基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统

摘要：介绍了基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统?熏该系统以直接数字频率合成技术（DDS）为基础，以单片机为控制核心，采用高速高精度脉内测频技术精确测量米波脉冲雷达的发射频率，并根据测量结果由单片机控制本机振荡器，改变其输出的本振频率，保证中频频率稳定，确保雷达接收机的技术、战术性能得到充分的发挥。

关键词：本机振荡器直接数字频率合成自动频率控制脉内测频

雷达系统根据其工作频率一般分为米波雷达、分米波雷达和厘米波雷达，其接收机通常是超外差形式的。分米波雷达和厘米波雷达由于其工作频率较高，一般都有自动频率控制（ＡＦＣ）系统，控制本振频率自动跟踪发射频率的变化，或者控制发射频率自动稳定在本振频率对应的频率点上，保证雷达接收机的中频频率稳定。但是传统的模拟式单环路或双环路ＡＦＣ系统由于受模拟电路本身的局限，使得ＡＦＣ的跟踪速度慢、跟踪频率范围窄、精度低，甚至有可能出现错误跟踪的情况；此外，控制本振的自频控雷达由于在本机振荡器上加装了频率调整装置，影响了本振的频率稳定度，这对动目标雷达而言是难以接受的。米波雷达由于其工作频率较低，基本上没有自动频率控制系统，但是米波雷达的发射机工作频率和接收机本机振荡频率由于环境温度、电源电压和负载变化而发生一定的变化，其变化范围从几十千赫兹到数百千赫兹，通常在５００～６００ｋＨｚ之间。虽然由此造成的中频频率变化量的绝对值不会超出中频放大器的通频带范围（中频放大器的通频带通常≤１ＭＨｚ），但是数百千赫兹的变化量使回波信号不能得到最有效的放大，造成雷达接收机技术、战术性能降低，此时即使加装ＤＳＵ（ＤｉｇｉｔａｌＳｔａｂｌｅＵｎｉｔ）设备，也由于中频频率漂移的影响，使ＤＳＵ的性能无法得到最有效的发挥。

应用锁相环频率合成技术实现雷达自动频率控制系统已经是比较成熟的技术方案，这种方案的应用解决了非相参雷达的自动频率跟踪与本振频率稳定度之间的矛盾，但是锁相环固有的大惯性、大步进间隔和非线性误差却严重地限制着锁相环自动频率控制系统的性能，使其无法满足高速、高频率分辨率、大带宽的要求。

ＤＤＳ技术是近几年来迅速发展的频率合成技术，它采用全数字化的技术，具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点，并能直接与单片机接口构成智能化的频率源。基于ＤＤＳ技术的自适应米波雷达自动频率控制系统是新一代的自动频率控制（ＡＦＣ）系统，它以直接数字频率合成技术（ＤＤＳ）为基础，以单片机为控制核心，通过高速高精度脉内频率测量模块对雷达发射频率进行精确测量，然后由单片机控制ＤＤＳ，对发射频率进行搜索和跟踪。因此它是一种易于实现的数字式智能化自适应频率控制系统。

图2 DDS频率合成模块结构图

１系统组成及工作原理

基于ＤＤＳ技术的自适应米波雷达自动频率控制系统主要由高速脉内频率测量模块、ＤＤＳ频率合成模块、单片机和包括频率显示、控制键盘的人机接口模块组成，如图１所示。

系统采用高速高精度实时脉内频率测量技术，利用频率稳定度高达１０－９的高稳恒温时标对频率进行倒计数法测量，由单片机对测量结果进行分析处理，并控制ＤＤＳ频率合成模块，完成对发射频率的搜索和跟踪。系统中除了ＤＤＳ输出后的滤波、放大电路采用模拟电路外，其它全部采用高速数字电路，并结合了单片机具有的可编程能力，使系统避免了传统模拟式ＡＦＣ的缺陷，能够实现更加灵活的控制。

