周順滿， 劉蘇杰

（上海無線電設備研究所，上海200090）

0 引言

直波接收機是半主動雷達導引頭的重要組成部分［1］，它不僅可以快速截獲、鎖定直波信號，還可以通過對直波信號的編碼進行檢測，實現中制導修正指令的接收功能。直波接收機的編碼檢測需要在大的輸入條件以及各種惡劣環(huán)境條件下降低編碼檢測對直波鎖相環(huán)的影響；消除多個頻率碼間的串擾和每個頻率碼前后碼元之間的干擾；確保編碼檢測系統(tǒng)和直波接收機的正常截獲。然而，在某樣機的常溫調試過程中發(fā)現，當同一調頻碼的前后碼元之間出現串擾時，表現為前后解碼脈沖連在一起，無法區(qū)分，在低溫狀態(tài)下，靈敏度點的碼元檢測出現漏碼。反復試驗表明，上述問題的出現是由于現有樣機的電路參數選取不當所致，需要從系統(tǒng)角度對編碼檢測電路的設計參數進行優(yōu)化。

本文采用ADS軟件對編碼檢測系統(tǒng)的所有電路進行了建模，對上述問題進行仿真分析，復現了實驗現象。

在此基礎上，通過集成優(yōu)化軟件（ISIGHT）集成編碼的電路模型，以電路模型中的關鍵參數為變量，以檢測出的碼元脈寬為目標，選擇合適的優(yōu)化方法，實現了電路參數的優(yōu)化。研制結果表明，采用建模和優(yōu)化設計仿真可以優(yōu)化電路參數，提高了實物研制一次性設計成功率。

1 直波編碼檢測系統(tǒng)建模

直波接收機編碼檢測系統(tǒng)采用帶混頻環(huán)節(jié)的鎖相接收體制，如圖1所示。

混頻器對直波天線接收的信號進行下變頻，送給后續(xù)的中頻放大電路進行放大，使輸出信號大小滿足比相器的輸入幅度要求。該信號與中頻基準信號進行相位比較，輸出的相位差經過環(huán)路濾波器后，送給VCO，改變混頻器的輸入，實現鎖相環(huán)路的閉合。在環(huán)路鎖定后，對比相器輸出的信號進行濾波和碼元解調，形成編碼檢測信息［2］。

本文采用Agilent／ADS電路仿真軟件（也可以采用Candence／PSPICE）對整個直波編碼系統(tǒng)的樣機實際電路進行了建模［3，4］，建模過程簡化了與編碼檢測不相關的部分，頂層電路模型如圖2所示。

圖1 直波編碼檢測系統(tǒng)原理框圖

圖中，每一個模塊是由一塊電路板封裝而成的模型：

a）X1是混頻和VCO 電路，主要形成VCO信號，完成混頻功能；

b）X2是放大及比相電路，主要完成對混頻后的信號進行放大，并完成環(huán)路比相功能；

c）X3完成對碼元的解調；

d）X4是環(huán)路濾波電路，主要形成環(huán)路誤差信號和指令解調信號；

e）X5完成直波環(huán)路的邏輯控制，控制編碼檢測信號“bmjc＿out”輸出與否。

圖2 ADS軟件建立的頂層電路模型

2 系統(tǒng)故障的仿真復現

在樣機調試過程中，當直波編碼檢測系統(tǒng)的輸入信號為強信號時，出現解碼輸出信號前后碼元的串擾，甚至變成一條直線。而編碼檢測系統(tǒng)的技術指標要求是實現解碼脈沖在各種情況下都滿足占空比在規(guī)定范圍內。

對圖2建立的仿真模型進行仿真，結果如圖3所示。

圖3（a）是編碼檢測系統(tǒng)的輸出信號，圖3（b）是經過調制信息濾波器（圖1中A 點指令解調濾波輸出信號波形），這些仿真波形與工程樣機調試中所看到的波形較好的吻合。

從圖3中可以看出，A 點的波形包絡，在減小過程中的最小值Min太大，碼元解調電路的判別門限過高，最終使得bmjc＿out的解碼脈沖前后碼元的串擾超出了系統(tǒng)對編碼的技術指標，即占空比太大。該系統(tǒng)的設計需要在理論上將Min值減小到0，并適當調整判別門限的相關電路參數。

3 系統(tǒng)集成和優(yōu)化

圖3 改進前的直波編碼檢測系統(tǒng)仿真結果

為解決上述問題，采用集成優(yōu)化軟件ISIGHT 驅動ADS電路仿真模型［5］。選擇電路關鍵參數為變量，Min 值最小、編碼檢測占空比50%為最優(yōu)目標，建立集成優(yōu)化模型，完成電路性能的優(yōu)化。集成優(yōu)化過程如圖4所示。

