高原無(wú)人值守雷達(dá)詢問機(jī)備份重組設(shè)計(jì)

陳斐 鄒亮

摘要 本文介紹了一種高原無(wú)人值守雷達(dá)詢問機(jī)的備份重組設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)闡述了備份設(shè)計(jì)基本架構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，以及系統(tǒng)進(jìn)行備份重組工作時(shí)，各個(gè)模塊組件如何協(xié)同工作達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】備份設(shè)計(jì) 通道重組 自檢鏈路 健康管理

高原地區(qū)環(huán)境惡劣，對(duì)空情報(bào)網(wǎng)的建設(shè)帶來(lái)建設(shè)、補(bǔ)給、維護(hù)等困難。高原無(wú)人值守雷達(dá)克服了上述問題，使得雷達(dá)站點(diǎn)的維護(hù)成本降低，布控更靈活，覆蓋空域更完整。但是由于高原環(huán)境對(duì)裝備的影響，備份重組設(shè)計(jì)顯得尤為重要，一旦系統(tǒng)中某個(gè)模塊發(fā)生故障，能夠保障對(duì)空情報(bào)網(wǎng)不間斷的正常工作。

1 工程設(shè)計(jì)

高原無(wú)人值守雷達(dá)詢問機(jī)采用模塊備份、收發(fā)通道重組等技術(shù)，系統(tǒng)使用三路發(fā)射通道和四路接收通道，其中各備份了一個(gè)發(fā)射通道和一個(gè)接收通道，通過開關(guān)矩陣自動(dòng)重組;詢問電源使用兩個(gè)，其中一個(gè)為備份，采用冗余熱備，實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)供電、負(fù)載均衡;信號(hào)處理模塊使用兩個(gè)，其中一個(gè)為備份，采用輕載旁待設(shè)計(jì)，僅有主用處理板具有權(quán)限控制編碼、譯碼、輸出，備用處理版的發(fā)送通道待機(jī)備用。高原無(wú)人值守雷達(dá)詢問機(jī)擁有備份的模塊連接關(guān)系如圖1所示。

2 模塊位號(hào)授予

信號(hào)處理FPGA在上電時(shí)根據(jù)判斷接插件管腳電平值，從而獲得本機(jī)位號(hào)。在其余模塊未獲得位號(hào)時(shí)采用請(qǐng)求的方式向信號(hào)處理FPGA請(qǐng)求位號(hào)。信號(hào)處理的FPGA收到位號(hào)請(qǐng)求立即回應(yīng)，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、電源以及主用信號(hào)處理的PPC的位號(hào)由主用信號(hào)處理的FPGA回應(yīng)，備用信號(hào)處理的FPGA僅回應(yīng)備用信號(hào)處理的PPC的位號(hào)請(qǐng)求。設(shè)備在獲得自己位號(hào)后，即可加入機(jī)內(nèi)自檢鏈路和健康管理通信鏈路。

3 自檢鏈路和健康管理

設(shè)備在加入機(jī)內(nèi)自檢鏈路和健康管理通信鏈路后，即可以獲得自身主用或備用狀態(tài)，也可以獲得當(dāng)前通道選擇狀態(tài)。各個(gè)設(shè)備在組包進(jìn)行狀態(tài)周期上報(bào)時(shí)添加自己的位號(hào)，健康管理系統(tǒng)在獲得各設(shè)備的上報(bào)狀態(tài)后，采用分層級(jí)、分等級(jí)，用顏色直觀的圖形化顯示。

4 信號(hào)處理備份重組設(shè)計(jì)

信號(hào)處理既是發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、切換網(wǎng)絡(luò)、電源等設(shè)備的備份重組直接控制模塊，也是數(shù)據(jù)、通信鏈路的交互路由模塊。針對(duì)離散信號(hào)，信號(hào)處理與發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、切換網(wǎng)絡(luò)、電源等模塊間的連接采用LVDS差分線路，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，降低噪聲干擾。通過實(shí)時(shí)控制LVDS驅(qū)動(dòng)芯片的DIR方向信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)離散信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和放棄驅(qū)動(dòng)。

