航管二次雷達射頻切換單元FPGA實(shí)現

引言
二次雷達也叫做空管雷達信標系統(Air TrafficControl Radar Beacon System，ATCRBS)。它最初是在空戰中為了使雷達分辨出敵我雙方的飛機而發(fā)展的敵我識別系統，當把這個(gè)系統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，就成了二次雷達系統。二次雷達是在地面站和目標應答器的合作下，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才能完成應有的功能。
單脈沖二次雷達是按照雷達方位角度定位體制的不同而定義的，有別于常規的二次監視雷達。常規二次監視雷達實(shí)現一個(gè)目標定位需要利用雷達定向主波瓣中對這個(gè)目標的所有應答，而單脈沖二次雷達理論上只需要利用一次詢(xún)問(wèn)的應答即能準確定位。單脈沖技術(shù)應用于二次雷達，使對目標的測量可以方便的基于多個(gè)波束，有效地增加了數據冗余度，提高了角度測量的精度。對應答處理而言，單脈沖技術(shù)的應用，大大提高了在混疊或交織情況下對應答碼的解碼能力，使單脈沖二次雷達與常規二次雷達相比實(shí)現了一次質(zhì)的飛躍。
國內自主研發(fā)航管二次雷達在近10年間才開(kāi)始，落后于國外20世紀80年代就發(fā)展起來(lái)的二次雷達系統?，F今國內主要民用機場(chǎng)使用的二次雷達大多使用的是國外設備。如美國Raytheon二次雷達，意大利Alenia二次雷達，日本東芝雷達。在中央大力提倡國內自主研發(fā)的政策下，國內的一些廠(chǎng)家也緊跟國外技術(shù)開(kāi)始研發(fā)屬于中國的二次雷達及其終端顯示系統。
民航航管系統的基本要求是安全、迅速和有秩序地將乘客和貨物從某一地點(diǎn)空運到另一指定地點(diǎn)?？罩薪煌ü苤凭褪菫檫_到此目的而建立的重要服務(wù)體系。為了滿(mǎn)足民航系統對雷達系統可靠性的要求，雷達的設計采用了雙通道熱備份設計，目的是在當前通道故障的
情況下，保證航跡輸出的連續性，雙通道之間的切換單元在監控計算機命令下迅速切換。

1 射頻切換系統組成
單脈沖二次雷達應答信號處理的基本流程如圖1所示。

在射頻切換系統中，切換控制板接收監控計算機發(fā)出的切換命令，當確認要求進(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，實(shí)現對三路射頻信號與兩個(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(yíng)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差分方式送給數據處理。根據二次雷達的技術(shù)指標，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。
在設計中，選擇了射頻開(kāi)關(guān)TN6K31，該開(kāi)關(guān)有足夠的頻寬和線(xiàn)性，確保信號不失真，插入損耗小于0．3 dB，通道隔離度大于70 dB，滿(mǎn)足雷達系統的指標。
射頻切換系統中切換控制單元的原理如圖2所示。