雷達發射機自動化控制系統的設計與實現

黃源

引言

雷達指令制導的彈載接收機測試過程中發生指令解析故障的原因較多，可能是由于雷達發送指令的包數和內容錯誤引起的，也可能是由于彈載接收機的接收和處理電路故障引起的，造成排除故障占用時間較長，為了簡化排故流程，快速定位故障原因，需要監測雷達發射端指令編碼的發送包數和正確性。為此，采用FPGA技術，結合雷達的微波接收機研制成功了雷達發射指令監測設備，將不同頻點的雷達發射指令通過串口打印出來，通過軟件進行譯碼還原，可直觀顯示發射指令編碼的包數和編碼內容。

1雷達概念內涵

2006年，加拿大HaykinS教授在一個學術研討會上首次提出認知雷達概念。認知雷達是引入并模仿人類認知特性的新一代智能雷達系統，具有完善的接收和發射自適應特征，通過與環境的不斷交互和學習，獲取環境信息，結合先驗知識和推理，不斷調整接收機和發射機參數，自適應探測目標，旨在提高復雜、時變以及未知電磁環境與地理環境下的探測性能。認知雷達的內涵可概括為“一個目的、兩個層面、三個能力”。（1）認知雷達的目的是通過引入人類認知思維，構建具有“精度高、調度快、性能穩、資源省”優點的全新雷達架構。這不僅僅是現代戰爭對雷達系統的需求，也是未來雷達系統的發展方向。（2）認知雷達具有機器認知處理和人類認知監管兩個層面。第一個層面是機器處理的層面，利用機器在海量數據處理等方面的優勢，實現環境和目標特性的實時感知、目標的探測、跟蹤和識別等。第二個層面是人類監管的層面，利用人類的經驗和感覺等非因果處理能力，對認知雷達中機器處理的過程進行監管，避免過度優化、死循環等情況的出現。（3）認知雷達具有以下三種能力，即環境自感知、處理自適應、能力自提高。環境自感知是指雷達能夠自主感知外界環境，解析戰場態勢，分析干擾樣式；處理自適應是指雷達能夠自主地分配系統資源，選擇處理策略，認知收發處理；能力自提高是指雷達能夠自主記憶處理結果，推演最優算法，更新知識結構。認知雷達的本質就是通過與環境不斷的交互而理解環境并適應環境的閉環雷達系統。

2系統控制電路分析

2.1數據處理器

該自動化控制系統以數字化發射機為基準，通過主機采集模擬參數，并將采集數據傳遞到數據處理器，光電隔離處理后的數據被傳遞至主控CPU，但是值得注意的是這些數據并未進行相應的處理分析，參數仍舊是以模擬參數的格式存在。主機發出的狀態量必須經由數據處理器和光電隔離后才能被傳遞至中央處理器位置。

2.2駐波比監控

反射波檢測信號輸入端插座并不受限制，可以為任意一個插座，信號輸入后在同相放大器中被放大，之后不同的插座輸入的反射波檢波信號會分路，一路信號會進入到駐波比比較器，另一路信號則會被電位器進行處理并被傳遞至主控中央處理器顯示出來，利用電位器的調節作用可以實現反射波信號顯示數據的改動。在駐波比超過1：5：1的情況下，同相放大器輸入的信號為高電平，信號在經過電容、電阻及二極管共同組成的保持電路之后會被送入駐波比比較器輸出高電平。駐波比比較器的輸出一種會經過另外的比較器和反相器到達同相放大器，以實現繼電器K1的吸合，K1-2腳接地并由X1-4輸出去封鎖激勵器的射頻信號。駐波比比較器輸入的另一路信號在經過兩個或以上的電阻分壓后會由三個插座輸出駐波比狀態信號。1-7號插座都可接收由主控中央處理器送來的駐波恢復信號，如果系統內的駐波比荷數在三次以下，則中央處理器會自動生成相應的回復信號，而這些信號在經放大器放大后會被傳遞至清零信號，比較器則恢復到原狀態，其所輸出的信號為低電平，當駐波比荷數大于三次，那么主控中央處理器不會出現恢復信號，駐波比荷處于高電平狀態。一駐波比門限值的調節可以通過電位器的相關操作實現。

3系統設計與實現

3.1指令采樣與存儲器設計

指令監測邏輯實現有兩個關鍵的點，一是如何正確采樣檢波數據，二是輸出結果能否滿足實時性要求。由于受到外界干擾及傳輸功率的影響，信號的傳輸很能達到理想狀態，信號碼元可能變壞，信號脈沖寬度在一定范圍內變化，以標準脈沖寬度200ns為例，接收到的脈沖寬度可能在180～220ns范圍內。為了保證檢波數據采樣的正確性，采取三個方面的措施。一是采用握手信號，將指令的前16位設為字頭EB90，當接收端確認收到正確的字頭后，才開始接收后面的指令內容；二是采用線性分組碼、交織碼差錯控制技術，在信息碼元序列中加入監督碼元，以糾正并發現碼元差錯，考慮到糾正的差錯位越多，碼距較大且代碼冗余度高，選用能糾正一個差錯，發現兩個差錯的漢明碼作為編碼方式，原代碼的碼長為4比特，附加糾錯編碼部分為3比特，合成后的糾錯碼為7比特，故“一個差錯”的情況共有7種，加上“正常”狀態共有八種狀態，3比特的附加糾錯碼能分辨這八種狀態，同時將最后的8比特原碼作為校驗碼，如表1所示。三是采用高速時鐘采樣檢波數據信號，并選擇在中間位置采樣。

3.2控制程序設計與實現

發射機數據的收集、存儲、顯示、查閱、數據報表的生成打印、發射機開關機控制、激勵器狀態調節、遙控綜測及故障的自動記錄都是控制系統的功能。在進行控制程序的設計時首先要明確系統的安裝方法，在服務器上加工軟件的安裝光盤插入后打開相應的安裝文件夾，再點擊Setup.exe進行軟件安裝程序的啟動，根據相應的提示信息選擇具體的安裝路徑后點擊確認開始進行正式安裝。系統安裝結束后方可進行后續的操作。主激勵器和備用激勵器兩邊分別有兩個色等，綠色燈亮表示正在使用，黃色燈亮表示激勵器待機尚未使用。發射機的功放模塊與框圖中間的功放單元相對應，功放單元中也有相應的色等表示功放模塊的狀態。框圖右上的天線和假負載燈分別表示現在發射機所接的為假負載裝置或者是天線。界面下放為數據值的顯示，包括工作溫度、功率、電壓等。界面上方有三個按鈕分別表示開機、關機和自動開關機時間表，但是并不是所有按鈕都可以操作，操作人員對于發射機開關機的具體設置直接決定了這些按鈕是否可以操作。

結語

信息化技術的發展與普及為數字化發射機自動化控制系統的研發和應用創造了條件，數字化發射機自動化控制系統的的應用有利于提高廣播電視轉播部門對發射機的控制能力和故障分析能力，促進工作效率的提升。但是該控制系統目前的數據處理中還存在一定的不足，數據庫軟件的直接調用處理及監控系統中直接的數據處理打印是提高數據處理便捷性的有效措施。相關實踐表明數字化發射機自動化控制系統可以滿足相關單位的使用需求，應當加以推廣應用。

參考文獻：

[1]金曉明.中短波發射機自動化控制及遠程網絡管理系統的探討研究[J].電子技術與軟件工程，2015（21）.

[2]陳加佳.發射臺數字化集成監控管理平臺的應用研究[J].廣播與電視技術，2017（44）.