CN110596665B - 一种基于二次雷达询问机的容量测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于二次雷达询问机的容量测试方法，根据外部设置的初始参数选择测试模式进行扇区内模拟目标的生成；测试开始时，根据单扇区内模拟目标的实时参数计算每个模拟目标与询问机的当前距离，在译码门计数与当前距离匹配时编码触发，进行目标编码单周期时间的计数，当目标编码单周期时间计数等于10时，开始按照标准的A/C模式应答脉冲编码时序，输出ASK编码；根据真实目标相对系统方位的和、差、控制波束的幅相特性模拟生成当前模拟目标的和、差以及控制通道视频信号和符号位并输出。本发明通过FPGA软件进行全数字化的目标飞机应答信号模拟，可以降低测试成本；能够实现模拟大量目标飞机，满足对二次雷达询问机处理能力进行饱和测试的需求。

Description

一种基于二次雷达询问机的容量测试方法

技术领域

本发明涉及二次雷达领域，特别涉及一种基于二次雷达询问机的容量测试方法。

背景技术

二次雷达能够精确探测飞机的方位、高度、速度信息，广泛运用于军民航路飞行监视、日常及军演飞行保障等空中交通管制领域。近年来，由于军民用航空飞行流量大幅提高，导致空域内目标飞机的数量大幅增加，这就对二次雷达的处理能力(特别是数字部分处理能力)提出了更高的要求。

二次雷达询问机对目标飞机应答信号处理分为以下几个步骤：前端模拟信号接收、模拟/数字信号转换、应答信号译码、应答报文传输、目标点航迹处理、目标综合显示处理。其中应答信号译码、应答报文传输、目标点航迹处理、目标综合显示处理等数字部分处理能力是影响整个二次雷达询问机处理能力的关键所在。

现有的二次雷达询问机处理能力测试方法，有以下几个缺点：

1.需要用应答模拟设备搭建外部测试环境，导致测试成本增加，且无法模拟系统饱和状态下的目标数量；

2.无法模拟大量目标，不能对二次雷达询问机处理能力进行饱和测试；

3.无法模拟在真实空域环境下的目标飞机排布密度不均匀的多个场景；

4.无法模拟目标飞机相对扫描方位的幅相特性，不能验证目标方位计算精度。

发明内容

针对上述存在的问题，提供了一种基于二次雷达询问机的容量测试方法，该方法适用于二次雷达询问机处理能力测试，可以通过参数配置FPGA软件实现的方式模拟大量的目标飞机，可以对二次雷达询问机在不同环境状态下的处理能力指标进行测试，同时可以完成对整个数字处理算法的验证，保证设备的使用性能。

本发明采用的技术方案如下：一种基于二次雷达询问机的容量测试方法，包括以下步骤：

步骤1、测试初始化，在单个扇区内，根据外部设置的初始参数选择测试模式进行扇区内模拟目标的生成；

步骤2、测试开始时，触发目标代码生成流程，按照单扇区模拟目标距离和扇区的顺序产生一组连续模拟目标代码并写入目标代码缓存RAM；单扇区内的模拟目标按照设定的飞行规则进行飞行；根据单扇区内模拟目标的实时参数计算每个模拟目标与询问机的当前距离，当译码门计数和一个模拟目标的当前距离匹配时，产生该目标的编码触发和调用该目标的目标代码缓存RAM的地址，读取目标代码；

步骤3、对该目标代码对应的模拟目标进行应答编码：进行目标编码单周期时间的计数，当目标编码单周期时间计数等于10时，开始按照标准的二次雷达A/C模式应答脉冲编码时序，输出目标应答ASK编码输出；

步骤4、在ASK编码输出有效时，根据真实目标相对系统方位的和、差以及控制波束的幅相特性模拟生成当前模拟目标的和、差以及控制通道视频信号和符号位并输出，即输出模拟生成的目标信号。

