淺談二次雷達波束控制系統設計

摘 要： 二次雷達作為大型雷達系統的構成部分，在民航的空中交通管制及目標識別方面具有重要的應用價值，為了而適應航空領域的發展，提升針對重點空域的境界功能，基于無源相控天線體制的二次雷達系統逐漸發展起來了。采用這一天線掃描體制的二次雷達，同時具備相位控制、同步控制、數據傳送和信號自檢的功能。筆者以采用無源相控天線體制的二次雷達系統作為研究對象，在波束控制系統設計中采取了集中式波控方案，引入了嵌入式計算機和網絡系統，并采用軟件、硬件雙重同步的手段進行波控處理流程設計，此外，選取了二級緩存同步相的方法進行波控數據的布相。實踐表明，這一基于集中波控方案的二次雷達波束控制系統可靠性高、靈活性強，值得在應用中進行推廣。

關鍵詞： 二次雷達；無源相控天線；波束控制

二次雷達通常也被稱作是空管雷達信標系統，其結構上主要是由詢問雷達和應答雷達構成的，即由詢問雷達發射電磁波，應答雷達在接收到信息后發生應答電磁波，通過信息的交互完成目標識別和定位。針對重點空域進行監視的相控體制的一次雷達，需要在陣面天線靜止的情況下，天線波束在方位及仰角上進行二維掃描，采用無源相控陣體制的二次雷達即是為了滿足一次雷達的這一需求而逐步發展起來的。

傳統的二次雷達采用的是機械掃描的工作方式，雖然可以完成采用相控體制的一次雷達的需求，即在二次雷達天線靜止的情況下，二次雷達波束在方位角上進行掃描，并且覆蓋一次雷達波束的方位掃描范圍。但是傳統二次雷達的波束在空間掃描時波束指向上的慣性，不僅導致了相控陣天線增益的降低以及旁瓣的升高，而且還需要明確所有陣元的輻射相位與輻射值，從而對通道的相位誤差進行補償。這樣就造成了系統計算資源的消耗，給雷達性能造成了限制，而基于無源相控天線體制的二次雷達系統不僅保持了傳統二次雷達的功能，而且提升了在天線波束控制上的可靠性。

1 系統設計

1.1 波控方案

以下四種功能是二次雷達被應用于波束控制所應具備的基本功能，主要涉及相位的控制、頻率同步設置、信號傳輸系統和對數據的篩選自檢。雷達波控與相位矩陣的結合分為集中式和分布式兩種。根據二次雷達具有規模較為集中的特點，常采用集中式的波形控制方案。該方案中系統依靠嵌入計算機作為核心單元的方式實現對信號的控制。這種嵌入式設計可以通過集成方式將普通PC機的功能集合在一塊小的單板機上，PC機兼容模式的標準化可以降低軟件開發難度。計算機根據波束的定向性和波形特點對陣面的各機原點進行統一運算，得出基元的相位、幅度作為輸出數據傳送至陣面上的控制接口。最后，將數據分發給相應的單元進行存儲。該方法的優勢在于：不需要過多的硬件配套，控制靈敏，幅度和相位相互補償操作簡單。最后再根據不同地址將數據依次打入相應的存儲單元。

1.2 布相方法

將二次雷達應用在波形和幅度控制的系統中時，考慮布相方法的設計中的特殊性，采取了二級緩存的方法進行同步布相，此方法由計算機自動控制單元的相位運算，運算結果借由I/O端口通過總線進行數據傳輸，數據包括衰減代碼和移向代碼，以鎖存的方式存儲于一級緩存，通過信號切換的途徑將信號輸入二級緩存。

1.3 處理流程

由相控陣原理布置的雷達系統主要有波束調度、波束控制、二次雷達主控器等單元組成，并且這些單元必須是采用網絡系統進行連接架構的，采用最先進的以太網進行數據的傳輸和指令的下達，這樣整個雷達系統就能夠在網絡系統的連接上形成一個良好的整體。在雷達系統中的任務管理單元接收到相應的指令以后，按照一定的編碼規則進行指令的下達傳輸，在波束調度單元接收到指令以后就可以根據工作的需求進行重新編碼，通過網絡系統將需要傳達的指令按照相應的工作需求進行轉換，直到傳遞到最后的雷達約束控制單元中。

由于在網絡系統中進行數據的傳輸會受到一些其他因素的干擾而導致部分數據在傳輸的過程當中出現一定程度的延遲現象。而各個數據接口有時候也存在一定的不匹配的問題，那么就需要系統進行一定的調試，并且相應的硬件系統也需要時間來進行配合，所以導致最終在數據傳輸的過程當中出現數據的部分延遲或者丟失的現象。

在波束調度單元接收到相應指令并做出調整后向波束控制單元發出相應的指令，后續單元就會根據得到的指令進行相位布置的修改，完成指令要求的相位布置工作，最后硬件的接口向整個雷達系統的主控單元發射相應的波束和指令代碼，主控制單元在接收到信號以后會將相應的信號與網絡傳輸過來的代碼內容進行對比分析，當對比分析后發現沒有出入，就會按照相應的指令對波束進行切換和調整，形成新的波陣單元。

2軟件操作系統

VxWorks 操作系統是一種較為先進的實時操作系統，這種操作系統十分的穩定，各項功能較為完備，而且能夠支持多進程任務工作，最重要的是這種操作系統可以根據客戶需求對系統的功能組成進行裁剪。所以在雷達的內部軟件系統的選擇上面就采用VxWorks 操作系統。如圖 6 所示，由該操作軟件組成的波控系統可以采用臨時阻截的方式獲得外部數據，一旦外部數據進入到本系統后，軟件就會對這些數據進行加工處理并做出分析，軟件可以在不同的時間對數據波的頻率進行切換攔截，實現實時監控和多任務處理的功能。

3結論

經過大量的實踐證明基于嵌入式操作系統和雷達的的二次約束控制系統組成的雷達系統具有十分突出的優點，尤其是對波束的調度調控方面靈活可靠，操作簡單實用。采用這樣一種控制系統極大的突破了傳統的雷達工作模式和應用范圍，并且隨著現代的互聯網技術和雷達技術的不斷發展創新，在對相控陣雷達的應用和探索也會繼續進行下去。

參考文獻

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作者簡介：楊詩雨，男，1992.9.27，江西南昌，本科，助理工程師，研究方向：電子信息工程。