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摘要：功率优化装置是脉冲多普勒雷达导引头的一个重要组成部分，本文对此进行了详细分析，制定了测試方法与要求。
关键词：功率优化;发射机;导引头
0 引言
某引进导弹修理中经常遇到发射机输出功率较低的故障情况，具体表现为开发射机进行测试时其功率指示电平小于规定值。发射机输出功率较低将直接影响导引头探测距离。某型导弹空战过程如图1所示。导弹发射后，当达到主动雷达导引头截获距离、导弹中末制导交接班时，若发射机输出功率较低，导引头将无法在既定方位和距离捕获目标，中末制导交接班失败，导弹无法实现自动导引，无法按照预期毁伤目标。
功率优化装置（见图2）作为导引头重要组件之一，负责在开发射机后对主控振荡器输送至速调管的小功率探测信号的功率控制电压进行动态调节，确保速调管输出功率最大，保证导引头探测功率与距离。
由于速调管具有非线性特性，在输入输出特性曲线上可能存在数个极大值点，如图3所示，速调管输入功率与输出功率成非正比关系，在输入功率为某一值时（可能不是最大值）输出功率最大。
由于功率优化装置故障是导致发射机输出功率低的重要原因，对该组件进行了电路测绘，对其组成结构与工作原理进行分析，制定了组件测试方法与要求，指出了功率优化存在的固有设计缺陷，并提出改进方案。
1 功率优化装置工作流程
1.1 扫描阶段
发射机开机后，导引头计算机向功率优化发送优化开始信号，进入扫描阶段，此时功率优化向主控振荡器发送由10～OV线性扫描的小功率探测信号的功率控制电压，同时读取发射机功率检波信号，进行均值计算与放大，生成功率指示电平，送导引头计算机与自身使用。功率指示电平与2V门限值比较：当功率指示电平小于等于该门限值时，持续向主控发送10～OV线性扫描的小功率探测信号的功率控制电压进行扫描控制;当功率指示电平大于等于该门限值时，向导引头计算机发送阶段转换信号，表示发射机已启动，且输出功率已达到额定的最低功率值。此时功率优化装置转入跟踪阶段。
1.2 跟踪阶段
在跟踪阶段中，功率优化装置按固定时间间隔读取发射机功率检波信号，生成功率指示电平并锁存，同时不断将功率指示电平与锁存值（上一时刻的功率指示电平）比较，根据比较结果以0.2V为步进增大或减小向主控振荡器发送小功率探测信号的功率控制电压，达到动态控制的效果。
2 功率优化装置组成结构与工作原理
2.1 组成
功率优化装置由发射机功率采样电路、基准时钟分频电路、功率指示电平与固定值比较电路、功率指示电平与上周期值比较电路、主控优化电压数字量形成电路、主控优化电压形成电路、裁决电路和基准电压电路等8部分组成，框图见图4。
2.2 发射机功率采样电路
发射机功率采样电路由2级运放单元电路与1级模数转换电路组成，如图5所示。前级运放组成求均值电路，后级运放组成低通滤波放大器，其直流放大倍数为k倍，最后接1级10位逐次逼近型ADC。发射机功率采样电路用于将发射机功率检波信号转换为模拟量及数字量的功率指示电平。ADC受基准时钟分频电路产生的时钟控制，按固定时间间隔转换一次。
2.3 基准时钟分频电路
基准时钟分频电路由3个二进制计数器级联、若干门电路逻辑运算组成，如图6所示，功能是对来自同步器的频率为f的功率优化同步信号进行分频及逻辑处理，生成四个周期相同、脉宽相同、时序不同的单脉冲同步时钟信号。
2.4 功率指示电平与固定值比较电路
由2个四位数值比较器级联组成，如图7所示。功能是将功率指示电平数字量与固定数字量门限值比较，如小于固定数字数字量比较，如小于上时刻锁存数字量则输出高电平，大于等于上时刻锁存数字量则输出低电平，比较结果送至裁决电路。
2.6 主控优化电压数字量形成电路
由2个同步二进制加减计数器组成，如图9所示。以计算机输出的功率优化开始信号作为使能信号，以基准时钟分频电路产生的时钟作为步进时钟，以裁决电路输出的正/负向步进标志作为功率控制电压数字量加减方向，从而动态控制二进制加减计数器步进生成功率控制电压的数字量。
2.7 主控优化电压形成电路
