CN107219509B - 一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法，通过增加少量器件，利用雷达系统的最小探测距离时隙，完成了对接收机支路的噪声系数在线检测判断以及对发射通道的射频通道总功率、驱动模块功率、射频激励输入功率的在线状态检测和故障上报，提高了雷达系统的测试性和维修性，缩短了雷达系统出现故障时的故障定位。

Description

一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法

技术领域

本发明属于机场监视一次雷达技术领域，具体是雷达系统的发射通道在线检测实现方法。

背景技术

机场监视一次雷达作为雷达系统应用的一个重要领域，对于监控机场附近各种飞机的活动情况以及引导众多飞机的起降和航行具有至关重要的作用。机场监视一次雷达的应用领域决定了其需要连续不间断的工作，这就对雷达系统的各个组成部分提出了严苛的要求。传统的设计方案是在该雷达的关键分系统采用冗余设计，但在此基础上，如果没有充分利用已有分系统的硬件资源完成对系统的在线故障检测及应对机制，会对已有硬件资源的使用造成浪费，并会对雷达系统的后续可靠工作埋下隐患，降低雷达系统发生故障后的维修效率，浪费维修时间。因此，在现有硬件资源的基础上，应用完整可靠的在线故障检测及处理机制就具有十分重要的意义。

作为机场监视一次雷达主要分系统之一的发射机分系统，其主要功能是对频率综合器输入的低功率相参射频激励信号进行脉冲调制及功率放大，以产生天线辐射所需的大功率射频信号。发射机分系统的可靠工作对雷达系统的可靠稳定工作起决定作用。因此，对与发射机分系统相关联的各部件或节点的工作状态进行监视与检测就显得格外重要和非常有必要。

对于已经采用固态放大模块进行功率合成输出的集中式发射机来说，实际上已经实现了放大模块的冗余工作功能，也即其中的一个射频放大模块或数个射频放大模块出现故障而不能正常工作时，仅仅会对雷达系统的探测威力产生影响，而不会使雷达系统失效而无法正常工作。但要使得射频放大模块完成正常的射频放大功能，需要输入至射频放大模块的输入功率满足模块的要求。在雷达系统的设计中，为保证放大模块的输入功率稳定可靠，通常采用双驱动模块结构完成放大模块的输入功率要求。这时就需要对驱动模块输出的功率进行检测判断，以确定在线工作的驱动模块工作是否正常。另外，由于驱动模块是对频率综合器输入的射频激励信号进行放大，因此也需要对频率综合器的输出即驱动模块的输入射频激励信号进行检测，以完成对故障的判断及分离，为后续的维修更换部件节省时间。最后，还需要对放大模块合成后的发射机输出功率进行耦合检测，以判断合成支路是否存在问题，完成对雷达系统提供的发射功率的指标值进行监测。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法。

技术方案

一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法，其特征在于在接收通道中增加单刀四掷开关、隔离器、光纤延迟组件和可调衰减器，在雷达系统的CPI的第1个PRI进行噪声系数检测，在CPI的第2个PRI进行射频激励输入功率的检测，在CPI的第3个PRI进行驱动模块功率的检测，在CPI的第4个PRI进行射频通道总功率的检测，在CPI的第5至第8个PRI不进行检测；

所述的噪声系数检测：信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号为“00”，开关与匹配负载接通，即3路待检测信号均未接入在线检测通道；信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号和控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号均为“1”，使噪声源工作产生所需的噪声测试信号，使射频开关切换至噪声源通道并将回波信号断开，此时该噪声信号通过射频开关接入接收机通道；该信号经过定向耦合器、STC、带通滤波、低噪放、放大滤波后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机按照经典的Y系数法计算得到接收机的噪声系数，并将预置的噪声系数值与测试得到的噪声系数值进行比较，以判断接收机通道工作的正常与否：若检测到接收机通道的噪声系数正常，在检测结束后会进行正常的目标回波处理，否则，由信号处理机将这一故障上报至雷达的监视与控制系统，并停止后续的单刀四掷开关和射频开关切换动作，并将噪声源电源断开，使噪声源处于关机状态；

