【数字AGC电路在雷达接收机的实现方法】雷达接收机

　　摘 要： 研究数字AGC电路在雷达接收机的实现方法。数字AGC电路具有调节方便、反馈速度快、精度高等特点，对数字AGC的基本原理进行分析，并介绍数字AGC电路在雷达中频接收机的实现方法，同时，对数字AGC电路进行设计。
　　关键词： 数字AGC电路；雷达接收机；实现
　　中图分类号：TN851 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310047－01
　　
　　0 引言
　　雷达接收机的重要辅助电路是数字AGC（自动增益控制）电路，雷达接收机设置数字AGC电路的主要作用在于，能自动调整雷达接收机的增益，保证接收机处于正常工作状态中。下面将接收机中的数字AGC电路的用途归纳如下：
　　1）防止接收机接收到强信号引起的过载。雷达在跟踪目标（包括杂波和干扰信号）时，目标都是有大小区别和远近之分的，因此，接收机接收到的信号也就有强弱之分。大目标处于近距离时，接收到的回波信号就会很强，有可能引起接收机的过载现象，使接收机无法正常的工作。反之，则有可能无法接收到信号，导致跟踪目标失败。就要求接收机的增益可进行自动调节，当强信号很强时，使接收机处于低增益状态；当信号弱时，则工作于高增益状态。
　　2）稳定接收机的增益。接收机的增益的稳定性主要跟电源电压、环境温度、电路工作参数等有关，其中某一个引起变化，都可能引起接收机增益的不稳定，而采用数字AGC电路则可以稳定接收机的增益。
　　由此可见，在雷达接收机的应用中，采用数字AGC电路是必不可少的。本文介绍了数字AGC的原理以及实现数字AGC电路的方法。
　　1 数字AGC的原理及实现AGC的方案
　　1.1 数字AGC的原理
　　数字AGC技术的原理如图1所示，将零中频的解调信号进行数字化后，根据检测到幅度值的大小，对可编程数控衰减器（前端中频放大电路的）进行控制，从而让输出的信号的幅值调整到合适的范围内，也可以通过D/A转换器进行输出，控制模拟衰减器来完成数控衰减。但是不管哪一种方法，都要首先进行信号数字化的处理。
　　 假定I，Q两路正交解调信号经过A/D转换后输入到DSP，则有：
　　
　　A（j+1）=A（j）+e（j）
　　式中：I（i）、Q（i）分别为I路和Q路第j个选通脉冲内第i个样本；（j）为第j个脉冲回波周期的衰减量（dB）；e（j）为当前回波周期内信号最大值与标准门限相差的dB数；（j+1）为第j+1个回波周期的衰减量；为由A/D转换器的动态范围、接收机的动态范围和噪声电平以及雷达所要求的虚警概率共同确定的标准门限值。
　　λ值的算法：先算出雷达接收机的检测概率PD和虚警概率PF，再了解雷达接收机的检测方法，算出对应每次检测时所需求的虚警概率PF和检测概率PD，再将可靠检测所要求的信噪比算出来，再依据雷达接收机所需要的噪声电平的大小并且AGC调整范围内，这样就能使可靠检测所要求的信号幅值得出来，这样就得到了标准门限的下限。A/D转换器的动态范围决定标准门限的上限，为了防止信号处于饱和状态，一般使最大A/D转换器可测量值低于3dB，比如，电平的最大量程为±1V，就可以取信号调节到位时的最大模值-0.707V。每一次对数字AGC码进行修正之前，把求出的差值e（j）修正当前的衰减量，一直将信号调整到误差允许的范围内，或这时候数字AGC值衰减量小于接收机系统允许的最小值。
　　数字AGC技术应用于现代雷达接收机，不但能够提高雷达跟踪的速度和精度，使目标截获及跟踪变得更容易实现，进而使接收机的增益特性得到一种行之有效的校正途径。
　　1.2 实现AGC的方案
　　1.2.1 实现框图
　　雷达中频接收机的组成及原理框图如下图2所示，前置中放和主中放是AGC的受控级。在图中，通过用数控衰减器来实现AGC，保持大动态、高衰减精度和高相位一致性。
