便攜式雷達天線系統測試與控制平臺的設計研究

陳金龍 白宇 張翹

摘 要：雷達天線系統主要為了實現雷達的跟蹤定位，要求雷達定位控制精度高、響應速度快。傳統的雷達檢測設備體積龐大，雖然可以完成測量工作，但是只能作為內場的檢測設備，無法將其應用在外場檢測需求中，在跟蹤定位過程中容易受到周圍環境的干擾，影響到測量性能。隨著計算機技術、電力電子技術的發展，現代雷達系統逐漸向集成化方向發展，為了確保雷達天線系統的內外檢測需要，采用嵌入式系統、通用操作系統、專業檢測軟件的測試與控制系統平臺，可以縮小雷達天線系統測試的體積，方便攜帶，改變過去雷達天線系統體積龐大的局限性，更有利于雷達天線系統的應用發展。

關鍵詞：便攜式雷達;天線系統測試;控制平臺

引言：

雷達是通過向探測目標發射電磁波，并將接收器電磁波反射的回波，從而測量出探測目標和電磁波發射點位置的距離、徑向方向、方位、高度等信息，確定測定目標的空間信息的電子設備。雷達技術不需要受到天氣狀況、測量距離等自然因素的影響，可以穿透物體，空間分辨率可以達到幾十米，具有全天候、全天時的特點，因此廣泛應用在土壤濕度調查、地質勘探、礦產尋找、森林資源調查、軍事等各個領域。雷達天線系統與控制平臺是實現雷達定位、跟蹤能力的關鍵系統，影響到雷達探測最終空間位置信息的精度和準度。傳統的雷達天線測試設備體積龐大、操作復雜、不宜攜帶，一定程度上影響了雷達天線測試系統與控制平臺的應用。便攜式雷達天線系統測試與控制平臺在設計的時候，綜合了實際檢測需要、檢測環境、能耗以及體積等各方面的需求，確保雷電天線系統測試與控制平臺不僅可以完成天線的檢測任務，而且還可以滿足雷達天線內外檢測的需求。

1.雷達天線測控平臺的需求分析

某型號的雷達天線系統包括掃描器、電子控制放大器構成，掃描器是由天線穩定平臺、方位驅動單元、反射體三部分構成，液壓驅動器控制掃描器的方位、俯仰轉動、橫滾穩定，天線主要有水平極化、園極化、垂直極化;電子控制放大器是掃描器和雷達數據處理器的接口，當雷達系統開始工作時，雷達探測的數據處理器接收到操作臺的信號，數據處理器將信號發送給電子控制放大器，電子控制放大器控制掃描器帶動天線組件開始運動，并對掃描件、電子放大器內部運行狀態進行監控。根據雷達天線系統的工作原理，需要對雷達天線系統進行檢測，并對天線系統進行測試，才能確保雷達天線有序運行。

2.便攜式雷達天線系統測試與控制平臺的設計

便攜式雷達天線系統測試與控制平臺包括硬件部分和軟件部分，在設計的時候，需要結合到便攜式雷達天線系統的需求。

2.1便攜式雷達天線系統的硬件設計

便攜式雷達天線系統測控平臺主要用于檢測雷達天線系統故障，因此需要考慮到雷達實際工作需求，同時還要考慮到未來雷達技術和設備的發展，讓測控平臺具有一定的兼容性、擴展性。因此，雷達天線測控平臺采用便攜式箱體、28V—115V400Hz電源組件，采用嵌入式處理器、專用檢測板卡、windows操作系統以及專用檢測軟件，確保整個雷達天線測控平臺的便捷性、可靠性。雷達天線系統測控平臺的硬件由ARM嵌入式處理器、專用檢測卡板、電源模塊、通信模塊、供電電纜、顯示屏等。其中嵌入式處理器是整個雷達天線測控系統的中心，發布測控信號，并對測試結果進行分析、處理，處理后直接將其顯示在顯示屏上;電源模塊主要負責提供電源;通信模塊負責整個測控平臺的網絡通信，電纜主要負責被測天線系統與測控平臺的數據信號傳輸，下圖為雷達天線測控系統的硬件結構：

2.1.1嵌入式處理器

ARM嵌入式處理器是高性能的處理器，是目前的主流方向，在嵌入式設備、可穿戴智能設備、智能手機、平板電腦以及物聯網設備中廣泛應用。嵌入式處理器主要負責控制整個雷達天線測控平臺，確保整個平臺有序運行。嵌入式處理器其實是一個微型計算機系統，它采用超大規模集成電路技術把中央處理器、隨機存儲器、中斷系統、定時器和計數器等功能集成到一塊硅片上形成一個小的微型計算機系統。體積小、質量輕、價格便宜，可以連續工作六七十個小時無障礙工作，因此在工業領域廣泛應用。

2.1.2檢測板卡

雷達天線測控需要模擬、處理、開關量信號、方位轉速信號等大量信號，因此需要信號板模塊，信號板模塊就是檢測板卡，是雷達天線測控平臺重要的一部分，主要為被測設備掃描器和電子放大器提供需要的各種信號。

2.1.3電源模塊

雷達天線系統測控平臺不僅為內部檢測板卡供電，而且還要為被測量的掃描件和電子控制放大器供電。為了滿足測控平臺的供電需求，采用28V、220V雙電源供電模式，滿足內外場的測試需求。

2.1.4通信模塊

通信模塊是實現雷達天線測控平臺執行命令的傳遞以及各個模塊的信息傳遞，因此必須制定合適的通信方案，確保雷達天線測控平臺的信息傳遞。

2.2雷達天線測控平臺的軟件設計

雷達天線測控平臺的運行需要軟件支撐，軟件的性能直接影響到雷達天線測控工作的正常開展，是實現雷達天線測控平臺數據分析、處理、存儲、顯示的關鍵。根據雷達天線測控平臺的工作要求，結合整個測控平臺的硬件系統，因此測控拼圖的軟件系統包括運行平臺也就是windows操作系統以及測控系統的應用軟件。雷達天線測控系統軟件采用應用層、管理層、物理層分布式結構。根據這種分布式系統的要求，運行平臺采用Hardtop平臺通過Hardtop分布式文件系統，讓用戶可以利用Hardtop輕松構建分布式計算機平臺，并充分利用Hardtop的集群能力和計算能力，實現對海量數據信息的處理，確保整個系統的規范化、可靠性、分層分布、開放性等要求。

結束語：

便攜式雷達天線測控平臺需要綜合場內外工作環境，雷達天線測控系統的硬件設計和軟件設計都采用通用性、標準化的設計模式，確保整個測控平臺的兼容性、可拓展性，為后續平臺的擴展提供可能性。

參考文獻

[1] 董華，溫倩，初曉軍.便攜式雷達天線系統測試與控制平臺的設計[J].計算機測量與控制，2014，22（3）：787-789.

[2] 溫倩.便攜式雷達天線系統測控平臺的關鍵問題研究[D].江西：南昌航空大學，2014.