新體制國產化空管一次雷達

安徽四創電子股份有限公司 徐 鵬

新體制國產化空管一次雷達

安徽四創電子股份有限公司 徐 鵬

"十二五"期間,國產化空管一次雷達采用全固態發射機、線圓極化雙波束、頻率分集、AMTD軟件信號處理、冗余交叉組合雙系統等新技術新體制,主要擔負航路監視,兼顧警戒引導任務,提供目標距離、方位、速度、航向以及航路上積云雨等信息,為空中交通管制提供日常空情保障。國產化空管一次雷達在借鑒引進空管雷達先進理念與技術的基礎上,兼顧國家低空開放日益繁忙的空中交通帶來的抗干擾、低慢小目標檢測、雷達陣地優化等需求。本文主要從設計理念出發,結合實際應用情況,對國產化空管雷達進行系統介紹。

空管雷達國產化;軟件化;AMTD;一次雷達

1 概述

自從八十年代初期,我國空管領域先后從四個國家引進了空管雷達,每一代空管雷達的引進都從設計理念、技術體制、功能性能和制造工藝等方面極大的刺激了國內雷達領域的發展,完善了我國空中交通管制系統的建設。新體制空管一次雷達的設計研制就是基于國家日益繁忙的空中交通管制需求,學習借鑒法國Thales公司、加拿大Raytheon公司等空管雷達先進技術,兼顧對空情中抗干擾、慢速小目標檢測、目標屬性識別、陣地優化等要求研制起來的,采用線極化/圓極化可變高低波束、風冷全固態集中式發射機、頻率分集、AMTD軟件化信號處理和冗余交叉組合雙系統等先進技術,性能先進、數據穩定、可靠性高,主要用于航路監視,兼顧警戒引導,提供目標方位、距離、航向、速度、高度(依賴二次雷達或者波束估高)等信息,以及航路上的積云雨輪廓信息,實現對各類目標監視保障,完成空中交通管制任務(見圖1、圖2)。

圖1 雷達室外天線

圖2 雷達室內電子設備

2 雷達設計理念

2.1 極高的任務可靠性

發射機、天饋線、接收機等硬件采用可靠性極高的元器件,完善可靠的BITE功能,支持在線維修。整機絕大數系統部件雙套熱冗余備份設計,可實現熱態無縫切換,實現設備自動重組,實現故障軟化處理,雷達平均故障間隔時間MTBF不小于1000小時,平均致命故障間隔時間MTBCF不小于30000小時,確保了雷達數據不間斷和整機任務可靠性。

2.2 開放式軟硬件平臺

整機采用CPCI總線式硬件設計,嚴格按照國標電氣接口規范,模塊化程度、通用型強,服務器、工作站均為貨架產品,具有更高的可靠性、適用性和開放性;雷達控制、雷達數據和雷達視頻采用獨立的大容量以太網架構,"三網"獨立,數據量大,傳輸穩定可靠,分系統組合方式靈活,提高了雷達各類參數配置的靈活性,易于產品升級及新算法新設計的應用;雷達監控終端、處理平臺采用LINUX系統,系統本身安全開放,軟件運行平臺高效安全。

2.3 精細化處理理念

綜合借鑒國外先進空管雷達設計理念,優化波形時序設計,摒棄簡單的長短脈沖高低波束覆蓋,采用三脈組一個相參處理間隔設計,脈組間頻率捷變頻,頻率分集、幀間、脈沖間重復周期變換一體,實現了雷達波束的時空覆蓋,提取雷達回波更多信息(原始幅度、濾波器號、背景幅度、方位寬度、多普勒速度、回波出現數和高低波束采樣值等元素),具備了干擾抑制、跨周期回波處理、恒虛警組合優化、點跡過濾等功能,實現目標的最佳檢測和恒虛警控制。

2.4 全面陣地優化能力

依據雷達信號處理檢測流程,全面開放信號處理、數據處理等陣地優化配置參數,分4個系統,41子類,共計200多項優化參數,覆蓋整機時序、信號處理、數據處理、氣象處理和通信處理等關鍵環節,配置專用陣地優化軟件,通過數據庫對各類參數進行統一管理和配置,雷達陣地適應性全面提高,雷達技術性能得到全面發揮,可完成多樣化復雜保障任務。

2.5 在線動態測試

系統配置測試通道,實時監控雷達發射功率、天饋線駐波比、機柜溫濕度、伺服電機溫度電流、油位油溫,接收機靈敏度、噪聲電平、動態范圍和增益和信號處理、數據處理工作站處理能力等指標,并具有發現概率統計、一次二次融合配對概率統計和點跡過載保護功能,提供雷達點航跡質量,幫助操作人員實時掌握雷達狀況。

2.6 系統平臺兼容配套設備

雷達信號處理、數據處理、維護顯控終端等硬件平臺,雷達操作系統、數據庫、人機接口等軟件平臺等與二次雷達及空管自動化系統兼容。

系統設有RS-232、RS-422串口和RJ45網口,預留多種輸出格式,每個端口的輸出點跡航跡可設,數據格式、速率等均可根據用戶需求選擇配置。

系統環境適應性強,可靠性高,維修性強,BITE自檢功能完善,覆蓋面廣,指向精準,配備資料、文件、儀器儀表和備件齊全,安全警示醒目,防雷措施完善,符合電磁兼容性指標要求,整機耗電不大于20KWh。

3 雷達應用實例(見圖3、圖4、圖5、圖6)