进一步的，所述测试模式具体包括：

模式0：0-360°方位模拟，共32个扇区，每个扇区宽度11.25°；

模式1：0-45°方位模拟，共4个扇区，每个扇区宽度11.25°；

模式2：0-11.25°方位模拟，单个扇区；

模式3：0-11.25°紧急模式，单个扇区，同时将扇区内模拟目标的代码设置为7700；

模式4：0-11.25°SPI测试模式，单个扇区，同时打开SPI使能；

模式5：0-11.25°EMER测试模式，单个扇区，同时打开EMER使能；

所有测试模式中，每个扇区均按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标。

进一步的，所述步骤1中外部设置的初始参数包括：单扇区目标个数、目标间距、目标起始距离、目标停止距离、目标速度。

进一步的，所述步骤2中：当外部容量测试使能开关打开或单扇区内模拟目标数量设置发生改变时，均会触发目标代码生成流程。

进一步的，所述步骤2中飞行规则为：所有模拟目标均按照设置速度，由近到远连续飞行，当模拟目标到达设置最远距离时，该目标就会跳转到设置起始距离，重复开始飞行。

进一步的，所述步骤2中模拟目标的实时参数包括：目标起始距离、目标停止距离、目标速度。

进一步的，所述步骤2中模拟目标与询问机的当前距离的具体计算方法为：

步骤21、在测试开始后，外部方位每转一圈，每一个模拟目标的新位置为在前一圈所处位置基础上加上目标速度参数；

步骤22、当某一个模拟目标的新位置大于模拟目标停止距离参数设定的位置时，将该模拟目标的新位置重置为目标起始距离参数设定的位置；

步骤23、根据模拟目标的新位置即可得到该模拟目标与询问机的当前距离。

进一步的，所述步骤3中目标编码单周期时间的计数为编码脉冲计数。

进一步的，所述步骤3中，目标编码单周期时间计数时长达到对应模式的单周期最大计数时长时结束ASK编码输出，其中，目标编码单周期最大计数时长由测试模式决定，模式4的单周期最大计数时长为25.35us，模式5的单周期最大计数时长为94.95us，模式0、模式1、模式2、模式3的单周期最大计数时长均为21us。

进一步的，所述步骤4中符号位判断方法为：当模拟目标位于系统方位左边时符号位为1，当模拟目标位于系统方位右边时符号位为0。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：能够在降低测试成本的同时，满足对二次雷达询问机处理能力进行饱和测试的需求，实现模拟在真实空域环境下的目标飞机排布密度不均匀的多个场景，也能够用于验证目标方位计算精度。

附图说明

图1是本发明的基于二次雷达询问机的容量测试方法处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明针对二次雷达询问机处理能力的测试，通过参数配置的方式模拟大量的目标飞机，可以对二次雷达询问机在不同环境状态下的处理能力指标进行测试，同时可以完成对整个数字处理算法的验证，保证设备的使用性能。

如图1示出了本发明的基于二次雷达询问机的容量测试方法处理流程图，一共分为五个步骤，分别为：模式控制、目标代码生成、目标代码调用、目标应答编码、目标视频输出，本方法通过FPGA进行目标模拟算法的实现。其中，目标代码就是指目标的参数，在二次雷达中，如果是A模式应答，就表示目标飞机的代号，若果是C模式应答，就表示目标飞机的高度。

该容量测试方法设有六种测试模式提供模式控制，分别为：

1)模式0：0-360°方位模拟，一共均匀模拟32个扇区，扇区宽度11.25°，每个扇区内按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标；

2)模式1：0-45°方位模拟，一共均匀模拟4个扇区，扇区宽度11.25°，每个扇区内按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标；

3)模式2：0-11.25°方位模拟，单个扇区，按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标；

4)模式3：0-11.25°紧急模式，单个扇区，按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标，同时将模拟目标的代码均设置为特殊代码7700；

5)模式4：0-11.25°SPI测试模式，单个扇区，按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标，同时打开spi使能；

6)模式5：0-11.25°EMER测试模式，单个扇区，按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标，同时打开emer使能。

具体测试过程如下：

目标代码生成过程：当外部容量测试使能开关打开或者单扇区模拟目标个数设置改变时，触发目标代码生成流程，按目标距离和扇区的顺序产生一组连续模拟目标代码并写入目标代码缓存RAM；

在测试初始化状态时，在单扇区内，根据外部设定的参数，模拟目标初始编号(1～N)从设置起始距离开始，按照设置间距顺序进行排列，多个扇区用多组(1-N)编号进行标识，用不同的目标代码进行标识；例如，0-360°方位模拟，一共均匀模拟32个扇区，模拟目标代码按照距离和扇区连续排列；0-45°方位模拟，一共均匀模拟4个扇区，模拟目标代码按照距离和扇区连续排列。

