CN103364780B - 机载二次雷达询问应答一体化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二次雷达技术领域，本发明公开了一种机载二次雷达询问应答一体化设备，其具体包括询问应答主机、询问天线和应答天线，所述询问天线连接询问应答主机，所述应答天线连接询问应答主机；所述询问应答主机包括发射机模块、接收机模块和时隙控制器，所述发射机模块和接收机模块分别连接时隙控制器，通过时隙控制器进行时隙切换控制，发射机模块和接收机模块在不同的时间点工作于不同的工作模式，所述工作模式包括询问机模式和应答机模式。将询问机和应答机的主机进行整合，设计出一种询问应答一体化设备，可以同时实现已有机载询问和应答设备的所有功能，与同类设备相比，减小了设备重量、体积，提高了设备的可靠性。

Description

机载二次雷达询问应答一体化设备

技术领域

本发明涉及二次雷达技术领域，尤其涉及一种机载二次雷达询问应答一体化设备。

背景技术

在现代飞机的航电系统中，普遍使用基于二次雷达的机载询问设备和机载应答设备辅助实现地空和空空交通管理。目前公知的机载询问和应答设备都是各自独立的，当航电系统需要实现询问和应答两种功能时，通过电缆连接询问机和应答机，构成询问应答系统。其中，机载询问设备采用机械扫描天线实现对目标的扫描和跟踪。而应答系统采用全向天线实现信号的接收和发射。

基于已有的机载询问设备和机载应答设备的上述特点，其不可避免地具有如下几个缺点：询问设备采用机械扫描天线，不能同时对空域内多个目标进行扫描和跟踪；询问设备和应答设备构成询问应答系统时需要通过电缆进行较多的信号交互，导致整个系统复杂度较大，稳定性和可靠性降低。同时分立设备的体积和重量大，难以满足新一代航电系统集成化的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的询问设备和应答设备各自独立，体积和重量大，信号交互复杂的技术问题，提供一种机载二次雷达询问应答一体化设备。同时本发明的一体化设备和方法使得可以同时空域内的多个目标进行扫描和跟踪。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种机载二次雷达询问应答一体化设备，其具体包括询问应答主机、询问天线和应答天线，所述询问天线连接询问应答主机，所述应答天线连接询问应答主机；所述询问应答主机包括发射机模块、接收机模块和时隙控制器，所述发射机模块和接收机模块分别连接时隙控制器，通过时隙控制器进行时隙切换控制，发射机模块和接收机模块在不同的时间点工作于不同的工作模式，所述工作模式包括询问机模式和应答机模式。

更进一步地，上述机载二次雷达询问应答一体化设备还包括波束控制器，所述询问天线连接波束控制器，所述询问应答主机连接波束控制器，询问应答主机、波束控制器和询问天线组成相控阵天线。

更进一步地，上述询问应答主机包括发射机模块、接收机模块、电源模块、接口及编译码模块；所述发射机模块用于发射1090MHz的应答信号和1030MHz的询问信号，同时将来自天线的接收信号转发给接收机模块；所述接收机模块用于接收来应答天线的1030MHz信号以及和、差通道的1090MHz信号，经过接收机模块处理后，形成原始的视频信号，送往编译码模块处理；所述接口及编译码模块用于接口控制、编码、译码处理；所述电源模块用于将外部输入的电源转换成各个模块工作所需要的电源，所述电源模块分别连接发射机模块、接收机模块、接口及编译码模块，用于分别给上述模块供电。