雷达开机后，系统首先工作于搜索模式：单片机控制ＤＤＳ频率合成模块输出本振频率的最低值，与从发射机耦合过来并经过衰减后的发射脉冲频率混频，取出下变频后的中频信号，经过频率测量模块测量后将结果送入单片机，单片机若判断频率测量结果不是规定的中频频率值，则控制ＤＤＳ频率合成模块将输出的本振频率按规定的步长（通常是频率测量系统的频率分辨率）调高，重复此过程，直到频率测量系统测量得到的频率值为规定的中频频率值为止。若搜索过程中本振频率达到上限时仍未搜索到规定的中频频率值，则返回到本振频率最低值，重新开始新一轮的搜索。系统一旦搜索到规定的中频频率值就进入跟踪状态。

在跟踪状态，频率测量模块对每一个发射脉冲频率与本振频率下变频得到的中频脉冲频率进行实时精确测量，在发射脉冲结束时将测量结果送入单片机。单片机立即根据测量结果计算出响应的本振频率调整量，并控制ＤＤＳ频率合成模块调整输出频率，保证在目标回波信号到达接收机时，本振信号已经调整到与该发射脉冲频率对应的频率点上，使目标回波信号下变频后的频率值为准确的中频频率值，从而保证目标回波信号能够得到最有效的放大。

跟踪模式实质上是一个自适应的控制过程：某一发射脉冲的频率比前一发射脉冲的频率升高（降低）→在本振频率不变的条件下，中频频率升高（降低）→频率测量模块的测量结果升高（降低）→单片机得到测量结果后控制ＤＤＳ频率合成模块，使之输出的本振频率相应升高（降低）→中频频率降低（升高）到规定值。

２硬件结构

２．１ＤＤＳ频率合成模块

ＤＤＳ频率合成模块以ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４为核心，包括滤波电路、放大电路和与单片机的接口电路，图２是其组成框图。

ＡＤ公司推出的ＡＤ９８５４是ＤＤＳ芯片中的典型代表之一，它具有３００ＭＨｚ的内部时钟，４～２０倍的内部可编程倍频器使外部输入的时钟信号频率可以从１５ＭＨｚ到７５ＭＨｚ，另外具有１００ＭＨｚ的并行接口总线，内置正交双通道ＤＡＣ输出，具有多种编程工作方式，能产生线性调频信号和非线性调频信号等复杂信号。

ＡＤ９８５４采用ＣＭＯＳ结构，工作电压为３．３Ｖ，而单片机ＡＴ８９Ｃ５１工作在５Ｖ电压下，其总线电平是５Ｖ的ＴＴＬ电平，为保证ＡＤ９８５４的正常工作，必须经电平转换后再与ＡＤ９８５４接口，ＡＤ９８５４的时钟信号也必须经过电平转换后送到ＡＤ９８５４的时钟引脚。ＡＤ９８５４有正交双通道ＤＡＣ输出，每一个通道都是反相的互补输出，经ＭＡＸ４３６放大后滤波，然后再经ＭＡＸ４３６放大到雷达要求的本振电平。两路输出中的一路用于和发射脉冲混频，将下变频后的中频信号送到频率测量模块进行频率测量，系统已经知道ＤＤＳ频率合成模块输出的本振频率，测量出发射脉冲的中频频率就能计算出发射频率；另一路作为接收机的本振信号。

根据奈奎斯特采样定律，当ＤＤＳ系统的时钟为３００ＭＨｚ时，其输出频率的上限是１５０ＭＨｚ，在工程应用中通常只使用到时钟频率的４０％，即１２０ＭＨｚ。某型米波雷达的本振频率上限略高于１２０ＭＨｚ，经查阅ＡＤ９８５４的数据手册，其输出频率能够达到理论的１５０ＭＨｚ；同时经实验证实，ＡＤ９８５４能够在雷达本振频率上限值处稳定工作，且输出信号质量完全可以满足雷达系统对本振的要求。

２．２高速高精度脉内频率测量模块

高速高精度脉内频率测量模块采用倒计数法进行频率测量，主要由下变频混频器、滤波整形电路、计数器Ｔ０、计数器Ｔ１和时序控制电路组成。图３是其结构的组成框图，图４是倒计数法频率测量的时序图。

