浅谈二次雷达波束控制系统设计

摘 要： 二次雷达作为大型雷达系统的构成部分，在民航的空中交通管制及目标识别方面具有重要的应用价值，为了而适应航空领域的发展，提升针对重点空域的境界功能，基于无源相控天线体制的二次雷达系统逐渐发展起来了。采用这一天线扫描体制的二次雷达，同时具备相位控制、同步控制、数据传送和信号自检的功能。笔者以采用无源相控天线体制的二次雷达系统作为研究对象，在波束控制系统设计中采取了集中式波控方案，引入了嵌入式计算机和网络系统，并采用软件、硬件双重同步的手段进行波控处理流程设计，此外，选取了二级缓存同步相的方法进行波控数据的布相。实践表明，这一基于集中波控方案的二次雷达波束控制系统可靠性高、灵活性强，值得在应用中进行推广。

关键词： 二次雷达；无源相控天线；波束控制

二次雷达通常也被称作是空管雷达信标系统，其结构上主要是由询问雷达和应答雷达构成的，即由询问雷达发射电磁波，应答雷达在接收到信息后发生应答电磁波，通过信息的交互完成目标识别和定位。针对重点空域进行监视的相控体制的一次雷达，需要在阵面天线静止的情况下，天线波束在方位及仰角上进行二维扫描，采用无源相控阵体制的二次雷达即是为了满足一次雷达的这一需求而逐步发展起来的。

传统的二次雷達采用的是机械扫描的工作方式，虽然可以完成采用相控体制的一次雷达的需求，即在二次雷达天线静止的情况下，二次雷达波束在方位角上进行扫描，并且覆盖一次雷达波束的方位扫描范围。但是传统二次雷达的波束在空间扫描时波束指向上的惯性，不仅导致了相控阵天线增益的降低以及旁瓣的升高，而且还需要明确所有阵元的辐射相位与辐射值，从而对通道的相位误差进行补偿。这样就造成了系统计算资源的消耗，给雷达性能造成了限制，而基于无源相控天线体制的二次雷达系统不仅保持了传统二次雷达的功能，而且提升了在天线波束控制上的可靠性。

1 系统设计

1.1 波控方案

以下四种功能是二次雷达被应用于波束控制所应具备的基本功能，主要涉及相位的控制、频率同步设置、信号传输系统和对数据的筛选自检。雷达波控与相位矩阵的结合分为集中式和分布式两种。根据二次雷达具有规模较为集中的特点，常采用集中式的波形控制方案。该方案中系统依靠嵌入计算机作为核心单元的方式实现对信号的控制。这种嵌入式设计可以通过集成方式将普通PC机的功能集合在一块小的单板机上，PC机兼容模式的标准化可以降低软件开发难度。计算机根据波束的定向性和波形特点对阵面的各机原点进行统一运算，得出基元的相位、幅度作为输出数据传送至阵面上的控制接口。最后，将数据分发给相应的单元进行存储。该方法的优势在于：不需要过多的硬件配套，控制灵敏，幅度和相位相互补偿操作简单。最后再根据不同地址将数据依次打入相应的存储单元。

1.2 布相方法

将二次雷达应用在波形和幅度控制的系统中时，考虑布相方法的设计中的特殊性，采取了二级缓存的方法进行同步布相，此方法由计算机自动控制单元的相位运算，运算结果借由I/O端口通过总线进行数据传输，数据包括衰减代码和移向代码，以锁存的方式存储于一级缓存，通过信号切换的途径将信号输入二级缓存。

1.3 处理流程

由相控阵原理布置的雷达系统主要有波束调度、波束控制、二次雷达主控器等单元组成，并且这些单元必须是采用网络系统进行连接架构的，采用最先进的以太网进行数据的传输和指令的下达，这样整个雷达系统就能够在网络系统的连接上形成一个良好的整体。在雷达系统中的任务管理单元接收到相应的指令以后，按照一定的编码规则进行指令的下达传输，在波束调度单元接收到指令以后就可以根据工作的需求进行重新编码，通过网络系统将需要传达的指令按照相应的工作需求进行转换，直到传递到最后的雷达约束控制单元中。

由于在网络系统中进行数据的传输会受到一些其他因素的干扰而导致部分数据在传输的过程当中出现一定程度的延迟现象。而各个数据接口有时候也存在一定的不匹配的问题，那么就需要系统进行一定的调试，并且相应的硬件系统也需要时间来进行配合，所以导致最终在数据传输的过程当中出现数据的部分延迟或者丢失的现象。

在波束调度单元接收到相应指令并做出调整后向波束控制单元发出相应的指令，后续单元就会根据得到的指令进行相位布置的修改，完成指令要求的相位布置工作，最后硬件的接口向整个雷达系统的主控单元发射相应的波束和指令代码，主控制单元在接收到信号以后会将相应的信号与网络传输过来的代码内容进行对比分析，当对比分析后发现没有出入，就会按照相应的指令对波束进行切换和调整，形成新的波阵单元。

2软件操作系统

VxWorks 操作系统是一种较为先进的实时操作系统，这种操作系统十分的稳定，各项功能较为完备，而且能够支持多进程任务工作，最重要的是这种操作系统可以根据客户需求对系统的功能组成进行裁剪。所以在雷达的内部软件系统的选择上面就采用VxWorks 操作系统。如图 6 所示，由该操作软件组成的波控系统可以采用临时阻截的方式获得外部数据，一旦外部数据进入到本系统后，软件就会对这些数据进行加工处理并做出分析，软件可以在不同的时间对数据波的频率进行切换拦截，实现实时监控和多任务处理的功能。

3结论

经过大量的实践证明基于嵌入式操作系统和雷达的的二次约束控制系统组成的雷达系统具有十分突出的优点，尤其是对波束的调度调控方面灵活可靠，操作简单实用。采用这样一种控制系统极大的突破了传统的雷达工作模式和应用范围，并且随着现代的互联网技术和雷达技术的不断发展创新，在对相控阵雷达的应用和探索也会继续进行下去。

参考文献

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作者简介：杨诗雨，男，1992.9.27，江西南昌，本科，助理工程师，研究方向：电子信息工程。