由DA芯片及5级运放组成，如图10所示，DA芯片与第1级运放组成经典的DA单元电路，第2级运放组成二阶低通滤波电路，第3级运放构成PWM发生电路，第4级运放构成脉宽调制电路，第5级运放与基准电压组成压控恒流源及滤波电路，将功率控制电压数字量DA转换后进行PWM调制，生成功率控制电压模拟量。
2.8 基准电压电路
由比较器、三极管、稳压管、电阻组成，构成典型的串联深度负反馈稳压电路，如图11所示。将27V变为15V作为电压基准，供功率控制电压形成电路使用。
2.9 裁决电路
由2个J-K触发器组成，如图12所示，主要逻辑为：
1）当计算机发送功率优化开始信号前，J-K触发器A的SET端为1，则Q端恒为1，向计算机发送的模式转换信号（发射机输出已达到额定的最低功率值标志）为0。
2）当计算机发送功率优化开始信号后，J-K触发器A的SET端为0，则Q端根据J-K端输入（功率指示电平与固定值比较结果）情况输出：当功率指示电平小于固定值，则阶段转换信号为0;当功率指示电平大于等于固定值，则跟踪标志为1，转入跟踪阶段。
3）当阶段转换信号为0，J-K触发器B的SET端为1，则Q端恒为1，即功率控制电压恒向正方向步进，此时发送主控的优化电压一直按10～OV、10～OV周期性变化（类似锯齿波）。
4）当模式转换信号为1，J-K触发器B的SET端为0，则Q端根据J-K端输入情况输出：当功率指示电平大于等于上周期数字量，则维持正/负向步进标志位逻辑电平，即功率控制电压数字量步进方向不改变;当功率指示电平小于上时刻，则改变正/负向步进标志逻辑位电平，改变功率控制电压数字量向反方向步进，进行动态控制;若功率控制电压数字量为11111111，同样也改变正/负向步进标志位逻辑电平，即改变功率控制电压数字量步进方向。 3 功率优化装置测试方法与要求
3.1 功率指示电平测试
1）向功率优化提供必要的直流电。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平为Ul的脉冲信号，模拟天线传来的发射机功率检波信号。
3）检测“功率指示电平模拟量”端口，应输出k×Ul/10的直流电压信号。
3.2 主控优化电压测试
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“功率优化同步信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
3）检测“主控优化电压模拟量”端口应输出10～OV线性扫描电压（锯齿波）。3.3扫描模式（与固定值比较裁决功能）测试
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平由OV逐渐增大至5V的脉冲信号。
3）向“功率优化同步信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
4）检测“跟踪标志”输出端口电平应由低至高翻转，并记录此时“发射机功率检波信号”端口输入脉冲的高电平值。
3.4 跟踪模式（与上时刻值比较裁决功能）测试1
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平为5V的脉冲信号。
3）向“功率优化同步信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
4）检测“功率控制电压”端口输出应由10V逐渐增大至ov，然后逐渐减小至10V，并重复上述过程。
3.5 跟踪模式（与上时刻值比较裁决功能）测试2
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平由10V缓慢减小至5V脉冲信号（保持输出高电平的线性度）。
3）向“功率优化同步信号”端口输入频率為fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
4）检测“功率控制电压”端口输出应维持在10～ov区间内某一数值，
4 总结