倒计数法测频是用被测信号的Ｎ个周期形成一个计数门时间Ｔ＝Ｎ·Ｔｘ，在Ｔ时间内由时标Ｆ０计数，这样一来测频就相当于测量门宽Ｔ，Ｔ的最大量化误差是Ｔ０，Ｔｘ的最大量化误差是T0/N。

某型雷达的发射脉冲的宽度是１３μｓ，考虑到其发射机是单级振荡式发射机，每个脉冲在起振和停振的过程中振荡不稳定，因此取中间的１０μｓ作为测频区间。该型雷达的第一中频频率为３０ＭＨｚ，在正常工作时，发射脉冲与本振信号下变频的输出频率应该是准确的３０ＭＨｚ，在１０μｓ的测频时间内应有３００个脉冲，即可取Ｎ＝３００；高稳定的时标的频率是１００ＭＨｚ，Ｔ０＝１０ｎｓ，相应的Ｔｘ的最大误差是Ｔ０／３００＝１／３０ｎｓ，据此可计算出测频的分辨率是３０ｋＨｚ，相对于雷达中频放大器接近１ＭＨｚ的带宽而言，此指标完全能够满足雷达系统的要求。用频谱分析仪实际测得的系统跟踪误差如表１所示。

表1 实际测得的系统跟踪误差表

发射频率/MHz	147.000	147.500	148.000	148.500	149.000	149.500
本振输出频率/MHz	116.999	117.495	118.008	118.492	118.990	119.493
跟踪误差/kHz	-1	-5	+8	-8	-10	-7
发射频率/MHz	150.000	150.500	151.000	151.500	152.000	152.500
本振输出频率/MHz	119.995	120.490	120.990	121.510	122.005	122.500
跟踪误差/kHz	-5	-10	-10	+10	+5	0

模块的工作过程是：当雷达触发脉冲到来时，时序控制电路打开计数器Ｔ，发射脉冲随后到来，经下变频、滤波、整形后转换成ＴＴＬ方波作为计数器Ｔ的时钟。当计数器Ｔ计到第３２个脉冲时，时序控制电路打开计数器Ｔ０，Ｔ０开始对高稳定时标计数；当计数器Ｔ计到第３３２个脉冲时，时序控制电路关闭计数器Ｔ和Ｔ０，并通知单片机已经完成一次频率测量，单片机取走测量结果，并对硬件电路复位，准备下一个周期的测量。

２．３高稳定度恒温时钟模块

本机振荡器的频率稳定度是影响雷达接收机性能的关键性指标。由于ＤＤＳ频率合成方法的输出频率稳定度仅仅取决于其时钟的频率稳定度，因此选用频率稳定度高达１０－９的恒温晶体振荡器作为整个系统的时钟。恒温晶体振荡器输出的１００ＭＨｚ高稳正弦波经放大后整形为标准的ＴＴＬ方波，一路作为频率测量模块的时间标准，另一路经Ｆ１６１分频为２５ＭＨｚ的ＴＴＬ方波，经电平转换后作为ＡＤ９８５４的外部时钟信号，利用ＡＤ９８５４内部的可编程倍频器倍频１２倍使ＡＤ９８５４工作在３００ＭＨｚ的内部时钟频率下。高稳定度恒温时钟模块组成框图如图５所示。

３软件结构

单片机是整个系统的控制核心，可以充分利用软件可编程控制的优势对系统进行灵活有效的控制。图６是单片机的软件框图。

通电以后单片机首先进行初始化，然后设置ＤＤＳ模块的工作模式等参数，再进行时序控制电路的复位并对所有计数器进行清零操作。随后单片机不断查询测量完成信号。当时序控制电路在雷达触发脉冲的作用下完成一次测量时?熏就通过该信号通知单片机，单片机一旦查询到测量完成便立即读入测量结果。然后进行分析，是标准中频频率时不进行本振频率的调整，直接准备下一脉冲周期的测量，若不是则计算所需的频率调整量，控制ＤＤＳ频率合成模块进行频率调整，然后再准备下一脉冲周期的测量。

