一種空管二次雷達性能測試系統的設計與實現

【摘 要】提出一種空管二次雷達性能測試系統，該系統通過PCI結合DMA的方式實現對天線信號的引接及傳輸，最終在終端PC機上通過C#編程對數據進行分析和顯示，得出具體的雷達性能數據及相關曲線圖。系統占用資源少，可以部署在筆記本電腦，為空管二次雷達的技術保障提供一種技術手段。

【關鍵詞】二次雷達;性能測試;空管;C#

1 引言

空管二次雷達是當前空管系統主要的探測設備，其能夠為管制自動化系統提供穩定可靠的目標信息。通常，一套即將投入運行的二次雷達需要經過多個步驟的測試，測試需要的設備和儀器也較為復雜，而且在運行過程中，相關標準還給予了定期維護、檢修的具體要求，這對于一線技術保障而言是一項必須按時、按量、按質完成的基礎工作。本文從實際出發提出一種二次雷達天線測試系統，該系統能夠在二次雷達不停機的情況下接受雷達發射的詢問信號實現對雷達的相關參數進行測量，提高技術保障效率。

2 系統總體設計

系統主要組成為測試天線、下位機、終端PC機。通過部署測試天線接收二次雷達L波段射頻信號進行分析，下位機利用PCI結合DMA方式實現數據的完整傳輸，通過終端PC機進行雷達抗干擾、抗混疊處理，并最終實現雷達天線信息的動態顯示（主要繪制天線水平方向圖及測試結果，智能檢測天線增益、計算饋線插損以及發射機功率等參數）。為了進行模數轉換，PCI采用PCI1714高速數據采集卡，轉換完畢的數據將存于板載FIFO中，當數據量達到50%時系統將會對DMA發送請教并通過內存存取直接將數據傳輸到終端PC機中。

3 設計的關鍵

3.1 數據采集軟件模塊設計

數據采集分析主要由波形檢測、數據采集及DMA數據處理組成。其中，數據采集頂層將會接收DMA處理模塊反饋的信息控制前兩者的參數設置。

在數據的處理流程上，系統首先進行設備的初始化設置，并通過調用函數的形式使能事件通知，采用函數開啟高速數據采樣。整個過程，系統同時檢測當前事件類型，判斷緩存區是否達到50%容量，如若是則進行數據傳輸，反之則返回到高速數據采樣步驟。本次數據采集傳輸完畢后（收到停止位）系統將循環繼續執行下一次高速數據采樣。系統在軟件數據處理過程中，需要將設備句柄指向具體設備，并為DMA傳輸分配內存資源，釋放空間則可以通過函數進行句柄空間釋放。

正常工作時，在機場附近系統容易出現同時檢測到多部二次雷達信號，因此必須對其他非檢測的雷達信號進行去除。此處可以通過動態門限滑窗檢測的方法計算出雷達周期內的動態門限值，獲得有效脈沖信號序列，進而去除異步干擾信號得到關注的二次雷達信號序列。

系統統計一段時間內的數據值求出生成動態門限值，通過比較采樣值和門限值確定脈沖的位置和寬度，檢測具體的上升沿和下降沿，精確獲取脈沖的位置和寬度，再進行數據濾波得出幅度值。在去除異步干擾上，系統可以任意取一個有效的脈沖信號，判斷其是否為異步干擾脈沖，通過幅度值及初始化的P1、P2、P3的時間關系計算出動態門限并進行前后檢測，如若有匹配的脈沖則判斷其為異步干擾。在脈沖分組提取上，系統可以選取一個有效脈沖，并遍歷獲取到的數據進行是否有匹配的有效脈沖判斷，如若有，則判斷該脈沖為P1并同時確定P2和P3，將三者記錄為某一雷達有效脈沖信號分組序列。當然，為了得到盡可能高的門限值，提高判斷的性能，計算門限需要設置一個較大的脈沖重復周期，采用滑動方式即可，針對采取處理的數據長度并不需要過長的設置。

綜上所述，系統在多雷達信息提取上，需要在多雷達信息中提取完整的每部雷達信息包括詢問信號的主瓣寬度以及脈沖重復頻率。設計上首先進行選擇分組序列，判斷P1和P3是否有幅度和時間的一致性，如若有則提取主瓣脈沖的具體位置和幅度信息進行多雷達的區分，實現對非主瓣分組標定和最佳主瓣（功率值最大，代表了雷達的發射功率）的提取。另外，雷達的天線旋轉周期則可以根據檢測兩個同屬一部雷達的最佳主瓣之間的時間間隔確定。

3.2 終端PC機軟件的設計

終端PC機軟件設計主要分為網絡接收模塊、數據分析模塊和圖形繪制模塊。為提高開發效率，系統通過協議轉換器，將數據轉換為網絡數據。實現上首先通過網絡模塊接收接收來自前端的數據，并將其提交給數據分析模塊進行內部數據格式分析。數據分析模塊則將分析結果進行數據顯示以及提交繪制參數數據給繪制模塊，最終在繪制模塊中實現對界面曲線的繪制。實現中，數據單元將以具體雷達識別為準，建立其雷達天線數據性能列表，繪制模塊只需要遍歷具體的列表則可以快速繪制曲線圖。為了開發便捷，雷達天線數據將建立天線類，C#對該類進行屬性定義，后續的操作將轉換為對天線類的對象的具體屬性的操作。類的引入為程序的后期擴展和升級提供了良好的接口。而對于具體的曲線繪制，系統可以利用C#提供的豐富的系統函數進行，在C#中基礎繪制函數部分代碼如下：

Bitmap B = new Bitmap（1920，1080）;//定義畫布的大小

Graphics G = Graphics.FromImage（B）;

FuncDrawBasePic（ref G）;

FuncDrawDynamicPic（ref G）;

Graphics g = Graphics.FromHwnd（MyBox.Handle）;

g.DrawImage（B，new Point（0，0））;//在內存中畫完后顯示在控件上，避免閃爍

4 測試效果

此處以民航汕頭空管站梅崗山Thales二次雷達為例，在距離其20KM左右的測試點進行測試，得出天線，軟件測試結果界面如圖1所示。可以看出，該雷達在-3dB和-10dB的主瓣寬度分辨為2.9deg和5.23deg，天線的旋轉周期為3.95s，峰值功率為2.2KW，天線增益為23dB，線損為6dB，與廠家給出的整機性能測試指標要求一致。

5 結束語

本文從實際出發，提出一種空管二次雷達性能測試的方案，并通過部署PCI結合DMA的方式實現數據的接收和發送，最終通過C#編程實現了終端PC對性能參數的獲取和顯示，為空管二次雷達的技術維護和保障提供一種手段。

參考文獻：

[1]基于分布式計算的雷達顯示系統設計[J].曾培彬.北京聯合大學學報.2013（01）

[2]探究航管二次雷達天線測試系統的實現[J].陳兵.通訊世界.2017（17）

作者簡介：

謝東穎，1995年3月，男，漢族，本科學士，助理工程師，研究方向：雷達信號處理。

（作者單位：民航汕頭空管站）