雷达发射机监控系统的设计

许保卫 1 马征 2 王磊 3

摘要：本文分析了一种基于可编程控制器的雷达发射机智能监控系统及其软硬件设计提供。

关键词：发射机；可编程控制界

正常的雷达发射机在高电压、大电流下工作，可能造成严重的电磁干扰。从干扰源耦合到敏感器件的干扰信号有两种:传导和辐射藕合。传导藕合通常是公共电源、公共地和导线间之间的近场感应。辐射藕合主要由空间电磁场产生。无论发射机如何藕合，严重干扰信号都可能影响监控系统的正常运行，这在过去有着丰富的经验和很大的教训。电磁兼容性发射机的严格设计是一个极好的解决方案，但这是一个需要更好的监控系统的外部原因。随着抗干扰性能的提高，发射机技术对雷达功能进行了快速、准确开关控制，在发生故障时提供了快速的连锁保护，提供了实时状态监控，提供了完整的BITE和灵活的通信功能，从而增加了对监控系统的需求。因此，智能监控系统必须提高抗干扰能力和可扩展性。

一、雷达发射机

产生大功率射频信号的装置。由此产生的射频能量通过馈线系统输送到天线，并由天线形成的波束辐射到空中。通常情况下，其特点是压力高、功率大、体积大、重量大、成本高。根据调制发射机的方法，可以分为连续波和脉冲调制发射机。根据发射器(减振)中使用的功率放大器，可分为真空管和全固态。根据发射机的配置，可以将它们分为集总式和分布式。根据发射信号的产生方式而定，可分为自激振荡式和主振放大式。自激振荡式雷。它由大功率射频、脉冲控制器、电源、控制和冷却保护装置组成。射频振荡器通常产生大功率射频振荡，并将微波三/四极管或磁控管作为振动的来源。脉冲控制器在雷达同步脉冲信号控制下产生雷达发射机所需的高压视频脉冲，控制射频振荡器产生射频输出功率。发射机结构简单、体积小、成本低，但发射信号频率稳定性差，发射信号与接收机局部振荡信号之间没有相位关系，雷达系统性能有限。主振放大式雷达发射机。它可以在脉冲或连续波模式下工作。真空管发射机一般集总式，主要由功率放大器、脉冲控制器、电源、控制保护和冷却装置组成。产生雷达发射机所需的高压视频脉冲，并添加到发射机射频放大管中以提高发射性能。发射机主要由大功率放大器、分配/合成器、电源、控制保护和冷却装置组成。功率放大器的核心是硅双极晶、金属氧化场、砷化镓场、雪崩二极管等。多个固态功率组合成一个雷达发射机。发射信号由雷达频率源产生，与雷达接收机局部振荡信号有一定的相位关系。发射机多级放大器将低功率射频信号放大为高功率雷达发射信号。振荡放大雷达发射机可以产生高峰值功率、平均功率大、高频率稳定和低相位噪声的发射信号，可以采用复杂波、频率调制和脉冲等形式。这些发射机广泛用于现代高性能雷达系统。但是结构复杂，体积和重量大，成本高。

二、监控系统的硬件组成

基于可编程控制器(PC)的发射机智能监控系统必须克服单片机监控系统和EPLD监控模块设备数量大、稳定性差、抗干扰能力差等缺点。实现BITE检测功能和与上位机的灵活串行通信，实现发射机的自动运行。根据要求，智能监控系统具有以下功能:外部触发信号按时间顺序调整，满足驱动要求，完成发射机的所有控制操作和运行状态指令，对各种故障信号和信号进行放大比较。实施常规保护和快速保护，完成雷达发射机和主机之间的通信，实现远程切换操作、状态指示和工作参数的实时监控。因此，系统由PC机、接口板、控制面板和指示面板组成。在设计技术方面，对系统中的所有点I/o进行分类，控制信号输入在高电平(+15V)下有效，故障输入在低电平(OV)下有效，控制操作和状态指示是继电器输出。故障输入在较低的级别工作，即计算机提供较低的电流来检测故障传输电路。出现故障时，输出电平较高，电路电流为零。此设计的优点是它会自动检测所有故障的传输线路。如果电路中出现切断或焊接故障，应视为故障，并提供准确的报警信息。

