一种数字跟踪测距模块的设计与实现

0 引 言
    雷达最主要的功能之一就是对目标距离的跟踪和测量。在此首先阐述了雷达测距跟踪的基本原理，介绍一种脉冲雷达数字跟踪测距模块的设计及实现的新方法，并且叙述了该模块研制的理论基础。该模块利用回波信号相对于发射脉冲的延迟时间量进行目标距离的测量，针对跟踪脉冲的特点，对目标回波延迟时间计数值和跟踪脉冲计数值进行比较，利用数字信号处理的方法把比较的结果反馈到跟踪控制器，实现了脉冲雷达的距离跟踪，具有测距精度高、测距稳定、抗干扰能力强及电路简便等优点。该模块能够对目标进行手动跟踪测距和自动跟踪测距。

1 该模块的理论设计
    一般雷达数字跟踪是通过时间鉴别器鉴别出回波信号与跟踪脉冲之间的迟延时间差，然后利用时钟脉冲对这个时间差进行计数，作为距离误差反馈至跟踪处理单元，其本质上是把模拟系统输出量进行数字变换，即在模拟量的基础上变换的，实质上还是模拟量(如图1所示)。变换之间又有不可避免的系统误差存在，例如要对跟踪脉冲计时计数，而计时计数的起始时间必须要和雷达发射脉冲同步，要做到完全同步是很难的，这之间的误差在所难免。又如某型雷达时间鉴别器中回波信号与跟踪脉冲之间的时间差要转化为带有极性的电压(存在误差)，然后又要将此电压转化为距离计数器的计数脉冲(也存在误差)，使距离计数器做加或减计数，实现对目标的距离跟踪。

    该模块只需知道目标回波的二进制距离数值，然后与跟踪脉冲的二进制数值进行比较，形成距离误差作为反馈至距离产生器进行跟踪处理即可，不需要对跟踪脉冲进行专门的时间测量，也不必对回波信号和跟踪脉冲间的时间差进行比较，简化了电路构成、减少了系统误差。在雷达全程探测完毕时，由计数停止脉冲将控制距离计数器和锁存器清零。计数停止脉冲可以由下一个发射脉冲的前沿产生，也可由火控计算机提供。图2是利用以上理论而设计的该跟踪测距模块的数据流程图，该模块利用数字技术可以实现距离数据的自动跟踪。把目标的时延变成数字量，最基本的办法就是利用计数器，并加以适当的控制。当雷达发射脉冲信号时，就触发T触发器，这样同时启动了计数器工作，一旦确定接收到了目标回波，就再一次触发T触发器使其停止计数器计数，这样就在回波到达的时刻读出计数器输出的数据，即得到目标距离数据，通过与手动测距计数器输出的数值进行比较，就得到距离误差值，送至控制器进行跟踪处理。手动与自动跟踪测距的转换是通过一个与门进行切换的。很明显，该模块的控制器和跟踪脉冲产生器已经不是图1所示意义上的控制器和跟踪脉冲产生器。这时的控制器和跟踪脉冲产生器已经融合在一起(在此仍用传统的三部分来区分整个跟踪测距模块，但意义有所不同)。该模块的优点就是结构简单、易于理解且通用性比较强。不仅可以用在雷达整个跟踪系统当中，也可以用在通用雷达训练器的目标回波产生器和跟踪测距训练器上。

2 手／自动距离跟踪测距模块的设计
    该数字式距离跟踪模块由时间鉴别器、距离产生器和跟踪脉冲产生器组成。
2．1 时间鉴别器的设计
    在该模块中时间鉴别器(距离比较器)由上、下锁存器及带有符号位的减法电路组成。上锁存器输出目标回波的实际距离脉冲计数值；下锁存器输出跟踪脉冲的距离计数值；两距离计数值同时送至带有符号位的减法电路，输出带有极性的距离误差值作为反馈量至距离产生器(即控制器)进行跟踪处理。
2．2 跟踪脉冲产生器的设计
    跟踪脉冲产生器由手动脉冲输出器、加／减计数单元以及寄存器组成，所以严格来讲应该是手动跟踪脉冲产生器，它对手动脉冲进行汁数形成跟踪脉冲，跟踪脉冲产生器输出的数据是送给控制器的一端。其中加／减计数单元由4片74LS191(单时钟4位二进制可逆计数器)构成的串行可逆计数。计数器的计数方向和计数方式受工作方式控制电路控制，手动脉冲输出器产生两组相位相差90°的脉冲，当工作在手动时，脉冲1作为可逆计数器的时钟脉冲，脉冲2通过JK触发器74HC107变成控制计数器进行加／减计数的控制脉冲，两组手动脉冲通过加／减计数单元形成跟踪脉冲的进退，等到跟踪脉冲与目标回波距离数值相差在一定范围时就可转入对目标进行自动跟踪和测距(当然这时也可以不进行自动跟踪测距)，当进入自动跟踪状态时加／减计数器停止计数，这时就不能对目标进行手动跟踪和测距，控制器在原来加／减计数器已经输出的数值的基础上根据送来的距离误差值进行数据跟踪处理。
    寄存器的作用是输出数据到控制器，它起着选择输出的作用，当进行手动跟踪时，选择输出加／减计数单元的数据；而当进行自动跟踪时，选择输出控制器输出的数据，等待和时间鉴别器输出的数据一起到加／减单元进行跟踪处理。
2．3 距离产生器的设计
    距离产生器(即控制器)有两个输入端，分别输入跟踪脉冲产生器的送来的数值和距离误差寄存器送来的数值，距离产生器主要由加减／法单元及距离误差寄存器组成，它利用距离比较器送来的一定范围内距离误差值对跟踪脉冲产生器产生的跟踪脉冲进行修正，从而达到决定手动跟踪还是自动跟踪以及对目标距离的测量。例如：当距离误差值小于750 m时就触发误差寄存器输出为距离误差值，即进行自动跟踪和测距处理；当距离误差值大于750 m时就触发误差寄存器输出为0，从而只能进行手动跟踪和测距。加减／法单元是由4片74HC381(具有8种二进制算法的算术逻辑单元的运算
器)及1片超前位产生器74HC182组成的16位全超前进位算术运算电路。运用74HC182是为了使运算器能够进行并行运算，这样可以大大提高控制器的运算速度。距离产生器产生的数据经下锁存器，再输出到时间鉴别器和火控及终端显示器，就能够在显示终端看到雷达跟踪的情况和所测到的目标距离了。
    距离误差寄存器是由3片74LS174单向正沿触发的6位集成寄存器构成。它的主要作用是提供自动跟踪时的距离误差数据，送给加／减法单元，其还能够决定手动跟踪还是自动跟踪，当各片74LS174的清零端置0时，距离误差寄存器输出为0，整个模块进入手动跟踪测距状态；当清零端置1时进入自动跟踪测距状态，距离误差寄存器输出距离误差值。

3 结 语
    这里对雷达跟踪测距模块进行了分析和设计，提出了双路距离计数再进行距离比较的办法(而不是对跟踪脉冲和目标回波时间差进行距离比较的方法)对目标进行跟踪测距，该设计方法不是根据回波超前或滞后跟踪波门来判定时间鉴别器输出距离误差的极性，也不是根据回波与前后波门重合面积的比较来输出距离误差的，是一种创新的设计方法，在节省费用、简化电路结构和故障维修方面可以有比较大的挖掘空间。