搜索和跟踪过程的区别主要在于计算频率调整量的方法不同，其它流程基本一致。

基于ＤＤＳ技术的自适应米波雷达本振自动频率控制系统集ＤＤＳ技术的先进性、全数字脉内频率测量的实时性和单片机软件可编程的灵活性于一体，实现了对每一个发射脉冲的发射频率的实时测量和跟踪，是一种全新的雷达自动频率控制系统。在研制过程中解决了高速全数字频率测量模块的设计与实现、高稳定度高频谱纯度频率合成等技术难题；同时由于雷达发射机没有单独组舱，发射信号的场强很大，对系统的抗干扰能力提出了很高的要求，在技术上采取了精心设计印刷电路板、严格区分模拟地和数字地以及严格的屏蔽等措施，整个系统具有跟踪精度高、跟踪范围大、速度快、工作稳（接上页）

定可靠的优点。该系统结构简单、体积小、成本低，在国产某型雷达上已经成功使用，显著提高了该型雷达的技术、战术性能。

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本文介绍了基于MATLAB 的仿真工具SIMULINK，对于线性时变系统的模型参考自适应控制的仿真研究，并给出了仿真结果。关键词： MATLAB 时变系统模型参考自适应控制仿真Abstract

2009-06-13 08:59:09

基于WinFACT的模糊控制系统设计

本文首先介绍了一种专门用于模糊控制系统设计的WinFACT 软件系统。详细地介绍了利用WinFACT 进行自适应模糊控制系统设计的基本原理以及自适应模糊控制器的软件程序设计方法。最

2009-06-29 09:34:18

新型自适应速度观测器在异步电机直接转矩控制系统中的应用

实现高性能直接转矩控制系统的重要环节是准确地观测异步电机的定子磁链。本文将一种新型的速度自适应磁链闭环观测器,应用于直接转矩控制系统中,取代了传统的积分器,

2009-07-06 08:28:42

自适应控制在网络化控制系统中的应用

近年来网络技术的快速发展为高级控制提供了广阔的应用前景。网络化控制系统受到了广泛的关注。本文基于本课题组开发的网络化控制系统，提出了一种自适应控制方案。实验

2009-07-30 14:36:57

基于LabVIEW和Simulink的自适应控制

针对LabVIEW 在控制系统设计和仿真方面的不足，文章提出了利用Matlab/RTW 实现LabVIEW 和Simulink 混合编程的方法以拓宽其应用范围，阐述使用这种方法构建单神经元自适应PID 控制器的

2009-08-12 09:56:38

基于自适应模糊PID控制器的温度控制系统

针对温度控制系统非线性、大滞后、时变性等特征和对温度控制的要求，采用了自适应模糊PID 控制器来实现温度控制，给出了C8051F020 Soc 单片机控制

2009-09-08 08:50:23

基于多模型自适应控制器的感应电机变频调速系统

针对变频调速矢量控制系统存在的参数鲁棒性差这一难点问题，首次将多模型自适应控制理论应用于感应电机变频调速系统中。提出了基于多模型自适应控制器的变频调速系统的新

2010-07-05 16:47:01

网络控制系统的模糊自适应PID控制

针对网络控制系统中网络时延补偿的问题,提出了一种模糊自适应PID控制器的设计方法,通过利用在线时延估计方法对时延进行预估计,根据估计时延值在线调节PID三个参数,从而改善系

2010-07-13 16:05:21

基于自适应模糊PID控制器的温度控制系统

针对温度控制系统非线性、大滞后、时变性等特征和对温度控制的要求，采用了自适应模糊PID控制器来实现温度控制，给出了C8051F020 Soc单片机控制实现的具体方案。仿真和实验结果