所述的射频激励输入功率的检测：信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号为“0”，使噪声源电源断开并使其处于关机状态；信号处理机输出控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号为“1”，也使射频开关处于接通噪声源通道的位置，但此时由于噪声源处于关机状态，该通道无噪声输入信号；另一方面，信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“01”，使开关与射频激励输入端接通；该激励信号然后通过检测通路的隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器馈入接收通道的定向耦合器，之后在接收通道内的处理过程与噪声源处理的过程相同；该检测信号然后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机对输入的功率进行计算，将计算结果与预置数值进行比较，以判断所检测的射频激励输入功率信号是否正常：如果正常，进行正常的目标回波处理过程并在下一个PRI进行驱动模块功率的检测，否则，将故障上报至监视与控制系统，由监视与控制系统完成射频激励模块的切换；

所述的驱动模块功率的检测：信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号为“0”，使噪声源电源断开并使其处于关机状态；信号处理机输出控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号为“1”，也使射频开关处于接通噪声源通道的位置，但此时由于噪声源处于关机状态，该通道无噪声输入信号；另一方面，信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“10”，使开关与驱动模块输入端接通；该驱动模块功率信号然后通过检测通路的隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器馈入接收通道的定向耦合器，之后在接收通道内的处理过程与噪声源处理的过程相同；该检测的驱动模块功率信号然后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机对输入的功率进行计算，将计算结果与预置数值进行比较，以判断所检测的驱动模块功率信号是否正常：如果正常，进行正常的目标回波处理过程并在下一个PRI进行射频通道总功率的检测，否则，将故障上报至监视与控制系统，由监视与控制系统完成驱动模块的切换；

所述的射频通道总功率的检测：信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号为“0”，使噪声源电源断开并使其处于关机状态；信号处理机输出控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号为“1”，也使射频开关处于接通噪声源通道的位置，但此时由于噪声源处于关机状态，该通道无噪声输入信号；另一方面，信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“11”，使开关与射频通道总功率输入端接通；该射频通道总功率信号然后通过检测通路的隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器馈入接收通道的定向耦合器，之后在接收通道内的处理过程与噪声源处理的过程相同；该检测的射频通道总功率信号然后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机对输入的功率进行计算，将计算结果上报至终端显控单元。

所述的单刀四掷开关的隔离度大于等于60dB。

所述的光纤延迟组件的延迟时间为6μs。

所述的可调衰减器的调整范围为1-30dB。

有益效果

本发明提出的一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法，通过增加少量器件，利用雷达系统的最小探测距离时隙，完成了对接收机支路的噪声系数在线检测判断以及对发射通道的射频通道总功率、驱动模块功率、射频激励输入功率的在线状态检测和故障上报，提高了雷达系统的测试性和维修性，缩短了雷达系统出现故障时的故障定位，为后续的检测维修节省了时间资源，为机场监视一次雷达的可靠稳定工作提供技术保障。

附图说明

图1雷达系统发射通道在线状态检测方法连接示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

针对机场监视一次雷达连续不间断工作的应用要求，本发明在传统的接收机设计基础上，利用接收机已有的接收通道分时处理目标回波信号和发射通道中的功率监测信号，提出了一种适用于集中式发射机雷达系统的发射通道在线状态检测方法，以实现雷达系统出现故障时的冗余切换，快速准确地故障判断、定位、维修更换。本发明实现的对发射通道中与发射机分系统相关联的射频通道总功率监测、驱动模块功率监测、射频激励功率监测功能的在线状态检测方法连接示意图如图1所示。通过在接收通道中增加单刀四掷开关、隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器等部件，并在信号处理机中增加对这一需要检测信号的处理以及对单刀四掷开关、噪声源电源开关、射频开关的控制和终端的状态检测结果显示，实现了雷达系统发射通道的在线状态检测。点划线内为原接收机的主要部件，虚线框内是实现本发明增加的主要部件。

