大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，利用本方法可有效地提高輸出高功率條件下的控制速度及控制精度。本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn)：在高功放發(fā)射機的輸入端，配置兩個相互串聯(lián)的大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器，并在高功放發(fā)射機的輸出端配置大功率定向耦合器，并聯(lián)高功放發(fā)射機的監(jiān)控處理器構(gòu)成雙環(huán)路負反饋自閉環(huán)控制回路；監(jiān)控處理器內(nèi)設有按照大步進快速控制算法和高精度控制算法，控制改變大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器衰減值的嵌入式邏輯算法控制程序；監(jiān)控處理器以輸出功率與預設功率差值的三分之二為控制量，對上述兩個衰減器進行雙循環(huán)比較控制，使高功放發(fā)射機快速逼近輸出功率的預設值。
【專利說明】大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于在航天飛行器測控站中，固態(tài)高功放發(fā)射機輸出高功率條件下，快速及高精度控制輸出功率的控制處理方法。
【背景技術】
[0002]在微波通信領域，固態(tài)功放發(fā)射機工作在連續(xù)波狀態(tài)，最大連續(xù)波輸出功率IOff?500W量級稱為中功放(MPA)，大于500W歸入高功放級別(ΗΡΑ)。一般的功放控制步進為ldB，控制精度為ldB，當控制精度要求達到0.1dB時，就屬于高精度控制。在航天飛行器測控領域，微波高功放發(fā)射機是必不可少的關鍵設備。為了滿足對不同軌道的衛(wèi)星及飛行器進行有效控制，又要滿足大動態(tài)需求，高功放發(fā)射機的輸出功率需要進行快速精確的控制，對近地衛(wèi)星的控制需要百瓦級功率，同步高軌道衛(wèi)星的控制需要千瓦級功率，月球、火星探測及行星際飛行器的控制，需要幾千瓦甚至十千瓦量級以上的高功率。
[0003]在傳統(tǒng)領域，固態(tài)功放發(fā)射機輸出功率較小，屬于中小級別功放，對控制精度和控制速度的要求不高，因此控制方式相對較簡單，一般的方式是采用固定增益功放，改變輸入激勵信號的大小來改變功放發(fā)射機的輸出功率，或者采用數(shù)控衰減器進行步進控制，控制精度為ldB。如果在航天飛行器測控領域的高功放發(fā)射機中采用傳統(tǒng)的控制方式和控制精度，很難滿足要求。比如高功放發(fā)射機輸出當前值為1000W時，每增加ldB，功率會增加259W，每減小ldB，功率會減小200W，步進已經(jīng)達到百瓦以上，可見IdB步進控制精度難于達到測控高功放發(fā)射機需求。另外，衛(wèi)星及飛行器相對于地球，其位置變化較快，就要求對測控高功放發(fā)射機輸出功率進行大動態(tài)快速控制，傳統(tǒng)的功放控制方式是簡單的步進式控制，以IdB步進增加或減小的線性式控制，功率控制速度相對較慢，不能滿足衛(wèi)星測控高功放發(fā)射機輸出功率的大動態(tài)快速控制需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決傳統(tǒng)固態(tài)功放發(fā)射機不能滿足航天飛行器測控的需求，本發(fā)明提供一種能夠有效地提高在輸出高功率條件下的控制速度及控制精度的，大動態(tài)高精度快速控制高功放發(fā)射機輸出高功率的方法。
[0005]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達到:一種大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于包括如下步驟:在所述高功放發(fā)射機的高功放輸入端，配置兩個相互串聯(lián)，不同精度和控制特性的大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器，并在高功放輸出端配置大功率定向耦合器，并聯(lián)監(jiān)控處理器構(gòu)成雙環(huán)路負反饋自閉環(huán)控制回路；監(jiān)控處理器內(nèi)設有用于接收用戶下達輸出功率控制命令，按照大步進快速控制算法和高精度控制算法，控制改變數(shù)控衰減器和模擬電調(diào)衰減器衰減值的嵌入式邏輯算法控制程序；監(jiān)控處理器以輸出功率與預設功率差值的三分之二為控制量，對上述兩個衰減器進行雙循環(huán)比較控制，使高功放發(fā)射機快速逼近輸出功率的預設值；當控制的輸出功率處于預設值±0.1dB范圍內(nèi)時，即到達高精度控制目標。[0006]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有如下有益效果:
[0007]本發(fā)明在高功放發(fā)射機高功率放大器輸入端配置兩個不同精度和控制特性的衰減器，與監(jiān)控處理器和大功率定向耦合器組成級聯(lián)負反饋自閉環(huán)控制雙環(huán)路，通過監(jiān)控處理器可以對輸出功率進行雙循環(huán)比較控制，負反饋保證了功率控制是收斂的。