4 雷達特點簡介

4.1 環境適應性

雷達設計工作溫度,設備機房內0-45攝氏度,工作站0-35攝氏度,天線罩內-50-70攝氏度,濕度室內不大于90%,室外不大于98%,工作海拔5000m,抗風能力,未加裝天線罩,在24.4m/s可生存。雷達設計有完備的防雷設施,外露電纜具有雙屏蔽層,外露金屬有良好的接地和防護措施,電源模塊設置有良好的避雷模塊,外露零部件均做了"三防"保護,發射功率模塊設計有高溫保護措施,外露設備采取必要密封措施,電纜、潤滑脂油等滿足低溫使用需求。

4.2 電磁兼容性

電磁兼容性方面,雷達設備做了三級有效的電磁防護措施,第一級為七個機柜相互電磁屏蔽;第二級為所有分級原則上相互獨立,避免干擾;第三級為某些特殊化組件模塊自成電磁屏蔽體,存在發熱元件的采取局部散熱方式,對于強干擾性的電路板進行單獨隔離,單板上靈敏度較高的電路板,加裝屏蔽罩和良好接地。合理選用導線,優化布線方式,盡量避免各導線之間的相互干擾和寄生耦合。自加裝以來未發現雷達各系統之間相互干擾,測量設備房艙電磁輻射強度,符合國家相關要求。

圖3 過頂目標跟蹤情況

圖4 高分辨跟蹤情況

圖5 高機動目標跟蹤情況

圖6 數據融合情況(綠色為一次目標,橙色為二次目標,黃色為融合目標)

4.3 運行經濟性

系統整機供電采用三相五線制供電,整機耗電約為20kW,消耗維護用品少,就目前來看,整機運行消耗財物較少,系統運行經濟性指標較高。

4.4 可靠性

自雷達研制批產交付以來,未發生停機故障,系統可靠性指標較高。

4.5 測試性

測試性主要是對BITE故障檢測率、BITE故障隔離率、BITE虛警率進行驗證,對相關定量指標進行評價。雷達能對故障檢測率、故障隔離率和虛警率進行定量分析,在開展的模擬故障檢測中,故障檢測概率、隔離率100%。

4.6 保障性

雷達及配套設備結構設計科學嚴謹,模塊化自動化程度高,布線簡介明了,系統監控及自檢功能完善,能夠實時在線對各分系統工作狀態性能指標檢測,各機柜背板附帶有裝機圖、各指示面板均設有測試口,標準明了。通過翻閱配備的維修維護、技術說明書,對于雷達的技術體制、原理過程描述清楚,操作使用說明規范詳細,有效性、實用性、指導性強;整機自檢指向性強,維修設備、隨即儀表齊全;元器件備件配備齊全,隨機文件能夠滿足雷達使用和維修保障要求。

4.7 安全性

雷達整機設計中充分考慮了因設備自身、外力和人員誤操作等產生的安全事故,高壓、大電流和風速過載等均設有安全警示,設置有應急斷電開關,天線轉臺設置有安全開關、安全門鎖、旋轉警鈴、維修平臺等安全保護措施,方艙內外設有煙霧報警,配有滅火器、消防沙和消防鍬等工具,軟硬件操作帶有防誤操作設計,操作步驟簡單,防護措施完善,符合相關安全性指標。

5 結束語

新體制空管一次雷達的成功研制,堅定了我們對空管設備全面國產化的信心。目前國產空管一、二次雷達設備都已獲得民航頒發使用許可證,在國內民航機場使用。其中,機動式多功能空管雷達系統獲得國家863科技支撐計劃支持。從一次雷達到監視系統,從空管傳感器到空管系統,國產空管產品線不斷豐富完善,初步具備提供空管系統一攬子解決方案的能力。

二十年的努力,幾代雷達人的心血,從性能樣機--產品樣機--產品--改進型產品--產業化一路走來,通過認真地汲取民航及國外用戶的使用經驗和寶貴意見,不斷技術升級和改進,我們的空管產品已經日臻完善,我們已經在空管雷達國產化進程中邁出了堅實的步伐,接下來我們將以科學創新、務實嚴謹地態度,不斷完善空管產品線,力推空管一、二次雷達國產化裝備建設,實施"由設備供應商向系統供應商轉變"的戰略,為實現"航空強國"之夢貢獻力量。

相信在不久的將來,我們能夠將我們的空管產品全面推向國際市場,在更大的舞臺上展示中國裝備實力,國際空管市場一定有我們的一席之地!

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徐鵬,安徽潛山人,工程師,主要從事空管雷達及空管系統國產化開發工作。

The Localization of the ATC Primary Radar under new system

During the period of 12th Five-Year,the Localization of the ATC primary radar with all-solid-state transmitter, dual-beam with line or circular polarization, frequency diversity, AMTD signal processing by software, redundant cross-dual system and other new technologies and new system,is responsible for route monitoring, taking into account the warning and guidance tasks, providing information such as target distance, direction, speed, heading and cumulonimbus on the route, so as to provide routine air security for air traffic control。 The Localization of the ATC primary radar which is based on the advanced concepts and techniques of introducing ATC radar, takes into account the anti-jamming, low-slow detection of small targets, and optimization of radar positions, which are brought about by the increasingly busy air traffic in the country。 This paper is from the design concept, combined with the actual application to introduce the domestic ATC radar systematically。

Localization of ATC Radar;Software;AMTD;Primary Radar