单脉冲二次雷达的研制和改进

1、单脉冲二次雷达的研制和改进张虹(南京电子技术研究所南京210013【摘要】阐述了单脉冲二次雷达应答处理分系统的研制,主要介绍了自行设计的乒乓式先进先出电路,说明了采用新型可擦除可编程逻辑器件EPLD的优点、存在的问题和解决办法。【关键词】单脉冲二次监视雷达,空中交通管制,先进先出,可擦除可编程逻辑器件D evelopm en t of M onop lu se Secondary Su rveillance R adarZHANG Hong(N an jing R esearch In stitu te of E lectron ics T echno logyN an jing210013【

2、Abstract】T h is paper describes the developm en t of the respon sive system abou t the monopu lse secondary su rveillance radar.T he self-designed alternate F IFO circu it is in troduced.T he obvi ou s advan tages of EPLD、p rob2 lem s and so lving m ethod are also recomm ended.【Key words】monopu lse

3、secondary su rveillance radar,air traffic con tro l,F irst In F irst O u t,E rasab le P ro2 gramm ab le L ogic D evice(EPLD1引言单脉冲二次监视雷达(M SSR是空中交通管制(A TC系统的基本组成设备之一,它相当于一部询问机,向空中发射询问信号,飞机上的应答器在收到询问信号后自动做出应答。M SSR不但具有一般雷达的定位功能,还可以进行目标识别、提供目标高度数据,并且不易受气象和地物的干扰,可大大提高A TC能力,同时M SSR采用单脉冲技术在普通SSR的和波束基础上增加

4、了差波束对目标的应答信号进行处理,使应答的每个脉冲均含有目标的方位角信息,可进一步提高方位精度,当飞机相互接近、穿越时彼此应答脉冲便会重叠,即产生目标“混淆”,由于M SSR具有和(2、差(两路接收通道,通过组合利用应答信号的幅度和相位信息,可准确无误地解开这种“混淆”,并判定每个应答的解码,这对保障飞行安全尤为重要。2系统的组成及工作原理我们对单脉冲二次雷达的应答处理分系统进行了改进。应答处理分系统主要由码装配、定时器、检测和自测试、和差比计算、视频采样、输出控制和接口电路组成。输入信号主要有从接收机视频处理分系统来的预触发、模式、时钟、1位已处理和视频PSV、14位方位、8位和视频及8位差

5、视频等信号,输出信号主要有:头信息、应答信息、自测试应答信息。输入的模式信号经本分系统的模式检测电路获得模式代码;PSV信号经框架检测电路检出目标框架,并启动码装配通道;定时器产生定时脉冲对四个相同的码装配通道进行时序控制;和差比计算电路对输入的8位和路视频与8位差路视频进行和差比计算,结果与8位和视频一起送码装配通道;由码装配通道进行解码,去除幻影应答、旁瓣应答,解出军事识别应答、军事告急应答、混淆应答和反射应答,并经进一步相关确认和修正后送代码装配总线;有关代码在输出控制电路作用下与目标的距离、方位等信息一起依序写入数据缓冲器;再由接口电路完成数据从缓冲器向计算机的传输,由计算机进行点迹处

6、理和显示。3对产品的改进我们完成的YL C-17型单脉冲二次雷达应答处理分系统是参照英国CO SSO R二次雷达研制的,在设计上作了许多改进。第一是应答报告数据传输方式的改进,原雷达由In tel8086单板机控制,用DM A方式直接将应答报告数据传输到单板机的主存中,由单板机直接从内存中取数,进行点迹处理,但由于In tel8086单板机停供的状态,对于后续开发2001年6月现代雷达增刊带来很大困难,为此改用PC 机对应答报告数据进行传输并完成进一步的点迹处理;第二是原雷达的电路采用分立元件和中小规模集成电路,设备的体积大,功耗也大,为此采用了可擦除、可编程逻辑器件EPLD ,EPLD 不仅