[0008]本發(fā)明配置的大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器聯(lián)合控制方式，大步進快速控制算法以輸出功率與預設功率差值的三分之二為控制量，對衰減器進行非線性控制，保證了高功率控制時的快速輸出并達到大功率的量級。高精度控制算法控制步進小于
0.ldB，高于常規(guī)功放控制精度10倍。既保證了控制的快速，也保證了控制的高精度。
[0009]本發(fā)明通過對衰減器的非線性式快速控制，及以輸出功率與預設功率差值的三分之二為控制量，保證了高功率控制時的快速輸出并達到接近大功率的量級。配合高精度模擬電調(diào)衰減器控制，快速逼近輸出功率的預設值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明進一步說明。
[0011]圖1是本發(fā)明雙環(huán)路負反饋自閉環(huán)控制回路框圖。
[0012]圖2是本發(fā)明監(jiān)控處理器邏輯算法控制程序的控制流程框圖。
【具體實施方式】
[0013]參閱圖1。根據(jù)本發(fā)明，在以下描述的實施例中，高功放輸入端配置一個數(shù)控衰減器和一個高精度模擬電調(diào)衰減器，在高功放輸出端配置一個大功率定向耦合器，與高功放監(jiān)控處理器組成級聯(lián)負反饋自閉環(huán)控制雙環(huán)路。在高功放的監(jiān)控處理器內(nèi)，設計整個輸出功率嵌入式邏輯算法控制程序，用于接收用戶下達的輸出功率控制命令，按照大步進快速控制算法和高精度控制算法控制改變數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器的衰減值，完成高功放輸出功率的大步進快速粗控和高精度快速控制邏輯算法控制程序。邏輯算法控制程序包括，大步進快速控制算法和邏輯算法控制程序兩個子程序。雙環(huán)路負反饋自閉環(huán)控制回路中的衰減器受嵌入式邏輯算法控制程序，分別進行大步進快速控制算法和高精度控制算法的控制。數(shù)控衰減器的工作頻率為S/C/X頻段，總衰減量為31dB，步進ldB，5位TTL電平控制的衰減器。高精度模擬電調(diào)衰減器是工作頻率為S/C/X頻段，總衰減量為5dB，模擬電壓(DC0?5V)控制，控制量連續(xù)可調(diào)的衰減器。TTL電平:輸出高電平>2.4V，輸出低電平〈0.4V.在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。
[0014]大功率定向耦合器的耦合功率信號送監(jiān)控處理器進行檢測，監(jiān)控處理器根據(jù)檢測結(jié)果，按照邏輯算法控制程序依次控制級聯(lián)雙環(huán)路中兩個不同特性的衰減器程序。當監(jiān)控處理器接收到控制指令后，循環(huán)檢測大功率定向耦合器的功率值，同時按照快速算法控制減小數(shù)控衰減器衰減值，當檢測到輸出功率值進入粗控范圍時，啟動快速算法控制高精度模擬電調(diào)衰減器，使大功率定向耦合器輸出功率快速逼近預設值，直到滿足控制精度0.1dB要求為止，最后鎖定數(shù)控衰減器和模擬電調(diào)衰減器。
[0015]監(jiān)控處理器中的大步進快速控制算法子程序，首先檢測大功率定向耦合器的輸出功率Plri，計算當前定向耦合器的輸出功率值Plri與預設值Ptl的分貝數(shù)差值，然后控制數(shù)控衰減器減小該差值的三分之二，快速控制高功放發(fā)射機高功率，然后再次檢測定向耦合器的輸出功率Pn。計算Pn-Plri的值，判斷該值是否小于等于IdB的粗控范圍，滿足就退出，不滿足又重復上述步驟控制一次。
[0016]監(jiān)控處理器中的高精度控制算法子程序，在完成大步進粗控循環(huán)后啟動，首先檢測定向耦合器的輸出功率Pnrl，計算當前定向耦合器的輸出功率值Pnrl與預設值Ptl的分貝數(shù)差值，然后控制模擬電調(diào)衰減器減小該差值的三分之二，快速控制高功放發(fā)射機高功率，然后再次檢測定向耦合器的輸出功率Pm。計算Pm-Py的值，判斷該值是否小于等于0.1dB的高精度范圍，滿足就退出，不滿足又重復上述步驟控制一次。
[0017]參閱圖2。監(jiān)控處理器中的邏輯算法控制程序具體實施控制流程是:具備下達輸出功率控制命令功能的應用軟件下達輸出功率預設值Ptl命令后，由監(jiān)控處理器嵌入式程序接收該命令，啟動并自動組織完成整個控制過程。監(jiān)控處理器邏輯算法控制程序在控制過程中，先進行大步進快速粗控:嵌入式程序首先控制數(shù)控衰減器和模擬電調(diào)衰減器初始值分別為SpAci，然后檢測一次大功率定向耦合器的輸出功率值P1,然后計算P1與預設值Ptl的差值S1，然后將差值S1乘與2/3，作為控制量2/3Si，對數(shù)控衰減器進行一次控制，之后，再檢測一次定向耦合器的輸出功率值P2,判斷P1-P2S IdB是否成立，如果條件不成立，程序循環(huán)一次大功率定向耦合器的檢測及對數(shù)控衰減的進行控制，如果條件成立，則快速粗控程序結(jié)束，轉(zhuǎn)入快速高精度控制。
[0018]快速高精度控制的流程與大步進快速粗控流程基本一致，不同點在于高精度模擬電調(diào)衰減器的控制方式不同。高精度模擬電調(diào)衰減器的控制是通過監(jiān)控處理器輸出一個DCO?5V直流電壓進行連續(xù)控制，控制量連續(xù)可調(diào)，理論上可控制電調(diào)衰減器步進無限小，工程應用中，設定控制量為0.1dB,即可達到航天飛行器測控需求。
[0019]當快速高精度控制的流程滿足控制精度0.1dB的退出條件，邏輯算法控制程序兩個子程序?qū)?shù)控衰減器和模擬衰減器進行末值鎖定后，退出程序，完成整個控制過程。