更进一步地，采用一个芯片完成接口模块、编码模块和译码模块三个模块的功能。

更进一步地，上述询问应答主机还包括数据记录模块，所述数据记录模块连接发射机模块和应答机模块。

更进一步地，上述数据记录模块将触发信号，GPS时间信号和方位信号作为记录数据标签，原始视频信号作为采集数据的触发信号，采集来自接收机和发射机的数字信号。

更进一步地，上述询问天线为定向天线，由4个相同的天线振子组成。

更进一步地，上述应答天线分为上天线和下天线，所述应答天线为全向天线。

更进一步地，上述应答天线为刀形天线。

通过采用以上的技术方案，本发明具有以下的有益效果：采用简单的时隙切换技术，同一个发射机模块或者接收机模块都能能够工作在询问机或者应答机两种模式，使得在同一个询问应答一体化设备上同时实现已有的机载询问和应答设备的所有功能。将询问机和应答机进行集成，组成一体化设备，同时还具备相控阵技术体制的优势，可以实现对空域内多目标进行扫描和跟踪；与同类设备相比，减小了设备重量、体积，提高了设备的可靠性。该系统可以加装到战斗机和武装直升机等多种不同的飞机平台，具有广泛的市场前景。

附图说明

图1为机载二次雷达询问应答一体化设备整机结构图。

图2为询问应答主机内部结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示的机载二次雷达询问应答一体化设备整机结构图，其具体包括询问应答主机、波束控制器、四个询问天线和两个应答天线，应答天线分为上天线和下天线，所述四个询问天线分别连接波束控制器，所述上、下两个应答天线连接询问应答主机，所述波束控制器连接询问应答主机；所述询问应答主机包括发射机模块、接收机模块和时隙控制器，所述发射机模块和接收机模块分别连接时隙控制器，通过时隙控制器进行时隙切换控制，发射机模块和接收机模块分别用于实现询问机和应答机的功能。

其中时隙控制器可以是预定的算法，或者在固定的时间周期内进行时隙切换，也可以用FPGA等来进行控制，使得可以根据询问机和应答机的工作时间长度进行灵活设定发射机模块和接受机模块工作在询问机状态下还是应答机状态下。

本发明中的询问应答主机能够同时实现询问机和应答机两种不同的功能，询问应答主机中设置发射机模块和接收机模块。当时隙切换到询问机工作时，发射机模快和应答机模块在询问机的状态下工作，此时，询问应答主机相当于现有技术中询问机的主机。当时隙切换到应答机工作时，发射机模块和应答机模块在应答机的状态下工作，此时，询问应答主机相当于现有技术中应答机的主机。根据在现有技术中的询问机和应答机中都需要发射机模块和接收机模块这两种模块，采用简单的时隙切换技术，同一个发射机模块能够工作在询问机和应答机两种模式。使得同时实现已有的机载询问和应答设备的所有功能。

与此同时设置波束控制器，通过波束控制器控制四个询问天线，组成相控阵天线。相控阵天线是指控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状，例如获得余割平方形方向图和对方向图进行自适应控制等。现有采用机械方法旋转天线，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这一缺点，波束的扫描速度高。它的馈电相位采用波束控制进行控制，相位变化速度快（毫秒量级），即天线方向图最大值指向或其他参数的变化迅速。

本发明将询问机和应答机进行集成，组成一体化设备，同时还具备相控阵技术体制的优势，可以实现对空域内多目标进行扫描和跟踪；与同类设备相比，减小了设备重量、体积，提高了设备的可靠性。该系统可以加装到战斗机和武装直升机等多种不同的飞机平台，具有广泛的市场前景。

如图2所示的询问应答主机内部结构图。询问应答主机中包括发射机模块、接收机模块、电源模块、接口及编译码模块和数据记录模块。其中发射机模块用于发射1090MHz的应答信号和1030MHz的询问信号，同时将来自天线的接收信号转发给接收机模块。发射机模块接收编码译码模块的编码门和编码脉冲信号，将这些基带信号调制到规定的频率上，经过功率放大后最终通过天线发射到空间中。其既能发射1090MHz的应答信号，也能发射1030MHz的询问信号，同时还能将来自天线的接收信号转发给接收机模块。其处理能力融合了现有技术中的询问机和应答机。与现有技术一样，都需要采用两个发射机模块，两个发射机模块采用相同的电路结构，其中一个发射机模块发射的是和路1030MHz询问信号（询问机工作状态下）和上天线1090MHz的应答信号（应答机工作状态下），另一个发射机模块发射的是差路1030MHz询问信号（询问机工作状态下）和下天线1090MHz的应答信号（应答机工作状态下）。每个发射机模块一般会包含一个功率源、一个功放模块和通道控制板，模块中包含两个不同频率的通道。通过通道时隙切换控制，共享硬件资源，使发射机单元模块化、小型化。

