SELEX二次雷達接收機測試系統的設計實現

申天生

【摘要】 本文闡述了基于大容量可編程器件FPGA以及單片機為硬件平臺的SELEX二次雷達接收機測試系統的設計實現方法。該系統采用軟、硬件結合的方法，具有高速、穩定、開放性好等優點，通過該測試系統能夠實現SELEX二次雷達的狀態監控，參數測量，故障定位。

【關鍵詞】 二次雷達 接收機 測試系統

隨著民航事業的發展，飛行流量的增加，國內管制方式逐漸由程序管制轉向雷達管制，航管二次雷達在空中交通管制中發揮著越來越重要的作用。本文就以SELEX公司生產的SIR-S二次雷達為例，研究了如何利用FPGA設計一套雷達接收機測試系統，利用此測試系統，能夠方便快捷的定位及修復接收機的故障。

一、系統架構

本測試系統作為意大利SELEX公司的SIR-S的配套測試設備，設計時以模塊化和可獨立工作為設計原則，根據要求，該測試系統應具有以下功能：1）產生指定模式的應答脈沖；2）能夠實時監控并監測二次雷達接收機的狀態；3）能夠測量二次雷達接收機的相關參數并顯示。為此，此測試系統分為顯示及控制終端、信號處理及控制部分、信號源部分以及測量單元四個部分組成。出于對系統穩定性、可靠性及可擴展性等方面的考慮，選用FPGA作為核心處理平臺。FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列。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嵌專用硬核組成。具有高集成度和高可靠性以及設計靈活程度高等優點。本測試系統的系統架構如圖所示：

圖1 接收機測試系統框圖

二、設計實現

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及測量結果的顯示以及控制指令的發出，可分為人機交互界面以及顯示控制設備兩部分。終端單元與信號處理及控制部分采用RS232串行接口連接，其格式應符合RS232標準串口要求。

2.2 信號處理及控制部分

1、單片機。單片機作為模塊功能控制中樞，擔任控制指令的接收與發出、數據讀寫的尋址、數據信息的通信，使整個模塊相互配合、協調工作。本設計中，選用ATMEL公司的AT89S8252八位單片機，它是一個低功耗，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；2Kb的EEPROM；32條可編程I/O線；3個16-bit時鐘/計數器；256*8-bit的內置RAM等；控制程序采用 keil開發環境， C語言設計方法。2、FPGA。FPGA器件為此測試系統的核心部件，作為模塊的主要數據存儲器與邏輯運算器使用。通過預先編寫的程序，將控制指令、狀態參數和測量參數對應的邏輯關系存儲于其中。當接 收到來自單片機的指令時，根據程序選址運算，找出對應的邏輯關系。本測試系統采用Altera公司的Stratix系列的 FPGA。它具有功能及接口豐富、工藝先進、功耗低、靈活擴展等優點。開發系統采用官方推薦的Quratus II設計軟件。

2.3 信號源部分

信號源部分即信號產生部分。它的功能是根據終端的指令以及FPGA的控制產生需要的應答射頻信號。它包括射頻源、混頻器、射頻開關等部分。其中射頻源由鎖相環電路產生穩定的60MHZ調制RF信號。經由來自發射機的1030MHZ本振信號進行混頻產生1090MHZ的調制RF信號，再經由FPGA控制的射頻開關，并經過濾波放大等，產生出所需要的接收射頻信號。

2.4 測量部分

測量部分由功率測量單元，頻率測量單元，波形產生單元組成，可完成接收機參數如窄脈沖抑制、功率、頻率穩定度、接收機靈敏度，動態范圍等的測量。RXCM作為接收機與錄取器，發射機之間的接口單元，測量單元能從RXCM的接口中采集所需數據。

1、RXCM板

在SELEX二次雷達中，RXCM板主要執行以下功能：

---- 它將RX組件與其他單位隔離開；

---- 它收集以下BITE信號：

NO.8 BITE信號，來自RF，TTG，LOG-IF和PD部分，用于監測相應組件狀態；

NO.3 BITE信號，來自風扇，用于監測風扇狀態；

NO.3 BITE信號，來自電源，用于監測電源狀態；

NO.1 BITE信號，來自熱電偶器件，用于監測溫度。

---- 它將上述BITE信號轉換為串行信號，并將相關信息通過光電隔離串口線RS-422發送至RPCM；

---- 它將一般故障信號和+5 V電源故障信號發送至RPCM；

---- 它對數字輸入信號和RPCMs傳輸來的數字信號進行管理；

---- 它從RPCMs傳輸來的定時信號進行管理。

2、測量單元

各測量單元將從RXCM相應引腳采集來的信號進行測量，并將結果輸出至FPGA。

三、結束語

該測試系統具有功能豐富、簡單易操作等優點，可快速有效的定位SELEX SIR-S二次雷達接收機的故障，測量接收機的參數，方便雷達機務員快速的排除接收機的故障。