[0020]整個控制過程是一鍵式操作的，僅需要應用軟件下達一個控制命令，即可全自動實現(xiàn)整個控制流程。
【權(quán)利要求】
1.一種大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于包括如下步驟:在功放發(fā)射機的輸入端，配置兩個相互串聯(lián)，不同精度和控制特性的大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器，并在高功放發(fā)射機輸出端配置大功率定向耦合器，并聯(lián)監(jiān)控處理器構(gòu)成雙環(huán)路負反饋自閉環(huán)控制回路；監(jiān)控處理器內(nèi)設有用于接收用戶下達輸出功率控制命令，按照大步進快速控制算法和高精度控制算法，控制改變大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器衰減值的嵌入式邏輯算法控制程序；監(jiān)控處理器以輸出功率與預設功率差值的三分之二為控制量，對上述兩個衰減器衰減值進行雙循環(huán)比較控制，使高功放發(fā)射機快速逼近輸出功率的預設值；當控制的輸出功率處于預設值±0.1dB范圍內(nèi)時，即到達高精度控制目標。
2.如權(quán)利要求1所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:邏輯算法控制程序包括，大步進快速控制算法和高精度控制算法兩個子程序，雙環(huán)路負反饋自閉環(huán)控制回路中的大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器，分別受大步進快速控制算法和高精度控制算法的控制。
3.如權(quán)利要求1所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:大步進數(shù)控衰減器的工作頻率為S/C/X頻段，總衰減量為31dB，步進ldB，5位TTL電平控制的衰減器；高精度模擬電調(diào)衰減器是工作頻率為S/C/X頻段，總衰減量為5dB，模擬電壓DCO?5V控制，控制量連續(xù)可調(diào)的衰減器。
4.如權(quán)利要求1所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:大功率定向耦合器的耦合功率信號送監(jiān)控處理器進行檢測，監(jiān)控處理器根據(jù)檢測結(jié)果，按照邏輯算法控制程序依次控制級聯(lián)的雙環(huán)路負反饋自閉環(huán)控制回路中大步進數(shù)控衰減器和高精度模擬電調(diào)衰減器。
5.如權(quán)利要求4所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:當監(jiān)控處理器接收到控制指令后，循環(huán)檢測大功率定向耦合器的功率值，同時按照快速算法控制減小數(shù)控衰減器衰減值，當檢測到輸出功率值進入粗控范圍時，啟動快速算法控制高精度模擬電調(diào)衰減器，使大功率定向耦合器輸出功率快速逼近預設值。
6.如權(quán)利要求2所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:監(jiān)控處理器中的大步進快速控制算法子程序，首先檢測大功率定向耦合器的輸出功率Pn+計算當前定向耦合器的輸出功率值Plri與預設值Ptl的分貝數(shù)差值，然后控制數(shù)控衰減器減小該差值的三分之二，快速控制高功放發(fā)射機高功率，然后再次檢測定向耦合器的輸出功率Ρη。計算Pn-Plri的值，判斷該值是否小于等于IdB的粗控范圍，滿足就退出，不滿足又重復上述步驟控制一次。
7.如權(quán)利要求2所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:監(jiān)控處理器中的高精度控制算法子程序，在完成大步進粗控循環(huán)后啟動，首先檢測定向耦合器的輸出功率Pnrl，計算當前定向耦合器的輸出功率值Pnrl與預設值Ptl的分貝數(shù)差值，然后控制模擬電調(diào)衰減器減小該差值的三分之二，快速控制高功放發(fā)射機高功率，然后再次檢測定向耦合器的輸出功率pm。計算Pm-Py的值，判斷該值是否小于等于0.1dB的高精度范圍，滿足就退出，不滿足又重復上述步驟控制一次。
8.如權(quán)利要求1所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:監(jiān)控處理器輸出一個O?5V直流電壓對模擬電調(diào)衰減器進行連續(xù)控制，工程應用中，設定控制量為0.ldB。
9.如權(quán)利要求6或7所述的大動態(tài)快速控制高功放發(fā)射機輸出功率的方法，其特征在于:當快速高精度控制的流程滿足控制精度0.1dB的退出條件，邏輯算法控制程序兩個子程序?qū)?shù)控衰減器和模擬衰減器`進行末值鎖定后，退出程序，完成整個控制過程。
【文檔編號】G05F1/66GK103440016SQ201310341360
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】程詩敘, 譚開洪, 譚德祥, 李成虎 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所