SELEX二次雷達(dá)接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

申天生

【摘要】 本文闡述了基于大容量可編程器件FPGA以及單片機(jī)為硬件平臺(tái)的SELEX二次雷達(dá)接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有高速、穩(wěn)定、開放性好等優(yōu)點(diǎn)，通過該測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)SELEX二次雷達(dá)的狀態(tài)監(jiān)控，參數(shù)測(cè)量，故障定位。

【關(guān)鍵詞】 二次雷達(dá) 接收機(jī) 測(cè)試系統(tǒng)

隨著民航事業(yè)的發(fā)展，飛行流量的增加，國(guó)內(nèi)管制方式逐漸由程序管制轉(zhuǎn)向雷達(dá)管制，航管二次雷達(dá)在空中交通管制中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文就以SELEX公司生產(chǎn)的SIR-S二次雷達(dá)為例，研究了如何利用FPGA設(shè)計(jì)一套雷達(dá)接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，利用此測(cè)試系統(tǒng)，能夠方便快捷的定位及修復(fù)接收機(jī)的故障。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

本測(cè)試系統(tǒng)作為意大利SELEX公司的SIR-S的配套測(cè)試設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)以模塊化和可獨(dú)立工作為設(shè)計(jì)原則，根據(jù)要求，該測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：1）產(chǎn)生指定模式的應(yīng)答脈沖；2）能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并監(jiān)測(cè)二次雷達(dá)接收機(jī)的狀態(tài)；3）能夠測(cè)量二次雷達(dá)接收機(jī)的相關(guān)參數(shù)并顯示。為此，此測(cè)試系統(tǒng)分為顯示及控制終端、信號(hào)處理及控制部分、信號(hào)源部分以及測(cè)量單元四個(gè)部分組成。出于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性及可擴(kuò)展性等方面的考慮，選用FPGA作為核心處理平臺(tái)。FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。它由可編程邏輯單元、輸入/輸出單元、基本可編程邏輯單元、嵌入式塊RAM、布線資源、底層嵌入功能單元和內(nèi)嵌專用硬核組成。具有高集成度和高可靠性以及設(shè)計(jì)靈活程度高等優(yōu)點(diǎn)。本測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示：

圖1 接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)框圖

二、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 終端控制及顯示單元

該單元主要功能主要功能為狀態(tài)及測(cè)量結(jié)果的顯示以及控制指令的發(fā)出，可分為人機(jī)交互界面以及顯示控制設(shè)備兩部分。終端單元與信號(hào)處理及控制部分采用RS232串行接口連接，其格式應(yīng)符合RS232標(biāo)準(zhǔn)串口要求。

2.2 信號(hào)處理及控制部分

1、單片機(jī)。單片機(jī)作為模塊功能控制中樞，擔(dān)任控制指令的接收與發(fā)出、數(shù)據(jù)讀寫的尋址、數(shù)據(jù)信息的通信，使整個(gè)模塊相互配合、協(xié)調(diào)工作。本設(shè)計(jì)中，選用ATMEL公司的AT89S8252八位單片機(jī)，它是一個(gè)低功耗，高性能的CMOS 8-bit微處理器，具有以下功能：兼容51系列單片機(jī)；2Kb的EEPROM；32條可編程I/O線；3個(gè)16-bit時(shí)鐘/計(jì)數(shù)器；256*8-bit的內(nèi)置RAM等；控制程序采用 keil開發(fā)環(huán)境， C語言設(shè)計(jì)方法。2、FPGA。FPGA器件為此測(cè)試系統(tǒng)的核心部件，作為模塊的主要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與邏輯運(yùn)算器使用。通過預(yù)先編寫的程序，將控制指令、狀態(tài)參數(shù)和測(cè)量參數(shù)對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系存儲(chǔ)于其中。當(dāng)接 收到來自單片機(jī)的指令時(shí)，根據(jù)程序選址運(yùn)算，找出對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系。本測(cè)試系統(tǒng)采用Altera公司的Stratix系列的 FPGA。它具有功能及接口豐富、工藝先進(jìn)、功耗低、靈活擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)系統(tǒng)采用官方推薦的Quratus II設(shè)計(jì)軟件。

2.3 信號(hào)源部分

信號(hào)源部分即信號(hào)產(chǎn)生部分。它的功能是根據(jù)終端的指令以及FPGA的控制產(chǎn)生需要的應(yīng)答射頻信號(hào)。它包括射頻源、混頻器、射頻開關(guān)等部分。其中射頻源由鎖相環(huán)電路產(chǎn)生穩(wěn)定的60MHZ調(diào)制RF信號(hào)。經(jīng)由來自發(fā)射機(jī)的1030MHZ本振信號(hào)進(jìn)行混頻產(chǎn)生1090MHZ的調(diào)制RF信號(hào)，再經(jīng)由FPGA控制的射頻開關(guān)，并經(jīng)過濾波放大等，產(chǎn)生出所需要的接收射頻信號(hào)。

2.4 測(cè)量部分

測(cè)量部分由功率測(cè)量單元，頻率測(cè)量單元，波形產(chǎn)生單元組成，可完成接收機(jī)參數(shù)如窄脈沖抑制、功率、頻率穩(wěn)定度、接收機(jī)靈敏度，動(dòng)態(tài)范圍等的測(cè)量。RXCM作為接收機(jī)與錄取器，發(fā)射機(jī)之間的接口單元，測(cè)量單元能從RXCM的接口中采集所需數(shù)據(jù)。

1、RXCM板

在SELEX二次雷達(dá)中，RXCM板主要執(zhí)行以下功能：

---- 它將RX組件與其他單位隔離開；

---- 它收集以下BITE信號(hào)：

NO.8 BITE信號(hào)，來自RF，TTG，LOG-IF和PD部分，用于監(jiān)測(cè)相應(yīng)組件狀態(tài)；

NO.3 BITE信號(hào)，來自風(fēng)扇，用于監(jiān)測(cè)風(fēng)扇狀態(tài)；

NO.3 BITE信號(hào)，來自電源，用于監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)；

NO.1 BITE信號(hào)，來自熱電偶器件，用于監(jiān)測(cè)溫度。

---- 它將上述BITE信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)，并將相關(guān)信息通過光電隔離串口線RS-422發(fā)送至RPCM；

---- 它將一般故障信號(hào)和+5 V電源故障信號(hào)發(fā)送至RPCM；

---- 它對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)和RPCMs傳輸來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行管理；

---- 它從RPCMs傳輸來的定時(shí)信號(hào)進(jìn)行管理。

2、測(cè)量單元

各測(cè)量單元將從RXCM相應(yīng)引腳采集來的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并將結(jié)果輸出至FPGA。

三、結(jié)束語

該測(cè)試系統(tǒng)具有功能豐富、簡(jiǎn)單易操作等優(yōu)點(diǎn)，可快速有效的定位SELEX SIR-S二次雷達(dá)接收機(jī)的故障，測(cè)量接收機(jī)的參數(shù)，方便雷達(dá)機(jī)務(wù)員快速的排除接收機(jī)的故障。