CN108919194A - 一种分级式高功率固态雷达发射机控制、监测与保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分级式高功率固态雷达发射机控制、监测与保护方法，由主控保、双工故检、前级故检、末级故检、机顶故检、水冷故检和大功率电源故检组成。将发射机故障监测分为电路级、组件级、机柜级和整机级，重要性逐级递增，每一级可进行自检并自响应，自检后的状态信息在主控保控制模块中综合、判断和上报，整机级故障可直接触发双工模块中的关断保护响应，使发射机的故障响应时间控制在毫秒级，以最快的速度有效地保护发射机。分级控制、监测与保护方法实现了逐级同时多次检测，有效避免高功率工作环境下的干扰信号，避免失配工作，大大提高了发射机的稳定性。发射机主控保根据本设计方法中的复杂时序和逻辑设定，对发射机整机进行控制。

Description

一种分级式高功率固态雷达发射机控制、监测与保护方法

技术领域

本发明涉及固态雷达发射机控制技术领域。

背景技术

随着现代雷达系统的发展需求和固态雷达发射机技术要求的不断提高，全固态雷达发射机在雷达系统中得到越来越多的应用。

固态雷达发射机的典型组成包括功率分配器、功率合成器、末级功放组件、大功率开关电源、配电模块、前级功放组件、双工控制模块、控制保护模块、辅助电源模块、显示操控模块等，另外还需要配备冷却系统。固态发射机结构组成非常复杂，而且作为高功率工作的设备，控制保护系统必须充分保证每一个功能单元的可靠工作，同时在发生各类硬件设备故障或出现激励、供液、供电异常等情况时，又需要快速进行检测和判断，并采取相应的控制保护措施，否则不但会造成各故障模块和组件的损坏，还极易造成固态发射机的损毁。因此，一种好的控制和保护方法对高功率固态发射机而言具有非常关键的作用。而传统的控制保护系统故障响应时间较长，故障监测设置较为简单，控制保护手段单一，不能完全满足高功率固态发射机的响应时间要求，一旦出现异常，无法快速准确定位故障位置和原因，已经不适用于现在具有复杂时序和逻辑要求的高功率固态发射系统。针对传统设计方法的局限，本发明提出了一种分级式发射机控制、监测与保护方法，可以快速监测、查询发射机各组成部分的工作状态，实现各模块之间快速有效通信和控制，特别是精准识别故障状态和快速判定故障等级并分别采取相应的控制保护措施方面具有很大优势，有效避免出现设备损坏等严重后果，大大提高了发射机的工作稳定性和控制监测效率，所有状态信息最终全部上传至终端系统，用于人机交互和工作状态分析。

发明内容

本发明是为高功率固态发射机提供一种精准、高效、高稳定性的控制、监测、通信和保护方法。

根据固态雷达发射机的构成特性，建立四级故障监测：电路级、组件级、机柜级和整机级，整合所有级的故障点建立故障树，通过设置在各级功能单元内部的BITE(Built-InTest Equipment,机内自检设备)对级各功能单元的状态进行检测、判断和响应，再综合发射机所有级功能模块的状态信息后，如果当前的工作状态正常，则一直保持监测，并随时响应显控终端或控制面板发来的数据查询、开关机、复位、电源控制、水冷控制以及前级A/B路控制等所有控制命令；若发射机工作异常，逐级故检自动检测并执行保护，非整机级故障各级各自执行关断调制电源等保护措施，不影响发射机整机工作，若综合判断当前工作状态可能对发射机的正常工作造成影响，则快速实行关断发射机的供电、激励等保护措施。在做出将激励信号切换至负载和切断大功率电源输出的处理前，控制保护模块将各单元的故障状态锁存并上传至终端。主控保与前级故检、末级故检、机顶故检之间采用CAN(ControllerArea Network，简写为CAN)通信，与显控终端采用网络通信。

前级故检主要实现前级功放组件的双工切换、发射机激励信号检测、激励信号关断等功能。在发射机出现前级故障时，自动控制双工模块内部的输入输出开关，实现系统自动切换，完成本级自动响应。任意时刻通过CAN总线接收到末级组件或故检模块的故障消息，及时进行关断激励信号源开关打到负载，实现对整个发射机的保护。

末级组件正常工作状态下接收主控保模块的查询命令，将组件所有状态信息送出。在发生输出功率过小、输出驻波过大、过温、功率模块电流过小等故障情况，若电路级单路故障，则关断单路调制电源，整机工作不受影响，若多于一路故障时，快速进行检测和判断，采取切断输入等相应的控制保护措施，将故障信息及时锁存并上报。

本发明的有益效果在于根据固态雷达发射机所有组成部分的工作特性，提出一种分级式发射机控制、监测与保护方法，故障响应和控制响应时间达到毫秒级甚至微秒级，实现了对固态发射机复杂时序、逻辑下的快速控制、监测和响应，保证发射机工作的有效性和稳定性。在故障发生时，保证各组成部分对各级故障的精准判断和响应，避免了固态发射机因各级复杂细微的故障原因造成损失甚至损毁。多级故障检测级的划分和故障树的建立，也为发射机的状态分析和故障检测排查提供了快速准确的依据和手段。

