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)為硬件平臺的SELEX二次雷達(dá)接收機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計實(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)測量,故障定位。
【關(guān)鍵詞】 二次雷達(dá) 接收機(jī) 測試系統(tǒng)
隨著民航事業(yè)的發(fā)展,飛行流量的增加,國內(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)計一套雷達(dá)接收機(jī)測試系統(tǒng),利用此測試系統(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)
本測試系統(tǒng)作為意大利SELEX公司的SIR-S的配套測試設(shè)備,設(shè)計時以模塊化和可獨(dú)立工作為設(shè)計原則,根據(jù)要求,該測試系統(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監(jiān)控并監(jiān)測二次雷達(dá)接收機(jī)的狀態(tài);3)能夠測量二次雷達(dá)接收機(jī)的相關(guān)參數(shù)并顯示。為此,此測試系統(tǒng)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(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。FPGA是Field Programmable Gate Array的縮寫,即現(xiàn)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(nèi)嵌專用硬核組成。具有高集成度和高可靠性以及設(shè)計靈活程度高等優(yōu)點(diǎn)。本測試系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示:
圖1 接收機(jī)測試系統(tǒng)框圖
二、設(shè)計實(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,使整個模塊相互配合、協(xié)調(diào)工作。本設(shè)計中,選用ATMEL公司的AT89S8252八位單片機(jī),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(jī);2Kb的EEPROM;32條可編程I/O線;3個16-bit時鐘/計數(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)計方法。2、FPGA。FPGA器件為此測試系統(tǒng)的核心部件,作為模塊的主要數(shù)據(jù)存儲器與邏輯運(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)和測量參數(shù)對應(yīng)的邏輯關(guān)系存儲于其中。當(dāng)接 收到來自單片機(jī)的指令時,根據(jù)程序選址運(yùn)算,找出對應(yīng)的邏輯關(guān)系。本測試系統(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)計軟件。
2.3 信號源部分
信號源部分即信號產(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。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。經(jīng)由來自發(fā)射機(jī)的1030MHZ本振信號進(jìn)行混頻產(chǎn)生1090MHZ的調(diào)制RF信號,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。
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(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,動態(tài)范圍等的測量。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:
NO.8 BITE信號,來自RF,TTG,LOG-IF和PD部分,用于監(jiān)測相應(yīng)組件狀態(tài);
NO.3 BITE信號,來自風(fēng)扇,用于監(jiān)測風(fēng)扇狀態(tài);
NO.3 BITE信號,來自電源,用于監(jiān)測電源狀態(tài);
NO.1 BITE信號,來自熱電偶器件,用于監(jiān)測溫度。
---- 它將上述BITE信號轉(zhuǎn)換為串行信號,并將相關(guān)信息通過光電隔離串口線RS-422發(fā)送至RPCM;
---- 它將一般故障信號和+5 V電源故障信號發(fā)送至RPCM;
---- 它對數(shù)字輸入信號和RPCMs傳輸來的數(shù)字信號進(jìn)行管理;
---- 它從RPCMs傳輸來的定時信號進(jìn)行管理。
2、測量單元
各測量單元將從RXCM相應(yīng)引腳采集來的信號進(jìn)行測量,并將結(jié)果輸出至FPGA。
三、結(jié)束語
該測試系統(tǒng)具有功能豐富、簡單易操作等優(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。