为实现本发明的发射通道在线状态检测功能，在接收通道中增加的单刀四掷开关主要功能是实现对不同检测信号(即射频通道总功率、驱动模块功率、射频激励输入功率)的开关切换，其切换动作由信号处理机通过输出LVTTL电平进行控制。在实际应用中，虽然在信号处理进行目标回波处理的时隙中单刀四掷开关是连接在负载端的，但由于可能会因开关的隔离度不够，导致干扰信号由开关经隔离器和延迟组件进入正常的接收机目标回处理通道而影响对目标的正常检测，要求单刀四掷开关的隔离度达到60dB以上。光纤延迟组件的延迟时间为6μs，其主要功能是对待检测的输入射频信号进行时间延迟，使其与发射有关的检测信号与实际信号在时间上分隔开，以完成发射通道的检测处理。单刀四掷开关与光纤延迟组件之间的隔离器是为了确保二者之间具有较好匹配而设计的。为了满足输出信号幅度要求，在检测通道中设计有可调衰减器，其调整范围为1-30dB，以完成原接收通道对于检测功率的要求。定向耦合器的主要功能是将检测通道的射频信号耦合至接收通道进行处理。

为了保证对于由接收机通道检测获得的发射通道检测结果的可信性，需要对接收机通道工作的正常与否进行确认，因此本发明在接收机通道设计有在线噪声系数检测功能。如图1所示，在接收系统最前端设计有单刀双掷射频开关，该射频开关的状态由信号处理机输出的LVTTL电平进行控制。系统进行在线噪声系数检测时，开关接通至噪声源，此时处于接收机通道检测状态，将噪声源提供的噪声信号送给接收通道，在接收通道末端将信号送给信号处理机的AD采样板，在信号处理进行计算处理后，作为接收机通道工作状态是否可信的依据。系统不做在线噪声系数检测时，由信号处理机控制单刀双掷射频开关接通至天馈线通道，接收雷达的回波信号并经接收机通道处理后输出至信号处理机进行处理。同时，由信号处理机进行控制，将噪声源电源断开，使噪声源关机。

在具体使用时，发射通道在线状态检测方法可以通过在雷达的终端界面选择三种需要检测的任一节点的功率状态检测，或在雷达的终端界面选择自动模式实现三种状态节点的轮流交替检测。在这两种状态下，终端界面是通过对信号处理机的控制并且信号处理机输出LVTTL电平实现上述对单刀四掷开关控制的。当然，在终端界面对信号处理机控制实现开关切换的同时，在信号处理机中设置有对应的处理源判断，以确定当前检测的信号来源，从而完成与发射通道有关的各部件工作状态的监视与检测。

在检测通道正常工作时，由信号处理机控制的单刀四掷开关选择需要检测的射频信号，经单刀四掷开关后，该射频信号经过隔离器和光纤延迟组件进行延迟后输入至可调衰减器。在可调衰减器经过适当的功率衰减后，将符合功率要求的待检测射频信号经定向耦合器输入至原有的接收机通道中，再经过正常经接收通道的低噪放和放大滤波等处理将待测试信号输入至信号处理机，信号处理机通过与预设参数进行比较判断，并将检测结果输出到终端界面。最终由终端界面完成发射通道检测信号的正常与否状态显示。同时，在终端界面也可显示检测得到的功率值。在配备有远程监测与遥控终端的系统中，可以通过获取这一关键的参数对机场监视一次雷达的整个发射通过工作进行监视与判断。

根据雷达系统的实际使用情况，雷达系统的最小作用距离为1km，即雷达系统在1km内并不对出现的目标进行检测，该距离对应的时间为6.66μs。本发明正是利用该时间完成对接收机支路的噪声系数检测判断以及对发射通道有关节点功率的在线状态检测和故障上报。本发明的具体实施方法如下。

由于本发明所应用的雷达系统的相参处理间隔(通常简称为CPI)为8个脉冲重复周期(通常简称PRI)，本发明在实现时，在CPI的第1个PRI进行噪声系数检测，在CPI的第2个PRI进行射频激励输入功率的检测，在CPI的第3个PRI进行驱动模块功率的检测，在CPI的第4个PRI进行射频通道总功率的检测，在CPI的第5至第8个PRI不进行检测。下一个CPI进行相同的检测流程。