本文在充分分析功率优化装置的工作流程、组成结构及工作原理的基础上，制定了详细的测试方法和要求。为引进型导引头功率优化装置的修理提供参考。
关键词：功率优化;发射机;导引头
0 引言
某引进导弹修理中经常遇到发射机输出功率较低的故障情况，具体表现为开发射机进行测试时其功率指示电平小于规定值。发射机输出功率较低将直接影响导引头探测距离。某型导弹空战过程如图1所示。导弹发射后，当达到主动雷达导引头截获距离、导弹中末制导交接班时，若发射机输出功率较低，导引头将无法在既定方位和距离捕获目标，中末制导交接班失败，导弹无法实现自动导引，无法按照预期毁伤目标。
功率优化装置（见图2）作为导引头重要组件之一，负责在开发射机后对主控振荡器输送至速调管的小功率探测信号的功率控制电压进行动态调节，确保速调管输出功率最大，保证导引头探测功率与距离。
由于速调管具有非线性特性，在输入输出特性曲线上可能存在数个极大值点，如图3所示，速调管输入功率与输出功率成非正比关系，在输入功率为某一值时（可能不是最大值）输出功率最大。
由于功率优化装置故障是导致发射机输出功率低的重要原因，对该组件进行了电路测绘，对其组成结构与工作原理进行分析，制定了组件测试方法与要求，指出了功率优化存在的固有设计缺陷，并提出改进方案。
1 功率优化装置工作流程
1.1 扫描阶段
发射机开机后，导引头计算机向功率优化发送优化开始信号，进入扫描阶段，此时功率优化向主控振荡器发送由10～OV线性扫描的小功率探测信号的功率控制电压，同时读取发射机功率检波信号，进行均值计算与放大，生成功率指示电平，送导引头计算机与自身使用。功率指示电平与2V门限值比较：当功率指示电平小于等于该门限值时，持续向主控发送10～OV线性扫描的小功率探测信号的功率控制电压进行扫描控制;当功率指示电平大于等于该门限值时，向导引头计算机发送阶段转换信号，表示发射机已启动，且输出功率已达到额定的最低功率值。此时功率优化装置转入跟踪阶段。
1.2 跟踪阶段
在跟踪阶段中，功率优化装置按固定时间间隔读取发射机功率检波信号，生成功率指示电平并锁存，同时不断将功率指示电平与锁存值（上一时刻的功率指示电平）比较，根据比较结果以0.2V为步进增大或减小向主控振荡器发送小功率探测信号的功率控制电压，达到动态控制的效果。
2 功率优化装置组成结构与工作原理
2.1 组成
功率优化装置由发射机功率采样电路、基准时钟分频电路、功率指示电平与固定值比较电路、功率指示电平与上周期值比较电路、主控优化电压数字量形成电路、主控优化电压形成电路、裁决电路和基准电压电路等8部分组成，框图见图4。
2.2 发射机功率采样电路
发射机功率采样电路由2级运放单元电路与1级模数转换电路组成，如图5所示。前级运放组成求均值电路，后级运放组成低通滤波放大器，其直流放大倍数为k倍，最后接1级10位逐次逼近型ADC。发射机功率采样电路用于将发射机功率检波信号转换为模拟量及数字量的功率指示电平。ADC受基准时钟分频电路产生的时钟控制，按固定时间间隔转换一次。
2.3 基准时钟分频电路
基准时钟分频电路由3个二进制计数器级联、若干门电路逻辑运算组成，如图6所示，功能是对来自同步器的频率为f的功率优化同步信号进行分频及逻辑处理，生成四个周期相同、脉宽相同、时序不同的单脉冲同步时钟信号。
2.4 功率指示电平与固定值比较电路
由2个四位数值比较器级联组成，如图7所示。功能是将功率指示电平数字量与固定数字量门限值比较，如小于固定数字数字量比较，如小于上时刻锁存数字量则输出高电平，大于等于上时刻锁存数字量则输出低电平，比较结果送至裁决电路。
2.6 主控优化电压数字量形成电路
由2个同步二进制加减计数器组成，如图9所示。以计算机输出的功率优化开始信号作为使能信号，以基准时钟分频电路产生的时钟作为步进时钟，以裁决电路输出的正/负向步进标志作为功率控制电压数字量加减方向，从而动态控制二进制加减计数器步进生成功率控制电压的数字量。
2.7 主控优化电压形成电路