2010-07-14 14:58:15

参数自适应模糊PID控制器的设计

参数自适应模糊PID控制器的设计温度控制系统中，采用了非线性的隶属度函数，以模糊控制为粗调、PID为细调。在模糊控制的基础上，由PI

2009-02-27 09:29:31

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自动控制系统的设计--基于频率法的串联校正设计

自动控制系统的设计--基于频率法的串联校正设计

2009-07-27 14:32:17

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自适应前照灯控制系统（AFS)原理介绍

自适应前照灯控制系统（AFS)原理介绍 AFS能够根据汽车方向盘角度和车速，不断对大灯进行动态调节，适应当前的转向角，保持灯光方向与汽车

2010-03-11 10:49:57

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什么是汽车自适应巡航控制系统

什么是汽车自适应巡航控制系统 自适应巡航控制系统与前面介绍的巡航控制电子系统的不同之处是，自适应巡航控制系统增加了防止

2010-03-17 13:34:17

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时变非线性系统的自适应逆控制仿真

对一种非线性时变系统提出了基于神经网络的自适应逆控制方案。该方案中用两个动态神经网络分别作为模型辨识器和自适应逆控制器，详细推导了在线训练自适应逆控制器的BPTM（ba

2011-06-28 11:08:45

无模型自适应控制技术的研究和应用

无模型自适应控制技术的研究和应用，有兴趣的看看

2016-03-22 11:12:04

无刷直流电机自适应模糊控制系统建模与仿真

无刷直流电机自适应模糊控制系统建模与仿真-2011。

2016-04-06 13:56:29

系统辨识与自适应控制

系统辨识与自适应控制，有需要的朋友下来看看。

2016-04-12 13:46:13

自适应控制系统

自适应控制系统，有需要的朋友可以下来看看

2016-04-13 15:29:42

基于无源传感器协同的机载雷达自适应辐射控制算法_戴春亮

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2017-01-08 10:57:06

基于自适应模糊控制的拖拉机自动导航系统_刘兆祥

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2017-02-07 12:10:25

基于自适应模糊免疫PID的轧花自动控制系统_董全成

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2017-02-08 01:55:30

一种L1自适应控制方法设计阵风减缓控制系统设计

控制方法来设计阵风减缓控制系统。文章首先概述了自适应控制方法的基本结构：然后构建存在大气紊流影响时的飞机模型，并具体结合三，自适应控制方法，设计民机阵风减缓控制律；最后对所设计的控制系统进行了仿真验证，结果表

2017-11-06 10:53:09

系统辨识与自适应控制MATLAB仿真

自适应控制MATLAB仿真

2017-11-29 15:59:27

短波频率自适应通信技术解析

概要介绍了短波自适应通信产生和发展的三个主要阶段，关键信号生成的原理及其监测与识别，详细论述了正在发展的第三代短波自适应通信系统的网络功能和技术特点。引言短波通信是一种历史悠久的远距离通信方式

2017-12-13 05:48:02

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详细剖析ACC自适应巡航系统

acc它的全称叫Adaptive CruiseControl自适应巡航控制系统，它是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中，安装在车辆前部

2017-12-26 11:16:33

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基于分层模糊系统的自适应H∞控制器设计

控制系统的实时性，设计了一种基于分层模糊系统的间接自适应控制器；同时为了减少模糊系统逼近误差、参数不确定性和系统外部干扰对控制系统稳定性造成的影响，引入鲁棒补偿项，提高控制器的H_性能，并利用Lyapunov理论分析证明

2018-01-02 18:30:15

基于自适应动态规划的SVC自适应优化控制策略

控制系统存在的不足，提出了一种基于自适应动态规划（adaptive dynamic programming，ADP）的SVC自适应优化控制策略。采用小波神经网络和BP神经网络分别设计执行依赖启发式动态规划

2018-01-07 11:32:02

自适应模糊神经网络的交通灯控制系统的设计

本文主要介绍了自适应模糊神经网络的交通灯控制系统的设计。针对我国城市交通的现状，机动车辆数量越来越多，而传统的交通信号灯控制模式采用的是定时控制，本文将模糊控制技术引入交通信号控制，实现交通灯的自适应控制，通过大量的模糊数据输入，对神经网络进行训练，以达到全局优化的调度。

2018-01-09 13:49:04

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无线传感器网络的自适应交通灯控制系统

针对现有的交通信号灯控制系统几乎全部采用的是固定时序的控制方式，无法针对实际交通流量对各车道的放行时间进行自适应性调整，造成了道路资源的浪费。本文设计了一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统

