一種基于FPGA的雷達波束控制系統設計
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波束控制系統的基本功能是給天線(xiàn)陣列中各個(gè)移相器提供所需要的控制信號。除此基本功能外，現代雷達還要求波束控制系統高速高效、低成本、小型化，并具有波束控制分系統的自檢；根據工作頻率，進(jìn)行初相位在線(xiàn)補償；天線(xiàn)相位碼隨機饋相等功能。同時(shí)，在設計生產(chǎn)過(guò)程中，為了配合其他系統的檢測，還需要在雷達的不同工作模式下完善調試功能。另外，在雷達的長(cháng)期使用過(guò)程中，要求單個(gè)組件維修時(shí)，波束控制組件驅動(dòng)板能在脫機狀態(tài)下正常工作。
這里展開(kāi)介紹一種有源相控陣雷達波束控制系統的硬件平臺及軟件設計。
l 系統原理
為降低電路成本和增加系統可靠性，該系統采用設備量少、維修方便、可靠性高的集中式運算、分布式驅動(dòng)體系。也就是，波束控制算法用一塊電路板(稱(chēng)之為運算板)實(shí)現。
對工作方式，運算板接收來(lái)自雷達控制臺的控制指令(包括主天線(xiàn)的方位和俯仰增量代碼、工作頻率、工作模式代碼等)，進(jìn)行波束控相位碼的計算、傳輸、分配與格式重排。運算板把處理后的串行波束控制碼通過(guò)驅動(dòng)器發(fā)往陣面的波束控制組件驅動(dòng)板。在波束控制組件驅動(dòng)板內再進(jìn)行譯碼、驅動(dòng)，然后送給組件單元作為控制碼，從而實(shí)現波束控制系統的功能。波束控制系統的組成如圖1所示。
2 系統硬件平臺
該相控陣雷達系統要求波束控制系統準確可靠地控制512個(gè)天線(xiàn)單元，波束轉換時(shí)間不大于1 ms。在此分析運算板需要哪些關(guān)鍵器件。運算板要在500μs內完成從雷達控制臺接收指令、波束控制算法及運算結果傳輸的功能，必須選用FPGA器件。參與運算的補償數據是運算的主要對象之一，要能夠實(shí)時(shí)參與波束控制算法的運算過(guò)程，也可以被雷達控制臺在線(xiàn)更新，這就需要運算板具有存儲器。系統采用自定義總線(xiàn)接收雷達控制指令和上報陣面返回的信息。
關(guān)于驅動(dòng)板的硬件設計，不僅要實(shí)現驅動(dòng)、譯碼、系統自檢等功能，還要考慮組件在單獨調試時(shí)驅動(dòng)板的控制功能是否可以方便實(shí)現。由于設備數量較大，在滿(mǎn)足功能的基礎上，要盡可能降低設備成本。基于這些需求，選用一片單片機和一片EPLD。圖1中虛線(xiàn)左側部分所示運算板硬件組成。其中，雷達控制臺發(fā)送的是波束控制指令、接收的是陣面自檢和檢測信息；傳輸模塊產(chǎn)生和發(fā)送串行波束控制碼、傳送所需要的時(shí)鐘、定時(shí)信號。
圖l中虛線(xiàn)右側部分所示組件驅動(dòng)板的硬件組成。其中接口電路接收波束控制運算板發(fā)來(lái)的串行波束控制碼；組件單元接收的是TTL電平的控制碼(包括發(fā)射移相碼、接收移相碼、衰減碼、T／R開(kāi)關(guān)控制碼)。EPLD完成譯碼和控制分發(fā)代碼，SCU完成聯(lián)機自檢和脫機控制調試的功能?？刂坪驼{試方式比其他提供的系統設計方法，更加多樣化和靈活。
3 軟件設計
3．1 運算板FPGA程序設計
波控運算板基本用途就是為滿(mǎn)足陣面天線(xiàn)單元控制的需要。在此，整個(gè)天線(xiàn)陣面等分成四個(gè)子陣面。每個(gè)子陣面包括a×b個(gè)天線(xiàn)單元，如圖2所示。
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