　　 1.2.2 AGC电路的设计
　　AGC电路的实现方框图如下图3所示，主要由检波视放、A/D变换器、译码控制器和定时器组成。
　　 图中，检波视放提供一个输入信号给A/D变换器进行变换，在选择A/D变换器时，要求A/D变换器能够采样到窄脉冲，采样到较高的速率。译码控制器主要是输出数控衰减码，定时电路提供A/D变换器的采样时钟和译码控制器的定时时钟，同时还提供对窄脉冲的定位触发。
　　2 需解决的问题
　　2.1 保护前端采集电路
　　
　　因为AGC的初始码如果置的太大，就会使雷达接收机饱和、溢出A/D转换器的采样值，所以在系统开始工作时、改变方位和改变搜索距离时要提前将数字AGC码调到最大值，然后把信号检测所需求的电平进行快速逐步的调整，并且，要将过压保护电路加在A/D转换器前端的处理电路中，从而有效地防止了输入电压过大时损坏集成电路。
　　2.2 修正步长问题的处理
　　为了使AGC码尽快的调整到底，用信号幅值的计算值和门限的比求对数作成修正量，修正当前的AGC码。有的时侯，要是测出来的修正值太大，比如大于18dB，就说明在当前的AGC码的条件下，实际信号可能会由于噪声的干扰而消失。此时，就得尽快把信号进行适当的增益调节，就需要大幅度的对衰减量进行修正，此时，为了防止接收机的饱和，每一次的修正量需得有合适步长，比如每次修正最大为9dB，这样能够使衰减量快且准确地调整到位。因为这时候每次的调整时间都是以1个脉冲的回波周期为最小单位的，所以调整的数字AGC的就存在一个脉冲回波间隔（PRI）的滞后。当雷达在非突然改变的区域检测目标时，一个脉冲回波间隔覆盖的区域内突变为强目标的可能性非常小，即便是在一个波束驻留范围内也不用频繁的对数字AGC调整，因此这种滞后是很合理的。
　　2.3 衰减量问题的处理
　　在处理信号时，需要对I、Q输入信号的电平进行检测。但是，因为具有波动性和滞后性的电平检测，当幅度值处在衰减的临界值时，使输入信号的电平没有大变化，这时候估计值就会经常在某AGC值附近浮动。这就使AGC值进行反复的调整的情况，从而输出不稳定的电平，雷达接收系统则无法正常工作。为了防止发生这种现象，应该使幅度值处于衰减临界值时使衰减稍微浮动就得到不同的门限值，根据检测的特性可以使衰减变大时门限值变大。
　　2.4 其他问题的处理
　　雷达接收机的增益控制还存在一些问题需要进行解决。比如说当采集的信号中间出现了毛刺或者瞬时收到很强的声音干扰时，要是直接用AGC进行处理则可能导致AGC自动将其调整到一个与实际情况不符合的值，从而不仅得不到目标信号还会把其丢失。所以，在设计的时候应当采取一些相应的措施，将这种情况避免发生。
　　3 结束语
　　数字AGC技术由于能够大幅度地提高雷达系统的检测和跟踪性能，从而使数字AGC技术在雷达行业得到更广泛的应用。但是由于AGC技术也存在问题，所以需要对其进行更进一步的完善。本文介绍的数字AGC技术已在雷达接收机中具体应用，收到了良好的效果。
　　
　　参考文献：
　　[1]张松柏，自适应数字AGC在雷达系统上的应用，海战场电子信息技术学术论文集社，2011.9.
　　[2]丁鹭飞，雷达原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，1995.
　　[3]周华，雷达T/R组件中的AGC及DDS模块设计[D].成都：电子科技大学，2006.
　　[4]雷达接收设备组，《雷达接收设备》，西北电讯工程学院，1974.
　　
　　作者简介：
　　陈建强（1984-），男，汉族，广东省吴川人，助理工程师，从事雷达相关工作。

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