CPI的第1个PRI进行噪声系数检测的控制及开关切换流程如下。信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号为“00”，开关与匹配负载接通，即3路待检测信号均未接入在线检测通道。信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号和控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号均为“1”(这两个信号在6.66μs后均由信号处理机置为“0”状态，以将噪声源的电源断开使噪声源关机，并将射频开关切换至天馈线系统的回波端，进行雷达系统的正常目标探测处理过程)，使噪声源工作产生所需的噪声测试信号，使射频开关切换至噪声源通道并将回波信号断开，此时该噪声信号通过射频开关接入接收机通道。该信号经过定向耦合器、STC、带通滤波、低噪放、放大滤波等处理后输出至信号处理机的AD采样板。在完成采样后由信号处理机按照经典的Y系数法计算得到接收机的噪声系数，并将预置的噪声系数值与测试得到的噪声系数值进行比较，以判断接收机通道工作的正常与否。若检测到接收机通道的噪声系数正常，在检测结束后会进行正常的目标回波处理，否则，由信号处理机将这一故障上报至雷达的监视与控制系统，并停止后续的单刀四掷开关和射频开关切换动作，并将噪声源电源断开，使噪声源处于关机状态。

在信号处理机检测到接收机通道的噪声系数正常后，在CPI的第2个PRI进行射频激励输入功率检测的控制及开关切换流程如下。信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号为“0”，使噪声源电源断开并使其处于关机状态。信号处理机输出控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号为“1”，也使射频开关处于接通噪声源通道的位置，但此时由于噪声源处于关机状态，该通道无噪声输入信号。另一方面，信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“01”，使开关与射频激励输入端接通。该激励信号然后通过检测通路的隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器馈入接收通道的定向耦合器，之后在接收通道内的处理过程与噪声源处理的过程相同(在6.66μs后，信号处理机对噪声源和射频开关的控制信号均置为“0”，对单刀四掷开关的控制信号置为“00”，使得噪声源关机，射频开关切换至馈线系统的回波端，单刀四掷开关接通至负载端以减少对雷达探测目标的影响，可以进行雷达系统的正常目标探测处理过程)。该检测信号然后输出至信号处理机的AD采样板。在完成采样后由信号处理机按照预定的处理对输入的功率进行计算，将计算结果与预置数值进行比较，以判断所检测的射频激励输入功率信号是否正常。如果正常，进行正常的目标回波处理过程并在下一个PRI进行驱动模块功率的检测，否则，将故障上报至监视与控制系统，由监视与控制系统完成射频激励模块的切换。

对于在CPI的第3个PRI进行的驱动模块功率的在线状态检测而言，与上述的对于射频激励功率的在线检测类似，只是需要将信号处理机对单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“10”即可。最后在信号处理机按照预定的处理对输入的功率进行计算后，将计算结果与预置数值进行比较，以判断所检测的驱动模块功率信号是否正常。如果正常，进行正常的目标回波处理过程并在下一个PRI进行射频通道总功率的检测，否则，将故障上报至监视与控制系统，由监视与控制系统完成驱动模块的切换。

对于在CPI的第4个PRI进行的射频通道总功率的在线状态检测而言，与上述的对于射频激励功率的在线检测类似，只是需要将信号处理机对单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“11”即可。最后在信号处理机按照预定的处理对输入的功率进行计算后，将计算结果上报至终端显控单元。通常，对于采用放大模块进行功率合成的发射机系统来说，在射频激励信号功率和驱动模块功率均正常的情况下，放大模块一般情况下不会同时出现故障。所以，对于由放大模块合成而形成的射频通道总功率仅会由于个别模块出现故障而导致功率下降的情况出现。

Claims (4)

