航管二次監(jiān)視雷達地面詢問編碼器的FPGA設(shè)計
引 言
隨著航空事業(yè)的發(fā)展,空中流量的增加使空中交通管理系統(tǒng)的作用顯得非常重要。空管人員利用雷達為已被識別的航空器提供管制服務(wù),可以從雷達屏幕上看到飛機的信息參數(shù)。在航管體系中,常規(guī)模式及S模式技術(shù)用于監(jiān)視功能,建立在獨立編址,選擇詢問的基礎(chǔ)之上,信息交換是通過將上行詢問內(nèi)容和下行應(yīng)答內(nèi)容進行脈沖編碼實現(xiàn)。編碼器是整個雷達的中心,用于產(chǎn)生整機同步信號和詢問信號。因此,具有高優(yōu)良性能詢問機編碼器脈沖編碼信號處理技術(shù)至關(guān)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(nèi)完成對應(yīng)答信號的處理,完成目標識別,給出目標飛行器的信息參數(shù);同時在設(shè)備體積、功耗方面的嚴格要求使信號處理設(shè)備必須向小型化、智能化、可編程的趨勢發(fā)展,又要求信號處理系統(tǒng)具有高可靠性和系統(tǒng)升級的需要。
現(xiàn)場可編程邏輯器件及其相關(guān)技術(shù)是當代微電子技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物,FPGA是一種多用途、高密度的可重復(fù)編程邏輯門陣列。與傳統(tǒng)技術(shù)相比,FPGA不僅具有設(shè)計方便,靈活和校驗快等特點,可以大大縮減研發(fā)時間,減少設(shè)計費用,降低設(shè)計風險;同時將:FPGA技術(shù)、微控制器、雷達顯控界面結(jié)合的系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)計高性能的雷達信號處理機,可提高系統(tǒng)集成度,減小電路規(guī)模,從而提高可靠性,無論在速度、體積方面,還是在設(shè)計的靈活性上都能適應(yīng)現(xiàn)代雷達信號處理系統(tǒng)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(fā)系統(tǒng)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(chǎn)生整機的同步脈沖。它可以工作于外同步和內(nèi)同步兩種方式。當同步脈沖工作于內(nèi)同步,即當二次雷達獨立工作時,產(chǎn)生重復(fù)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(fā)信號,即外同步時,二次雷達的重復(fù)頻率f2和一次雷達的重復(fù)頻率 f1有以下的關(guān)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(guī)定f2≤450 Hz。重復(fù)頻率的選擇取決于作用距離的大小。
(2)產(chǎn)生各種詢問模式。
發(fā)射機在詢問脈沖的調(diào)制下,產(chǎn)生1 030 MHz的射頻脈沖,經(jīng)三端環(huán)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(yīng)答信號轉(zhuǎn)換成視頻信號,送至終端裝置進行處理。
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