所述接收机模块用于接收来上、下天线的1030MHz信号以及和、差通道的1090MHz信号，经过接收机模块处理后，形成原始的视频信号，送往编译码模块处理。接收机模块包含一个4路本振源和4个信号通路及一个信号控制处理单元板。同发射机一样，接收机亦通过通道时隙切换控制，共享硬件资源，以降低硬件电路的数量。本振源提供4路混频所需的本振信号。

接收机模块在接收到来自某通道的信号后，首先经过限幅器，保护接收机不被外来大功率信号烧毁；再经过低噪声放大器使接收机收到具有低噪声系数的有用大信号，提高灵敏度接收条件；经过混频器生成后续数字处理所需的中频信号；再依次经过镜频滤波器抑制镜频频率及带外无用信号干扰和对数放大器放大，最后AD转换为数字单元处理所需要的中频信号。四个通道使用不同的收发频率，但本振为固定值，故中频频率根据收发频率变化而变化。

发射机和接收机在工作在某一个固定状态下时，其工作方式与现有技术一致，比如工作在询问机状态下时候，发射机和接收机构成的主机相当于现有技术中的询问机的主机，工作在应答机状态下时候，发射机和接收机构成的主机相当于现有技术中的应答机的主机。在本发明中，其内部的工作原理和方式在此不再详细赘述。

所述电源模块用于将外部输入的电源转换成各个模块工作所需要的电源，所述电源模块分别连接发射机模块、接收机模块、接口及编译码模块和数据记录模块，用于分别给上述模块供电。比如直流＋28V经过保护电路，最后由多路DC/DC转换电路变成DC±5V，DC±12V，DC28V，DC+50V电压输出，分别给各个模块进行供电。为满足电磁兼容要求，减少纹波电压，达到使用要求，在各组DC/DC变换器的输入端、输出端均加入了电容、电感滤波电路。

所述接口及编译码模块包括接口模块、编码模块和译码模块。比如可以采用同一个芯片完成原来三个模块的功能，其芯片可以在市面上购置。本发明中将原单独询问机或单独应答机的接口模块、编码模块和译码模块合三为一，进一步减少了设备的体积。

接口部分主要功能是，硬件上尽可能适应来自外部的询问机和应答机需要的不同接口信号。接口处理能适应的不同接口和用途如下：控制盒RS422信号（询问机、应答机）；高度ARINC429信号（应答机）；高度RS422信号（应答机）；抑制单路双向28V信号（询问机、应答机）；抑制双路单向28V信号（询问机、应答机）；抑制双路单向TTL信号（询问机、应答机）；抑制双路单向RS422信号（询问机、应答机）；GPSARINC429信号（询问机、应答机）；GPSRS422信号（询问机、应答机）；GPSRS232信号（询问机、应答机）；雷达ARINC429信号（询问机）；雷达RS422信号（询问机）；雷达RS232信号（询问机）；销密信号（询问机、应答机）；空、地信号等（询问机、应答机）。编译码部分的主要功能是，根据外部和自身的各种控制信号，在FPGA内产生M1、M2、M3/A、MC和S模式的询问编码或应答编码信号，对来自接收机的数字信号（中频数字化后的信号）根据M1、M2、M3/A、MC和S模式的不同格式译码，并将目标信息送出给DSP进行点迹和航迹处理，最后将处理后的数据送出。单独的模块在现有技术中都能实现，在此不再赘述其原理。

数据记录模块是本发明的主要发明点，在主机中设置数据记录模块用于记录飞机发送和接收的信号。比如将触发信号，GPS时间信号和方位信号作为记录数据标签，原始视频信号作为采集数据的触发信号采集来自接收机的数字信号（中频数字化后的信号）和其他关键数字信号。当飞机落地后，我们可以用专用的数据回放软件将数据回放，并可以根据不同的触发信息，GPS时间信息和方位信息这些数据标签，将数据进行分类和分段查看。数据记录模块还可以将所记录的数据还原输出，在地面将还原的接收机数字信号（中频数字化后的信号）和其他关键数字信号输出给其他信号处理板，使其在地面真实还原飞机在天上的状态，在地面进行数据分析，状态调整和故障诊断。

