，无需人工干预，自动生成检测报表并提出检修意见，简化了测试过程，提高测试效率和准确性。
如熟悉此技术的人员所了解的，以上所述本实用新型的较佳实施例仅用于帮助了解本实用新型的实施，本实用新型不限于上述实施方式，本领域普通技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其特征在于：包括数控衰减器、S波段包络检波器、直流放大器、AD转化器、FPGA和VPX总线；所述数控衰减器的输出端与S波段包络检波器的输入端相连，所述S波段包络检波器的输出端与直流放大器的输入端相连，所述直流放大器的输出端与AD转化器的输入端相连，所述AD转化器的输出端与FPGA的输入端相连，所述FPGA的输出端与VPX总线的输入端相连，所述VPX的输出端与终端显示器的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其特征在于：所述数控衰减器是步进衰减为1dB、最大衰减量为32dB的衰减器。
3.根据权利要求1所述的一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其特征在于：所述S波段包络检波器的输出幅度范围为0到1V，输出阻抗为50欧姆，检波器带宽为50MHz。
4.根据权利要求1所述的一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其特征在于：所述直流放大器的输入信号范围为0到1V，输入阻抗为50欧姆，输出信号范围0到3V，且为差分输出。
5.根据权利要求1所述的一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其特征在于：所述AD转化器选用AD7813型号。
6.根据权利要求1所述的一种天气雷达发射脉冲包络检测装置，其特征在于：所述FPGA芯片选用CYCLONE III系列。
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