1.一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法，其特征在于在接收通道中增加单刀四掷开关、隔离器、光纤延迟组件和可调衰减器，在雷达系统的CPI的第1个PRI进行噪声系数检测，在CPI的第2个PRI进行射频激励输入功率的检测，在CPI的第3个PRI进行驱动模块功率的检测，在CPI的第4个PRI进行射频通道总功率的检测，在CPI的第5至第8个PRI不进行检测；

所述的噪声系数检测：信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号为“00”，开关与匹配负载接通，即3路待检测信号均未接入在线检测通道；信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号和控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号均为“1”，使噪声源工作产生所需的噪声测试信号，使射频开关切换至噪声源通道并将回波信号断开，此时该噪声信号通过射频开关接入接收机通道；该信号经过定向耦合器、STC、带通滤波、低噪放、放大滤波后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机按照经典的Y系数法计算得到接收机的噪声系数，并将预置的噪声系数值与测试得到的噪声系数值进行比较，以判断接收机通道工作的正常与否：若检测到接收机通道的噪声系数正常，在检测结束后会进行正常的目标回波处理，否则，由信号处理机将这一故障上报至雷达的监视与控制系统，并停止后续的单刀四掷开关和射频开关切换动作，并将噪声源电源断开，使噪声源处于关机状态；

所述的射频激励输入功率的检测：信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号为“0”，使噪声源电源断开并使其处于关机状态；信号处理机输出控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号为“1”，也使射频开关处于接通噪声源通道的位置，但此时由于噪声源处于关机状态，该通道无噪声输入信号；另一方面，信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“01”，使开关与射频激励输入端接通；激励信号然后通过检测通路的隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器馈入接收通道的定向耦合器，之后在接收通道内的处理过程与噪声源处理的过程相同；该检测信号然后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机对输入的功率进行计算，将计算结果与预置数值进行比较，以判断所检测的射频激励输入功率信号是否正常：如果正常，进行正常的目标回波处理过程并在下一个PRI进行驱动模块功率的检测，否则，将故障上报至监视与控制系统，由监视与控制系统完成射频激励模块的切换；

所述的驱动模块功率的检测：信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号为“0”，使噪声源电源断开并使其处于关机状态；信号处理机输出控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号为“1”，也使射频开关处于接通噪声源通道的位置，但此时由于噪声源处于关机状态，该通道无噪声输入信号；另一方面，信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“10”，使开关与驱动模块输入端接通；该驱动模块功率信号然后通过检测通路的隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器馈入接收通道的定向耦合器，之后在接收通道内的处理过程与噪声源处理的过程相同；该检测的驱动模块功率信号然后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机对输入的功率进行计算，将计算结果与预置数值进行比较，以判断所检测的驱动模块功率信号是否正常：如果正常，进行正常的目标回波处理过程并在下一个PRI进行射频通道总功率的检测，否则，将故障上报至监视与控制系统，由监视与控制系统完成驱动模块的切换；

所述的射频通道总功率的检测：信号处理机输出控制噪声源电源的LVTTL控制信号为“0”，使噪声源电源断开并使其处于关机状态；信号处理机输出控制噪声源处的射频开关的LVTTL控制信号为“1”，也使射频开关处于接通噪声源通道的位置，但此时由于噪声源处于关机状态，该通道无噪声输入信号；另一方面，信号处理机输出控制单刀四掷开关的LVTTL控制信号变为“11”，使开关与射频通道总功率输入端接通；该射频通道总功率信号然后通过检测通路的隔离器、光纤延迟组件、可调衰减器馈入接收通道的定向耦合器，之后在接收通道内的处理过程与噪声源处理的过程相同；该检测的射频通道总功率信号然后输出至信号处理机的AD采样板；在完成采样后由信号处理机对输入的功率进行计算，将计算结果上报至终端显控单元。

2.根据权利要求1所述的一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法，其特征在于所述的单刀四掷开关的隔离度大于等于60dB。

3.根据权利要求1所述的一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法，其特征在于所述的光纤延迟组件的延迟时间为6μs。

4.根据权利要求1所述的一种实现雷达系统发射通道在线检测的方法，其特征在于所述的可调衰减器的调整范围为1-30dB。

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