同样采用相控阵天线也是本发明的主要发明点。将询问应答主机连接波束控制器，波束控制器连接四个询问天线，组成相控阵天线。波束控制器的主要功能是，接收来自主机编码接口模块的波束形成控制信号和来自发射机模块的射频发射信号，根据所收到的信息控制各个通道的幅度和相位形成相应波束。波束控制器有独立的电源模块，由飞机+28V供电。波束控制器有4个RF通道和4个天线振子连接，2个RF通道和主机的和差通道连接，1个低频插座和主机编码接口模块连接。波束控制器接收主机的控制信息，形成指定方向的询问波束，通过主机不断地改变控制信息来完成波束扫描的功能。波束控制器具有自检功能，并将自检结果上报给主机。波束控制器根据系统的不同威力范围分为有源波束控制器和无源波束控制器。

询问天线为定向天线，由4个相同的天线振子组成，通过振子馈电幅度和相位的不同合成询问波束，可以形成不同的天线方向图，从而实现不同方向信号的接收与发射。

应答天线分为上天线和下天线，为全向天线，用于接收询问机的询问信号和发射相应的应答信号，可采用刀形天线来实现。

上述的实施例中所给出的系数和参数，是提供给本领域的技术人员来实现或使用本发明的，本发明并不限定仅取前述公开的数值，在不脱离本发明的发明思想的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例做出种种修改或调整，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (7)

1.一种机载二次雷达询问应答一体化设备，其特征在于具体包括询问应答主机、询问天线和应答天线，所述询问天线连接询问应答主机，所述应答天线连接询问应答主机；所述询问应答主机包括发射机模块、接收机模块和时隙控制器，所述发射机模块和接收机模块分别连接时隙控制器，通过时隙控制器进行时隙切换控制，发射机模块和接收机模块在不同的时间点工作于不同的工作模式，所述工作模式包括询问机模式和应答机模式；所述询问应答主机还包括数据记录模块，所述数据记录模块连接发射机模块和应答机模块；所述数据记录模块将触发信号，GPS时间信号和方位信号作为记录数据标签，原始视频信号作为采集数据的触发信号，采集来自接收机和发射机的数字信号。

2.如权利要求1所述的机载二次雷达询问应答一体化设备，其特征在于所述机载二次雷达询问应答一体化设备还包括波束控制器，所述询问天线连接波束控制器，所述询问应答主机连接波束控制器，询问应答主机、波束控制器和询问天线组成相控阵天线。

3.如权利要求2所述的机载二次雷达询问应答一体化设备，其特征在于所述询问应答主机包括发射机模块、接收机模块、电源模块、接口及编译码模块；所述发射机模块用于发射1090MHz的应答信号和1030MHz的询问信号，同时将来自天线的接收信号转发给接收机模块；所述接收机模块用于接收来应答天线的1030MHz信号以及和、差通道的1090MHz信号，经过接收机模块处理后，形成原始的视频信号，送往编译码模块处理；所述接口及编译码模块用于接口控制、编码、译码处理；所述电源模块用于将外部输入的电源转换成各个模块工作所需要的电源，所述电源模块分别连接发射机模块、接收机模块、接口及编译码模块，用于分别给上述模块供电。

4.如权利要求3所述的机载二次雷达询问应答一体化设备，其特征在于采用一个芯片完成接口模块、编码模块和译码模块三个模块的功能。

5.如权利要求4所述的机载二次雷达询问应答一体化设备，其特征在于所述询问天线为定向天线，由4个相同的天线振子组成。

6.如权利要求5所述的机载二次雷达询问应答一体化设备，其特征在于所述应答天线分为上天线和下天线，所述应答天线为全向天线。

7.如权利要求6所述的机载二次雷达询问应答一体化设备，其特征在于所述应答天线为刀形天线。