附图说明

图1所示为高功率固态发射机控制、监测与保护的原理框图。

图2所示为高功率固态发射机控制、监测与保护的功能流程图。

具体实施方式

本发明用于监测、控制和保护高功率固态雷达发射机各个工作模块和整机，通过ARM监测A/B路、输入功率、输出功率、输出驻波、温度信息、功率模块电流信息等，通过CAN总线将末级组件和前级双工组件工作状态、故障信息送往发射机主控保组件并进行综合，最后通过以太网将故障信息传递给终端显示。发射机的主控制面板上设置了本遥控、手自动、开关机、水冷开关、大功率电源开关、A/B路切换、复位等控键，通过主控保可以实现控制，使发射机的控制操作变得更简单直接。终端显控台设置了遥控的各个功能控键，实现了远端操作控制。通过CAN总线将前级功放组件的工作状态、故障信息送往发射机主控保组件并进行综合，最后通过以太网将故障信息传递给终端显示。同时，双工组件可以自动接受末级组件、故检模块、前级功放组件发来的故障信息，识别判断故障信号后关断激励信号，实现对发射机的自动快速保护。

FPGA选用XC6SLX9-2CSG324I芯片，用于脉宽占空比检测以及对故障灯的控制。ARM选用TI公司的TM4C129XNCZAD芯片，同时支持UART、I2C、CAN总线、百兆以太网，实现多路AD信号12位采样、开关状态及TTL电平判断、读取写入铁电存储器并将通过CAN总线获得的故障信息和状态信息传送给显示屏和终端。RS485差分对转单端芯片选用AD公司的ADM3485E半双工收发器，主要实现将外部的RS485差分对转换为单端信号，与ARM、FPGA实现数据交互。CAN总线输入驱动芯片选用TI公司的SN65HVD1050CAN总线收发器，主要完成CAN总线输入信号的电平转换和驱动，与ARM实现数据交互。TTL电平转换芯片选用TI公司的SN74LVC8T245八路双向电平转换收发器，实现输入5V到3.3V的转换及输出3.3V到5V的转换，与ARM实现数据交互。

采用的CAN控制器局域网是一种用于连接电子控制设备的多主共享型串行总线标准。针对抗电磁干扰进行了专门设计，适用于具有较强电磁干扰的环境，不但可以使用与RS-485类似的差分平衡传输线，也可以使用更加可靠的双绞线。CAN总线在总线长度小于40米时最高可达1Mbps位速率。位速率越低则有效通讯距离越远，例如125kbps时通讯距离可达500米，使系统的运行响应的速度更快，性能更好。本项技术建立的多级监控保护系统构成复杂，系统功能完善，定位识别精准，性能稳定，存在多级的命令控制、数据传输、时序和逻辑，可以及时掌握发射机的工作状态，有效控制发射机整机以及各个模块，发生故障时，可以快速执行各级对应的保护措施。

Claims (4)

1.一种分级式高功率固态雷达发射机控制、监测与保护方法，其特征在于：所述方法包括主控保、双工故检、前级故检、末级故检、机顶故检、水冷故检和大功率电源故检，建立CAN通信和UDP通信网络，所述方法创建四级故障监测，分别为电路级、组件级、机柜级和整机级，并整合所有级的故障点建立故障树，实现发射机故障精准识别；每一级进行自检并自响应，自检后的状态信息传送主控保进行综合、判断和上报；所有触发整机级故障的信号优先级设计为最高，绕过主控保直接送至双工，响应发射机保护，使发射机的故障响应时间控制在毫秒级甚至微秒级，此方法可以以最快的速度来保护发射机。

2.根据权利要求1所述的分级式高功率固态雷达发射机控制、监测与保护方法，其特征在于：所述主控保监测控制为：实时接收并响应显控终端和控制面板发来的控制命令，复杂时序和逻辑下实现与终端的UDP以太网通信、和组件的CAN通信；设置发射机开始工作前自检功能，若初始检测正常，则发送控制命令给双工，双工接到命令后进行自检、判别工作模式、开启工作并向末级发送相应命令；若初始检测非正常，则禁止开启发射机；主控保对所有组件的工作数据进行访问，把发射机正常工作状态下的数据和故障状态时刻的锁存数据读取、综合并发送给终端，判断出故障立刻执行保护。

3.根据权利要求1所述的分级式高功率固态雷达发射机控制、监测与保护方法，其特征在于：所述的前级故检和双工故检为：一路前级功放组件出现故障时，实现自动判断并切换至另一路前级功放组件，提高固态发射机工作可靠性；具备直接在线更换功能，不影响发射机的正常工作；当固态发射机发生过脉宽等输入激励信号故障时，控制保护系统可以快速判断并断开激励信号，避免造成发射机损坏；双工组件通过CAN总线一直可以接收整机级的故障信息，识别故障信号后对发射机快速保护。

4.根据权利要求1所述的分级式高功率固态雷达发射机控制、监测与保护方法，其特征在于：所述的末级故检为：能够实时监测内部电路级的所有工作状态信息，当检测指标异常，立刻执行本级自我保护措施，然后上报并把发生故障时刻的数据快速锁存，用于故障综合判别；可同时接收主控保对末级功放组件的查询命令，把末级功放组件正常工作或故障时的状态发送给主控保；开机后，末级功放组件自动进入等待，直到上级双工启动后开始做故障检测，有效避免虚警上报；灵活识别任意一组合成器中的任意两个或两个以上组件级故障，判定为整机级故障，未达到整机级故障时，执行本级保护并指示。