2018-01-09 16:40:29

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什么是自适应控制_自适应控制基本原理

自适应控制包括模型参考自适应控制和自校正控制两个分支。前者是20世纪50年代建立起来的，它是通过自适应机构来克服系统模型参数的不确定性；后者是瑞典学者Astrom1973年提出的，它是通过在线估计系统模型参数，进而修改控制器的参数，以使系统适应环境的变化。

2018-03-27 09:35:30

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自适应控制的优缺点_自适应控制存在的问题及发展

近年来，自校正控制技术如雨后春笋般地迅速发展。关于离散时间随机自适应控制的稳定性和收敛性，澳大刊亚纽卡斯尔大学的Goodwin作出了有益的贡献。自寻优自适应控制系统、变结构白适应控制系统也得到了相应

2018-03-27 10:26:16

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以PIC单片机为核心微机控制系统的步进电机自适应控制技术研究

图1所示为模型参考自适应控制系统原理框图。从图中我们可以看出与典型的反馈控制系统的不同之处是在图1中增加了参考模型和自适应机构。在自适应控制系统中，当偏差信号e（t）=x（t）-y（t）进入自适应

2018-08-16 17:22:26

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自适应巡航是什么

自适应巡航控制系统是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。

2019-01-12 10:46:03

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ACC自适应巡航控制系统介绍

本文是关于ACC自适应巡航控制系统的介绍，罗孚从个人视角出发，描述对ACC系统的理解，以及在一些使用场景下的思考。

2019-02-21 15:38:33

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Traxen推出智能自适应巡航控制系统iQ-Cruise

据外媒报道，底特律技术公司Traxen推出智能自适应巡航控制系统iQ-Cruise，专用于传统电动商用车，也适用于商用车后市场客户和OEM客户。

2020-10-13 16:20:36

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机载雷达空时自适应处理技术的研究资料说明

的一项关键技术，近年来备受雷达领域的关注与世界军事强国的重视。该文从方法、实验系统和应用3个方面回顾了空时自适应处理技术的发展过程和研究现状，着重阐述了其发展过程中遇到的关键技术问题，介绍了STAP技术在装备上的应用情况，并讨论了下一步的发展趋势，提出了需要或值得

2020-12-31 08:00:00

神经网络自适应控制及其发展应用

文章系统地阐述了神经网络自适应控制的本质、优势与研究进展，介绍了神经网络自适应控制的不同结构模型及其所具有的特性，分析了目前神经网络自适应控制尚存在的问题，及其日后的研究重点与方向，指出了神经网络与自适应控制相结合，应用于控制系统中的优越性和可行性。

2021-05-31 16:35:54

何谓自适应前照灯控制系统？其有何功能？

自适应前照灯控制系统（Adaptive Front-lighting System，简称AFS）是一种智能灯光调节系统。

2021-06-11 13:36:53

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基于桥式吊车系统的分组自适应控制策略

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2021-07-05 15:31:47

自适应前照灯控制系统

概述自适应前照灯控制系统（AdaptiveFront-lightingSystem，简称AFS）是一种智能灯光调节系统。通过感知驾驶员操作、车辆行驶状态、路面变化以及天气环境等信息，AFS自动控制

2021-07-09 16:26:41

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机载雷达空时自适应处理技术

由于机载雷达的地物杂波呈现为空时二维耦合谱特性，这就决定了机载雷达杂波抑制基本属于空时二维滤波问题，而且，其二维处理需实时自适应实现，即杂波抑制需使用空时二维自适应处理(STAP)。

2023-10-26 14:35:33

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自适应巡航系统的组成及原理

在ACC系统中，测距雷达用于测量自车与前方车辆的车头距、相对速度、相对加速度，是自适应巡航控制系统中的关键设备之一，也是决定该系统造价的主要元件。其主要组成包括发射天线，接受天线，DPS（数字信号处理）处理单元，数据线等。

2023-11-01 09:55:16

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毫米波雷达的自适应波束成形技术：提升感知精度的前沿探索

毫米波雷达的自适应波束成形技术是当前雷达领域备受关注的研究方向之一。本文深入探讨了自适应波束成形技术的原理、关键技术和在各个应用领域中的前景，以及它如何提升毫米波雷达系统在复杂环境中的感知精度。

2023-11-14 15:51:00

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基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统

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