为了方便区分飞机顺序并且飞机代码不重复，此处目标代码就是按照编号的顺序累加的，第一个扇区的第一个编号目标，设定的目标代码就是1，第N个编号目标就是8进制的 N；第二个扇区的第一个编号目标就是N+1，第N个编号目标就是8进制的2*N，以此类推，第M个扇区的第L个编号目标，设定的目标代码就是(M-1)*N+L。

目标代码调用过程：1)根据单扇区内目标个数、目标间距、目标起始距离、目标停止距离、目标速度等参数实时计算每一个模拟目标的当前距离；当前距离是指模拟目标与寻呼机的距离。

2)根据译码门计数，当计数和某一个模拟目标的当前距离匹配时，产生该目标的编码触发；

3)根据译码门计数，当计数和某一个模拟目标的当前距离匹配时，结合该目标初始编号(1～N)和当前系统方位，产生该目标的调用目标代码缓存RAM的地址。

4)测试开始后，单扇区内，所有目标均按照设置速度，由近到远连续飞行，当每一个目标到达设置最远距离时，该目标就会跳转到设置起始距离，重复开始飞行。

其中，译码门为单bit信号，二次雷达规定向后距航管询问信号P3脉冲前沿3us处将译码门信号置为1，超过二次雷达最远作用距离对应的时间计数后将译码门置为0，译码门信号＝1为有效，从译码门信号的上升沿开始计数，当收到目标信号时，通过计数计算该目标的距离。

编码触发为编码触发为单时钟周期信号，位宽为1bit，1有效，用于触发目标应答编码流程，该信号有效时(＝1时)开始进行应答编码流程。

目标应答编码过程：在接收到有效编码触发信号时，开始进行目标编码单周期时间的计数，根据当前目标代码，当目标编码单周期时间计数等于10开始按照标准的二次雷达A/C 模式应答脉冲编码时序(F1、C1、A1、C2、A2、C4、A4、X、B1、D1、B2、D2、B4、D4、F2、 SPI、军用紧急模式框架2/3/4)，进行目标应答ask编码输出。

其中，单周期最大计数时长由测试模式决定，模式0、1、2、3都是二次雷达常规模式标准编码，标准时长20.75us，模式4是二次雷达常规模式SPI编码，标准时长25.1us，模式4是二次雷达常规模式军用紧急编码，标准时长94.7us；当目标编码单周期时间计数等于10时，花费时长0.25us，所以和前面标准值相加后分别为21us、25.35us、94.95us.

因此得到个模式单周期最大计数时长，模式0、模式1、模式2、模式3的单周期最大计数时长为21us，模式4的单周期最大计数时长为25.35us，模式5的单周期最大计数时长为94.95us。

目标视频信号输出过程：在ask编码脉冲有效时，即ask＝1时，根据当前目标相对系统方位的和、差以及控制波束的幅相特性，模拟生成当前模拟目标的和、差、控制通道视频信号和符号位并输出。

其中具体方法为：根据系统真实外部接收的和、差以及控制波束幅相特性，模拟生成模拟目标的和、差、控制通道视频信号和符号位，即模拟目标信号。

所述幅相特性具体为：

幅度：当目标方位和系统方位一致时，目标和/差通道幅度差最大，当目标方位在系统方位两侧时，和/差通道幅度差按照方位偏差成线性比例减小；

符号位：目标方位在系统方位左边时为1，目标方位在系统方位右边时为0。

目标视频信号输出过程中还包括，控制视频输出的开关，在单个扇区内，只有满足外部输入方位在扇区中心指向±0.5波束宽度(一共为3db波束宽度参数值)内，开关打开，其余时间关闭；当外部输入范围超过当前测试模式规定的角度时关闭输出开关。

其中，测试模式由外部直接选择设定，外部设置输入参数，包括测试模式、测试3db宽度、单扇区目标个数、扇区内目标间距、扇区内目标起始距离、扇区内目标停止距离、目标速度等。