1.可编程控制器。如SYSMAC系列200 HE可编程控制器(PC)使用积木式结构和安装方法，根据系统大小选择不同类型的CPU。每个本地基本指令的处理时间为0.3 ，最多可传输两个I/o扩展层，最多可传输500多个I/o点。可以安装标准I/o模块，例如光学耦合输入单元、晶体管输入单元、中断输入单元、继电器输出单元、晶体管输出单元和单元您还可以安装特殊的I/o设备，例如模拟输入/输出设备和温度控制设备。CPU可以通过端口ES-232、RS-422或RS-485在本地计算机和主机之间进行通信，并在多台计算机之间建立网络。关于抗干扰性，单个计算机中不同I/o单元的瞬时电阻率为1 ，1kv能够在软件中实现必要的冗错设计。本文描述的PC单元变为:5插槽安装基板可配置5个I/o模块，单元为c200he-cpu42-e模块，16点光学耦合输入单元为c200h-id212模块，16点输出单元为c200h-oc224模块，16点输出单元为c200h-oc225模块，以及所执行的功能包括通过单元RS-232、RS-422或RS-485端口与雷达主机进行串行通信，可处理32个输入信号，生成24个输出控制信号，同时处理模拟输入信号。要添加更多功能，只需更换底板并相应地添加I/o模块。图1是可编程控制器功能图。

图1可编程控制落的功能框图

2.接口板。PC的运行处理两个时间问题:I/o响应时间和程序扫描周期。I/o响应时间是从计算机接收到输入信号后发出命令信号所需的时间。扫描周期是指程序运行一周时间，执行同一指令之间的时间间隔。由于这两个问题，PC无法及时处理外部触发信号和一些需要精确调整的脉冲模式输入信号。外部触发信号通常需要微秒量级才能使发射器与雷达主机同步。触发信号必须具有足够的脉冲宽度，以比较一些脉冲模式输入信号，并在故障后相对较快地保护发射机。也就是说，这些功能必须在接口板中执行，接口板中上的大多数电路都是分离的，而且干扰强度较低。为此，在工程设计中，接口板与其它发射器设备之间的电信号应尽可能通过光藕隔离即接口板触发，控制信号通过接收光藕隔离，传送到接口板的故障信号通过接口板隔离，从而消除了由于共用电源和地线造成的控制面板之间的传导干扰。

2.操控板和指令。控制面板指示的主要功能是安装发射器的现场控制所需的设备，以及指定发射机中所有设备操作参数的仪表。有针对性的设计和美观的外形为用户提供了良好的个人界面。

三、软件设计

1.本软件旨在取代许多硬件功能，简化系统电路，提高系统本身的可靠性。例如，发射机开关的延时功能可以将硬件中复杂的延时电路替换为软件指令，实现时间时钟的精度。

2.在现有硬件条件下，必须对软件进行修改，以优化系统功能并解决硬件设计错误。此功能还便于监控系统设备的模块化构建。

3.软件中的冗错设计提高了系统的抗干扰能力。发射机运行时，可能会瞬时干扰。在软件开发过程中，可以分析传入信号、有效区分干扰信号或使用积分命令直接进行积分。

4.编程器程序可现场监测计划程序的运行情况，并进行在线编辑，以简化设备维护。

本文所述智能监测系统已成功应用于多种民用雷达发射机，并迅速应用于军用雷达设备。我们还测试了其他领域，例如大功率电源开关、电源模块、脉冲控制器等在电磁干扰环境中的应用表明，具有可编程控制器的智能监控系统具有广泛的应用要求。

参考文献：

［1］张禄.自动测试系统.电子科技出版社，2020

［2］杨龄.发射机智能化监控系统的设计.2020