7、在集成度上有很大的提高,且易修改,易调试,具有很好的灵活性和可开发性,下面对两个方面的改进作进一步的说明 。图1乒乓工作的F IFO 电路由于应答报告是随着目标的出现而产生的,目标的随机性决定了应答报告产生的随机性,而每个重复周期(4m s 形成应答报告的能力为64组,每组应答信息8个字,共有1024个字节的数据量,再加上每个重复周期的头信息2个字,总共为1028字节的数据量,因此采用2K 字节的F IFO 作为数据缓冲器,F IFO 的输入由输出控制电路控制,该电路收到代码装配器的应答准备好信号后即产生写信号,将当前应答目标的数据写入F IFO ,同时应答计数器增1,每个重复周期由询问脉冲P

8、 3+18经PC 接口电路向PC 机产生一个中断请求信号,PC 机响应中断后即根据应答计数器的值将F IFO 中的应答信息取走。由于每组应答信息由8个字组成,所以我们采用了两片并行的F IFO 同时完成高位和低位字节的传输,与PC 机的接口采用了ISA 总线,用16位I O 读完成数据传输。但在调试过程中我们发现有时会出现16位I O 传输不同步的情况,即从高位F I 2FO 和低位F IFO 读出的数据不是同一个应答字的高位和低位字节,可能高位是前一个应答的,而低位是后一个应答的。经由逻辑分析仪仔细观察,并用出错的状态作为触发信号,锁存出错时的各个相关信号,发现进行16位I O 数据传输时,

9、ISA 总线16位I O 口读写选通信号I O CS 16必须有效,但I O CS 16信号是要求外设经O C 门后上ISA 总线,当PC 机本身有16位I O 口操作或有其它干扰的时候,I O CS 16信号线上会出现毛刺,一旦毛刺在读写应答数据时发生,且较宽时,会导致I O CS 16信号呈现无效状态,这时PC 机就只能进行低8位I O 口操作,但由于程序中使用的是16位I O 口指令,PC 机就自动进行二次低8位I O 口操作,并将第二次的8位数据作为高8位,与前一个8位合成一个16位数据,这样就造成了16位I O 口传输的52增刊张虹:单脉冲二次雷达的研制和改进图2EPLD内部的去毛刺

10、电路高低8位的不同步。由于F IFO是顺序工作方式,一旦其中出现两片F IFO不同步的现象,后续数据就会一直错位下去,不会自动校正,而要PC机来纠正这个错误,这样增加了PC机的工作量,给本来点迹处理就很紧张的PC机带来额外的负担。为此对该电路作了改进,将F IFO设计成两组乒乓工作的数据缓冲器(如图1所示,第一组由两个并行的F I2 FO(F1,F2组成,第二组由另两个并行的F IFO (F3,F4组成。对第一组F IFO进行写操作时,对第二组F IFO进行读操作,到下一个重复周期对第二组F IFO进行读操作,对第一组F IFO进行写操作,每个重复周期交替一次。由重复周期询问脉冲P3+ 18来

11、选通当前是哪一组F IFO进行写操作,哪一组F IFO进行读操作。此设计的关键是某一组F IFO在进行写操作前必须对该F IFO清零,这样做的结果是在写操作开始前,此F IFO的读写指针都归零,数据总是从第一个单元开始存放,而下一个重复周期开始时,对此F IFO读数据时也必然从第一个单元开始读,一旦出现F IFO高低字节不同步的情况,也只影响本重复周期内的数据,不会对后续数据产生影响,经试验证明该设计是可行的,并且效果很好。采用EPLD器件替代分立元件和中小规模集成电路目的主要是减少体积,提高集成度和可靠性,为产品的进一步开发和更新换代奠定基础,事实上采用EPLD器件后不仅印制板数量由原来的1

12、6块减少为8块,且每块板的尺寸也由280×320减小到220×277.8,重新设计后的分系统完全达到了设计要求。但在EPLD器件的使用过程中,由于其器件内部结构的缺陷,带来了一些问题,我们分别采取了措施加以解决,具体表现在如下几个方面:首先,E2器件内部无三态功能,本分系统内部有一个代码装配总线,各种代码都是通过三态门输出到代码装配总线,由输出控制电路依次将总线上的代码写入数据缓冲器(F IFO,同时还有一些局部总线,用来和RAM配合使用产生固定延时的,由于EPLD 器件特性的限制,因此所有三态输出的信号必须分配在EPLD的I O管脚上;其次由于EPLD器件的I O管脚上的

