航管二次雷達(dá)射頻切換單元FPGA實(shí)現(xiàn)

引言
二次雷達(dá)也叫做空管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(Air TrafficControl Radar Beacon System，ATCRBS)。它最初是在空戰(zhàn)中為了使雷達(dá)分辨出敵我雙方的飛機(jī)而發(fā)展的敵我識(shí)別系統(tǒng)，當(dāng)把這個(gè)系統(tǒng)的基本原理和部件經(jīng)過(guò)發(fā)展后用于民航的空中交通管制后，就成了二次雷達(dá)系統(tǒng)。二次雷達(dá)是在地面站和目標(biāo)應(yīng)答器的合作下，采用問(wèn)答方式工作，它必須經(jīng)過(guò)兩次有源輻射電磁波信號(hào)才能完成應(yīng)有的功能。
單脈沖二次雷達(dá)是按照雷達(dá)方位角度定位體制的不同而定義的，有別于常規(guī)的二次監(jiān)視雷達(dá)。常規(guī)二次監(jiān)視雷達(dá)實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)定位需要利用雷達(dá)定向主波瓣中對(duì)這個(gè)目標(biāo)的所有應(yīng)答，而單脈沖二次雷達(dá)理論上只需要利用一次詢問(wèn)的應(yīng)答即能準(zhǔn)確定位。單脈沖技術(shù)應(yīng)用于二次雷達(dá)，使對(duì)目標(biāo)的測(cè)量可以方便的基于多個(gè)波束，有效地增加了數(shù)據(jù)冗余度，提高了角度測(cè)量的精度。對(duì)應(yīng)答處理而言，單脈沖技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了在混疊或交織情況下對(duì)應(yīng)答碼的解碼能力，使單脈沖二次雷達(dá)與常規(guī)二次雷達(dá)相比實(shí)現(xiàn)了一次質(zhì)的飛躍。
國(guó)內(nèi)自主研發(fā)航管二次雷達(dá)在近10年間才開(kāi)始，落后于國(guó)外20世紀(jì)80年代就發(fā)展起來(lái)的二次雷達(dá)系統(tǒng)。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)主要民用機(jī)場(chǎng)使用的二次雷達(dá)大多使用的是國(guó)外設(shè)備。如美國(guó)Raytheon二次雷達(dá)，意大利Alenia二次雷達(dá)，日本東芝雷達(dá)。在中央大力提倡國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的政策下，國(guó)內(nèi)的一些廠家也緊跟國(guó)外技術(shù)開(kāi)始研發(fā)屬于中國(guó)的二次雷達(dá)及其終端顯示系統(tǒng)。
民航航管系統(tǒng)的基本要求是安全、迅速和有秩序地將乘客和貨物從某一地點(diǎn)空運(yùn)到另一指定地點(diǎn)?？罩薪煌ü苤凭褪菫檫_(dá)到此目的而建立的重要服務(wù)體系。為了滿足民航系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)可靠性的要求，雷達(dá)的設(shè)計(jì)采用了雙通道熱備份設(shè)計(jì)，目的是在當(dāng)前通道故障的
情況下，保證航跡輸出的連續(xù)性，雙通道之間的切換單元在監(jiān)控計(jì)算機(jī)命令下迅速切換。

1 射頻切換系統(tǒng)組成
單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)處理的基本流程如圖1所示。

在射頻切換系統(tǒng)中，切換控制板接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的切換命令，當(dāng)確認(rèn)要求進(jìn)行切換時(shí)，通過(guò)切換控制板向切換開(kāi)關(guān)發(fā)出切換信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三路射頻信號(hào)與兩個(gè)通道間的切換，三路(∑，△，Ω)開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)一致，即同時(shí)工作在A通道或同時(shí)工作在B通道，三路開(kāi)關(guān)的狀態(tài)隨時(shí)通過(guò)控制電纜以TTL差分方式送給數(shù)據(jù)處理。根據(jù)二次雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)，射頻開(kāi)關(guān)的耐峰值功率大于2．5 kW，耐平均功率大于20 W。
在設(shè)計(jì)中，選擇了射頻開(kāi)關(guān)TN6K31，該開(kāi)關(guān)有足夠的頻寬和線性，確保信號(hào)不失真，插入損耗小于0．3 dB，通道隔離度大于70 dB，滿足雷達(dá)系統(tǒng)的指標(biāo)。
射頻切換系統(tǒng)中切換控制單元的原理如圖2所示。