微波合成器在飛機(jī)跟蹤應(yīng)用中發(fā)揮作用

激光探測與測距(LADAR)系統(tǒng)的研究已取得了重大的進(jìn)展，激光探測與測距也稱為光探測與測距(LIDAR)。這些研究成果廣泛應(yīng)用于目標(biāo)圖像和跟蹤。LADAR在圖像分辨率方面比傳統(tǒng)的RFRADAR具有重大的優(yōu)勢，因?yàn)槭褂玫碾姶蓬l譜的波長要短得多（特別是在紫外線、可見光或近紅外情況下）。
因?yàn)閳D像分辨率取決于使用的電磁輻射的波長，較短波長提供目標(biāo)的不同表面的更大分辨率。這些較短波長范圍大約從10微米到UV(ca.250nm)。

麻省理工學(xué)院(MIT)林肯實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了基于多普勒的LADAR系統(tǒng)。用于準(zhǔn)確跟蹤移動的飛機(jī)。該系統(tǒng)采用卡爾曼濾波目標(biāo)跟蹤器，用于準(zhǔn)確評估飛機(jī)的位置和速度?？柭鼮V波器是一組預(yù)算過程狀態(tài)的數(shù)學(xué)等式。從而，卡爾曼濾波器可以用于確定飛機(jī)的位置和速度。

LADAR系統(tǒng)需要兩個(gè)40GHz的微波合成器。一個(gè)合成器用于通過向接收器傳輸變化的頻率信號來模擬對象多普勒位移。另一個(gè)合成器用于跟蹤目標(biāo)的多普勒模擬頻率變化。除了寬頻生成需求之外，合成器必須可以快速響應(yīng)多普勒跟蹤卡爾曼濾波器在LADAR系統(tǒng)中心檢測到的變化。最快時(shí)合成器必須能夠以每秒500MHz的最大速率進(jìn)行頻率掃描，單個(gè)頻率變化發(fā)生速度高達(dá)2ms。

Gigatronics Model 2400B系列微波合成器提供寬帶頻率合成和滿足這些需要所需的快速頻率切換。2400B系列提供列表模式的頻率切換速度高達(dá)160μs。在該模式下，2400B也進(jìn)行預(yù)編程將頻率跳至預(yù)定義的頻率點(diǎn)。

很明顯，160μs可以提供極佳的頻率切換時(shí)間。但是對列表進(jìn)行重新編程需要花費(fèi)時(shí)間，無法快速響應(yīng)多普勒跟蹤卡爾曼濾波器檢測到的變化。合成器必須在接收遠(yuǎn)程受控指令的幾微秒內(nèi)響應(yīng)單個(gè)頻率變化指令。傳統(tǒng)的基于ASCII的通用儀器總線(GPIB)處理會占用20ms。列表模式和傳統(tǒng)的GPIB通信禁止這樣的應(yīng)用。要滿足2ms的頻率切換要求，2400B系列合成器依賴于Automation Xpress軟件。

此軟件包括動態(tài)鏈接庫格式(DLL)的應(yīng)用程序界面(API)。API是一組用于建立軟件應(yīng)用程序的例程、協(xié)議和工具。使用API，編輯人員可以利用2400B的快速頻率切換體系結(jié)構(gòu)獨(dú)立地指令頻率變化。Automation Xpress通過將儀器狀態(tài)處理負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到PC上，大大地減小了2400B的處理器負(fù)擔(dān)。生成頻率的儀器狀態(tài)計(jì)算執(zhí)行之后，切換頻率需要的主要時(shí)間是數(shù)據(jù)從控制器轉(zhuǎn)移到2400B所需要的時(shí)間。

Automation Xpress的切換時(shí)間規(guī)格是1.0ms，包含調(diào)制解調(diào)器處理器和內(nèi)存的配置（如圖示）。使用GPIB EndorIdentify信號作為到Lock/Level信號的切換時(shí)間測定的起始點(diǎn)時(shí)，典型的頻率切換時(shí)間（除去控制器處理器額外開銷）大約是1ms。該信號指示頻率變化已經(jīng)完成。

必須設(shè)法滿足操作系統(tǒng)要求以便提供Automation Xpress的快速切換。在MIT開發(fā)的LADAR系統(tǒng)使用Linux Fedora Core4操作系統(tǒng)。相反，Automation Xpress設(shè)計(jì)用于Windows2000和XP操作系統(tǒng)。所以，Gigatronics工程師必須將Automation Xpress API轉(zhuǎn)換至基于Linux的函數(shù)共享庫。

2400B系列合成器已經(jīng)成功集成到在MIT設(shè)計(jì)的多普勒跟蹤卡爾曼濾波器LADAR系統(tǒng)中。該系統(tǒng)目前正在接受測試。