13、三态是用2选1的电路来实现的,总线上有时会出现随机干扰,尤其是某些信号的前后沿会抖动,影响信号的可靠读取,调试过程中我们发现对信号前后沿抖动的情况可通过加上拉或下拉电阻的方法来解决。比较严重的情况是有些信号经过EPLD器件后会产生毛刺,如PC机的I O口读信号I O R,对本分系统PC机有两种I O读操作,一种是读应答个数(8位I O,一种是读应答信息(16位I O。调试中发现,有时应答个数会出错,有时应答信息会漏读,而应答个数读信号RDN和应答信息读信号 RD F IFO都是由PC机I O口读信号I O R和地址信号A0A9以及A EN信号在EPLD器件内译码产生的,经逻辑分析仪观察发现输入

14、EPLD器件的I O R信号没有毛刺,而经EPLD器件译码后输出的RDN、RD F IFO信号均会有毛刺出现,严重的毛刺宽度在50n s以上,已将I O R分裂开,因此当PC机读取一个数时,毛刺的出现导致应答个数寄存器或应答信息缓冲器作了两次甚至两次以上的读操作,表现出来就是读出的应答个数不对或应答信息漏读,为此我们增加了去毛刺电路,如图2所示,因由I O R译码产生的RDN和RD F IFO信号的宽度与I O R同宽为200n s左右,经过去毛刺电路,RDN和RD F IFO信号的有效下降沿与保持一致,而脉宽被展宽到23个时钟宽62现代雷达23卷 (240n s360n s,中间不会出现毛刺

15、,从而保证了PC机每读一次,应答个数寄存器或应答信息缓冲器也只送一个数,实验证明这种措施大大提高了系统的稳定性。4结束语雷达的发展和更新换代不仅对电路设计提出新的要求,对采用的新器件也提出了集成度更高、性能更完善的要求,而在新器件使用过程中,一方面要充分发挥新器件的特点,另一方面要注意可能存在的问题,要及时发现问题并解决问题,才能达到预期的效果。我们在二次雷达的研制中,不仅通过采用了新技术减小了体积,而且对电路进行重新设计和改进,提高了系统的可靠性,大大降低了数据传输的出错率,实践证明改进是行之有效的。参考文献1M ichael C.Steven s.Secondary Su rveillan

16、ce R adar.A rtech Hou se,Bo ston and L ondon张虹1990年毕业于东南大学无线电工程系电路、信号与系统专业,获硕士学位。长期从事信号处理和数据处理的研究工作,1998年开始从事雷达数据处理的研究工作。(上接第19页$fo rmitem(“Do you W an t to En ter C Com ponen t?”,“$bell(2”,“helvetica2bo ld:28”,“B lack”, 标识对话框的提示内容tu re,“W heat”;local layou t=$fo rmco lum nfalse,p ri msite2,bu t2 to

17、nrow;行显示p ri msite2的内容$createfo rm($w indowscop enam e(, alarmbu tton l,tu re,“W heat”,layou t; 将alarmbu tton l内容激活并显示在$w indowscop enam e标识的区域内通过运行以上程序,我们将获得完整的C编译环境,也得到了一个较为满意的C开发平台。7结论当然,用Am p le语言进行程序设计不仅仅具有这些功能。它拥有丰富的函数库,具有强大程序设计能力和良好的语法结构,是一个很好的EDA程序设计语言。其意义在于不仅能针对雷达探测系统进行建模、仿真和设计的一体化开发,而且更为重要的是,可以建立起一套具有自主知识产权,界面友好、可仿真和设计集成的使用型可视化软件包,并允许在通用的C语言的支持下,进行二次和后期开发,在今后雷达产品等的研制中,提供研究手段;同时,由于本研制开发从一开始就坚持基于U N I X操作系统、SU N工作站下,这样在数据库共享、数据库管理、网络支持上取得了很大的突破,使得今后进行大规模的针对相控阵雷达建模、仿真和设计上,积累了很多有益的宝贵经验,为进一步开发打下了坚实的基础。参考文献1张光义.相控阵雷达系统.北京:国防工业出版社, 19942Geo rge W Sti m son.I