由DA芯片及5级运放组成，如图10所示，DA芯片与第1级运放组成经典的DA单元电路，第2级运放组成二阶低通滤波电路，第3级运放构成PWM发生电路，第4级运放构成脉宽调制电路，第5级运放与基准电压组成压控恒流源及滤波电路，将功率控制电压数字量DA转换后进行PWM调制，生成功率控制电压模拟量。
2.8 基准电压电路
由比较器、三极管、稳压管、电阻组成，构成典型的串联深度负反馈稳压电路，如图11所示。将27V变为15V作为电压基准，供功率控制电压形成电路使用。
2.9 裁决电路
由2个J-K触发器组成，如图12所示，主要逻辑为：
1）当计算机发送功率优化开始信号前，J-K触发器A的SET端为1，则Q端恒为1，向计算机发送的模式转换信号（发射机输出已达到额定的最低功率值标志）为0。
2）当计算机发送功率优化开始信号后，J-K触发器A的SET端为0，则Q端根据J-K端输入（功率指示电平与固定值比较结果）情况输出：当功率指示电平小于固定值，则阶段转换信号为0;当功率指示电平大于等于固定值，则跟踪标志为1，转入跟踪阶段。
3）当阶段转换信号为0，J-K触发器B的SET端为1，则Q端恒为1，即功率控制电压恒向正方向步进，此时发送主控的优化电压一直按10～OV、10～OV周期性变化（类似锯齿波）。
4）当模式转换信号为1，J-K触发器B的SET端为0，则Q端根据J-K端输入情况输出：当功率指示电平大于等于上周期数字量，则维持正/负向步进标志位逻辑电平，即功率控制电压数字量步进方向不改变;当功率指示电平小于上时刻，则改变正/负向步进标志逻辑位电平，改变功率控制电压数字量向反方向步进，进行动态控制;若功率控制电压数字量为11111111，同样也改变正/负向步进标志位逻辑电平，即改变功率控制电压数字量步进方向。 3 功率优化装置测试方法与要求
3.1 功率指示电平测试
1）向功率优化提供必要的直流电。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平为Ul的脉冲信号，模拟天线传来的发射机功率检波信号。
3）检测“功率指示电平模拟量”端口，应输出k×Ul/10的直流电压信号。
3.2 主控优化电压测试
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“功率优化同步信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
3）检测“主控优化电压模拟量”端口应输出10～OV线性扫描电压（锯齿波）。3.3扫描模式（与固定值比较裁决功能）测试
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平由OV逐渐增大至5V的脉冲信号。
3）向“功率优化同步信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
4）检测“跟踪标志”输出端口电平应由低至高翻转，并记录此时“发射机功率检波信号”端口输入脉冲的高电平值。
3.4 跟踪模式（与上时刻值比较裁决功能）测试1
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平为5V的脉冲信号。
3）向“功率优化同步信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
4）检测“功率控制电压”端口输出应由10V逐渐增大至ov，然后逐渐减小至10V，并重复上述过程。
3.5 跟踪模式（与上时刻值比较裁决功能）测试2
1）向“功率优化开始信号”端口输入高电平。
2）向“发射机功率检波信号”端口输入频率为fl、占空比为0.2、高电平由10V缓慢减小至5V脉冲信号（保持输出高电平的线性度）。
3）向“功率优化同步信号”端口输入频率為fl、占空比为0.2的TTL电平脉冲信号。
4）检测“功率控制电压”端口输出应维持在10～ov区间内某一数值，
4 总结
本文在充分分析功率优化装置的工作流程、组成结构及工作原理的基础上，制定了详细的测试方法和要求。为引进型导引头功率优化装置的修理提供参考。