ISIGHT 軟件通過修改netlist.log文件中相關的電路參數，先后驅動ADS仿真模型、數據格式轉換軟件模塊、MATLAB 數據后處理模型運行并仿真輸出目標參數的數據結果。ISIGHT 根據Output.txt中目標參數的變化情況和算法策略，自動更改netlist.log中的相關參數，從而實現電路參數的自動優(yōu)化，直至找到滿足要求的電路參數為止。

圖4 編碼檢測仿真系統(tǒng)集成優(yōu)化框圖

3.1 編碼檢測系統(tǒng)集成

完成直波編碼檢測ADS 模型、數據轉換模型、MATLAB數據后處理模型后，在ISIGHT 軟件中建立集成模型，如圖5所示。

圖5 編碼檢測仿真系統(tǒng)集成優(yōu)化框圖

具體步驟如下：

a）在①的窗口中，創(chuàng)建任務ZBdecode.desc；

b）在②的窗口中，創(chuàng)建ADS模型、數據轉換模型、MATLAB數據后處理模型的子任務；

c）在③的窗口中，建立netlist.log文件的變量驅動文件，并完成文件中的電阻、電容、濾波參數等變量的提?。?/p>

d）在②的窗口中，完成數據轉換軟件自動驅動，將ADS仿真輸出數據轉換成MATLAB可識別的數據格式；

e）在④的窗口中，建立解碼后處理模型ZBdecode.m 的驅動，對ADS仿真結果進行分析，輸出編碼檢測帶寬DecodeWidth；

f）在⑤的窗口中，建立模型輸出文件output.txt，并完成輸出編碼檢測脈寬DecodeWidth 的提取。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)化

完成系統(tǒng)集成后，對系統(tǒng)內的設計參數進行優(yōu)化。優(yōu)化算法設置為：連續(xù)二次規(guī)劃法（Sequential Quadratic Programming– NLPQL）和多 導 遺 傳 算 法（Multi-Island Genetic Algorithm），如圖6所示。

圖6 優(yōu)化算法設計

完成上述相關的優(yōu)化設置后，啟動ISIGHT軟件進行優(yōu)化。優(yōu)化過程以解碼脈沖寬度符合任務書要求為優(yōu)化目標，對濾波電路、碼元形成電路中的電容、電阻等器件的參數進行調整，完成優(yōu)化任務。

優(yōu)化后的濾波器輸出波形如圖7（b）所示，Min值基本趨近于0；解碼脈沖波形如圖7（b）所示，在常溫狀態(tài)碼元脈沖占空比為49.9%。

4 試驗

為驗證優(yōu)化結果，將直波編碼檢測系統(tǒng)參數優(yōu)化前后的情況在同一塊電路板上進行試驗，圖8為濾波器輸出信號（A 點）的波形。

圖7 優(yōu)化后的解碼脈沖波形

圖8 優(yōu)化前、后濾波器輸出波形對比

該圖采用雙路示波器，同時顯示優(yōu)化前（ch2）、后（ch1）碼濾波器輸出信號，圖中可以看出優(yōu)化后的波形畸變小，較好的恢復了編碼信號的包絡形狀。優(yōu)化過程中，優(yōu)化了編碼檢測濾波器的參數，改變了濾波器的延遲，優(yōu)化后的編碼檢測系統(tǒng)具有更短的延遲。

上述電路參數的仿真優(yōu)化結果直接應用于實際樣機研制，優(yōu)化后的電路參數合理，實現了解碼電路模塊的即裝即用。直波接收機的環(huán)境試驗表明，在大動態(tài)范圍輸入、高溫、低溫等多種條件下，直波編碼系統(tǒng)工作正常，徹底解決了前后碼元串擾問題。

5 結束語

本文通過對直波編碼檢測系統(tǒng)的建模與集成，以及對其電路參數進行仿真優(yōu)化，獲取了最優(yōu)的電路參數，并得到了試驗驗證。

優(yōu)化后的參數，徹底解決了工程樣機中解碼模塊存在的實際問題；完成了在常溫、高低溫、大動態(tài)等極端條件下，提取出攜帶有無線電修正指令的調頻信號，從設計上消除多個頻率碼間的串擾和每個頻率碼前后碼元之間的干擾，確保了碼元檢測的質量，為照射雷達與導引頭之間的可靠通訊奠定了堅實的基礎。這種集成優(yōu)化的設計方法，為電路設計中的參數優(yōu)化提供了較好的技術途徑。

［1］ 魏宗祿.直波鎖相接收機的捕獲和跟蹤能力［J］.制導與引信，1992，（3）.

［2］ 張厥盛，鄭繼舜.鎖相技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1998.

［3］ Agilent Technologies.Circuit Simulation［M］.USA：Agilent Technologies，2002.

［4］ 王輔春.電子電路CAD 軟件使用指南［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1998.

［5］ 劉蘇杰.集成優(yōu)化技術在差分對管建模中的應用［J］.制導與引信，2010，31（2）：4-8.