本发明通过模拟真实环境的目标飞机排布密度不均匀的多个场景对询问机的处理能力进行饱和测试，包括模拟数量设置、模拟目标飞行距离和速度设置、替代外部设备进行真实目标的模拟，模拟目标特性与真实目标一致。

参考文献：

1、DO－185B Minimum Operational Performance Standards for TrafficAlert and Collision Avoidance System II(TCAS II)Version7.1。

2、二次雷达原理张尉主编国防工业出版社。

3、ICAO附件10第4卷国际民航航空公约对监视雷达与防撞系统的要求。

4、Verilog HDL数字设计与综合(第2版)[美]Sanir Palnitkar著夏宇闻译电子工业出版社。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (9)

1.一种基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、测试初始化，在单个扇区内，根据外部设置的初始参数选择测试模式进行扇区内模拟目标的生成；

步骤2、测试开始时，触发目标代码生成流程，按照单扇区模拟目标距离和扇区的顺序产生一组连续模拟目标代码并写入目标代码缓存RAM；单扇区内的模拟目标按照设定的飞行规则进行飞行；根据单扇区内模拟目标的实时参数计算每个模拟目标与询问机的当前距离，当译码门计数和一个模拟目标的当前距离匹配时，产生该目标的编码触发和调用该目标的目标代码缓存RAM的地址，读取目标代码；

步骤3、对该目标代码对应的模拟目标进行应答编码：在接收到有效编码触发信号时，进行目标编码单周期时间的计数，当目标编码单周期时间计数等于10时，开始按照标准的二次雷达A/C模式应答脉冲编码时序，输出目标应答ASK编码输出；

步骤4、在ASK编码输出有效时，根据真实目标相对系统方位的和、差以及控制波束的幅相特性模拟生成当前模拟目标的和、差以及控制通道视频信号和符号位并输出。

2.根据权利要求1所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述测试模式具体包括：

模式0：0-360°方位模拟，共32个扇区，每个扇区宽度11.25°；

模式1：0-45°方位模拟，共4个扇区，每个扇区宽度11.25°；

模式2：0-11.25°方位模拟，单个扇区；

模式3：0-11.25°紧急模式，单个扇区，同时将扇区内模拟目标的代码设置为7700；

模式4：0-11.25°SPI测试模式，单个扇区，同时打开SPI使能；

模式5：0-11.25°EMER测试模式，单个扇区，同时打开EMER使能；

所有测试模式中，每个扇区均按照设置的单扇区目标参数产生模拟目标。

3.根据权利要求2所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述步骤1中外部设置的初始参数包括：测试模式、测试3db宽度、单扇区目标个数、扇区内目标间距、扇区内目标起始距离、扇区内目标停止距离、目标速度。

4.根据权利要求2所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述步骤2中：当外部容量测试使能开关打开或单扇区内模拟目标数量设置发生改变时，均会触发目标代码生成流程。

5.根据权利要求4所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述步骤2中飞行规则为：所有模拟目标均按照设置速度，由近到远连续飞行，当模拟目标到达设置最远距离时，该目标就会跳转到设置起始距离，重复开始飞行。

6.根据权利要求2所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述步骤2中模拟目标的实时参数包括：目标起始距离、目标停止距离、目标速度。

7.根据权利要求6所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述步骤2中模拟目标与询问机的当前距离的具体计算方法为：

步骤21、在测试开始后，外部方位每转一圈，每一个模拟目标的新位置为在前一圈所处位置基础上加上目标速度参数；

步骤22、当某一个模拟目标的新位置大于模拟目标停止距离参数设定的位置时，将该模拟目标的新位置重置为目标起始距离参数设定的位置；

步骤23、根据模拟目标的新位置即可得到该模拟目标与询问机的当前距离。

8.根据权利要求7所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述步骤3中，目标编码单周期时间计数时长达到对应模式的单周期最大计数时长时完成ASK编码输出，其中，目标编码单周期最大计数时长由测试模式决定，模式4的单周期最大计数时长为25.35us，模式5的单周期最大计数时长为94.95us，模式0、模式1、模式2、模式3的单周期最大计数时长均为21us。

9.根据权利要求1所述的基于二次雷达询问机的容量测试方法，其特征在于，所述步骤4中符号位判断方法为：当模拟目标位于系统方位左边时符号位为1，当模拟目标位于系统方位右边时符号位为0。

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