在異常狀況或熱插拔替換情況下，健康管理系統(tǒng)將通過自檢鏈路和信號(hào)處理主備插拔互檢機(jī)制定位信號(hào)處理板異常，主控權(quán)移交至另一個(gè)正常的信號(hào)處理板。原異常信號(hào)處理板FPGA在上電時(shí)通過接插件電平獲取位置，獲取位號(hào)后進(jìn)入自檢鏈路，健康管理系統(tǒng)統(tǒng)一下發(fā)當(dāng)前備份重組狀態(tài)，信號(hào)處理板的備份重組狀態(tài)得以回歸一致。

信號(hào)處理板自身切換時(shí)，備份重組狀態(tài)不得發(fā)生跳變鎖死，內(nèi)部功能延續(xù)切換前而不是被初始化。所以無(wú)論信號(hào)處理處于主狀態(tài)或者備用狀態(tài)，均同步響應(yīng)終端命令和控制，同步產(chǎn)生控制邏輯，同步接收視頻處理數(shù)據(jù)、譯碼、進(jìn)行點(diǎn)航跡處理。由于兩個(gè)信號(hào)處理板處于相同狀態(tài)，能夠保證切換前后工作狀態(tài)保持一致，避免出現(xiàn)工作狀態(tài)紊亂、雙板狀態(tài)沖突、航跡突然消亡或重新起批的現(xiàn)象。

5 電源備份設(shè)計(jì)

詢問電源內(nèi)部邏輯處于常態(tài)工作狀態(tài)，通過網(wǎng)絡(luò)獲得操作界面下發(fā)開關(guān)機(jī)命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在其中一個(gè)電源故障時(shí)，該電源在自檢鏈路中上報(bào)故障，同時(shí)另一個(gè)電源將競(jìng)爭(zhēng)供電保證系統(tǒng)正常工作。

6 發(fā)射機(jī)備份重組設(shè)計(jì)

發(fā)射機(jī)備份重組設(shè)計(jì)通過控制框架信號(hào)、編碼信號(hào)、相位信號(hào)、頻率信號(hào)、功率信號(hào)實(shí)現(xiàn)，發(fā)射機(jī)工作時(shí)，信號(hào)處理提供上述所有信號(hào)，發(fā)射機(jī)備份時(shí)，僅提供頻率信號(hào)、功率信號(hào)使其保持待機(jī)并且隨時(shí)可以啟動(dòng)狀態(tài)。信號(hào)處理根據(jù)當(dāng)前通道狀態(tài)控制開關(guān)矩陣重組，輸出工作中發(fā)射機(jī)至天線，斷開備份發(fā)射機(jī)。

7 接收機(jī)備份重組設(shè)計(jì)

由于接收通道使用高速（工作頻率3.2Gbps） GTX接口，并且需要信號(hào)處理與接收機(jī)初始化握手，所以備份重組的軟硬件設(shè)計(jì)不同于離散線。物理連接上，每個(gè)接收機(jī)均有2個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)通路分別連接兩塊信號(hào)處理板，而且每個(gè)接收機(jī)均有兩路分別由兩塊信號(hào)處理板提供的差分參考時(shí)鐘和1路時(shí)鐘選擇控制線。當(dāng)需要接收機(jī)進(jìn)行主備切換和通道重組時(shí)，接收機(jī)狀態(tài)并不發(fā)生改變，由信號(hào)處理選擇使用和備份的通道數(shù)據(jù)，并且控制開關(guān)矩陣進(jìn)行通道重組。當(dāng)信號(hào)處理主備發(fā)生切換時(shí)，變更時(shí)鐘選擇信號(hào)通知接收機(jī)使用主用信號(hào)處理板的參考時(shí)鐘，此時(shí)接收機(jī)重新啟動(dòng)GTX接口進(jìn)行新一輪初始化握手，完成初始化GTX流程后將數(shù)據(jù)切換至B信號(hào)處理物理通道，完成信號(hào)處理主備切換和接收機(jī)通道重組。

8 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種雷達(dá)組件備份設(shè)計(jì)和通道重組技術(shù)，不但能夠有效的提高系統(tǒng)功能穩(wěn)定性，而且能夠?yàn)槎ㄎ粏栴}提供參考，從而降低維護(hù)成本，具備一定實(shí)用價(jià)值和參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張尉，何康，空管二次雷達(dá)[J].國(guó)防工業(yè)出版社，2017.