航管二次監視雷達地面詢問編碼器的FPGA設計
引 言
隨著航空事業的發展,空中流量的增加使空中交通管理系統的作用顯得非常重要??展苋藛T利用雷達為已被識別的航空器提供管制服務,可以從雷達屏幕上看到飛機的信息參數。在航管體系中,常規模式及S模式技術用于監視功能,建立在獨立編址,選擇詢問的基礎之上,信息交換是通過將上行詢問內容和下行應答內容進行脈沖編碼實現。編碼器是整個雷達的中心,用于產生整機同步信號和詢問信號。因此,具有高優良性能詢問機編碼器脈沖編碼信號處理技術至關重要。同時對雷達信號處理的實時性提出了嚴格的要求,在毫秒級的時間內完成對應答信號的處理,完成目標識別,給出目標飛行器的信息參數;同時在設備體積、功耗方面的嚴格要求使信號處理設備必須向小型化、智能化、可編程的趨勢發展,又要求信號處理系統具有高可靠性和系統升級的需要。
現場可編程邏輯器件及其相關技術是當代微電子技術迅速發展的產物,FPGA是一種多用途、高密度的可重復編程邏輯門陣列。與傳統技術相比,FPGA不僅具有設計方便,靈活和校驗快等特點,可以大大縮減研發時間,減少設計費用,降低設計風險;同時將:FPGA技術、微控制器、雷達顯控界面結合的系統應用于設計高性能的雷達信號處理機,可提高系統集成度,減小電路規模,從而提高可靠性,無論在速度、體積方面,還是在設計的靈活性上都能適應現代雷達信號處理系統的要求。
1 航管二次雷達地面詢問編碼器的工作原理
1.1 編碼器功能描述
航管二次雷達地面站收發系統由編碼器、詢問器、接收機三部分組成。如圖1所示,編碼器是整個雷達的中心,它有三個作用:
(1)產生整機的同步脈沖。它可以工作于外同步和內同步兩種方式。當同步脈沖工作于內同步,即當二次雷達獨立工作時,產生重復頻率f=150~450 Hz的整機同步信號S0。當二次雷達和一次雷達配合工作時,由一次雷達提供整機同步觸發信號,即外同步時,二次雷達的重復頻率f2和一次雷達的重復頻率 f1有以下的關系:
①當150 Hz≤f2≤450 Hz時,f2=f1;
②當450 Hzf2≤900 Hz時,f2=1/2f1;
③當900 Hzf2≤1 350 Hz時,f2=1/3f1。
民航規定f2≤450 Hz。重復頻率的選擇取決于作用距離的大小。
(2)產生各種詢問模式。
發射機在詢問脈沖的調制下,產生1 030 MHz的射頻脈沖,經三端環形器送到天線。天線在同步脈沖的控制下,將P1,P3進入和通道,P2進入差通道。接收機在將1 090 MHz的射頻應答信號轉換成視頻信號,送至終端裝置進行處理。
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