CN112444806B - 一种s模式一体化询问机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种S模式一体化询问机，用于解决了询问机的体积大、占用机柜空间多、接口复杂、信号种类繁多、调试难度大、成本高的问题；包括发射机、发射监控单元、接收机、数字中频单元和收发电源；所述发射机用于对已调制信号进行功率放大并产生射频询问信号；所述发射监控单元用于监控发射机工作状态和控制发射机的工作参数并对射频询问信号进行滤波输出上行询问信号；所述接收机用于将输入的三路1090MHz的Σ、Δ、Ω射频应答信号下变频为三路60MHz的中频信号，并对询问脉冲信号和测试脉冲信号进行调制，产生Σ激励信号、Ω激励信号、射频测试信号；本发明提高了设备集成度，简化了内部信号接口，降低了成本，方便了询问机的调式。

Description

一种S模式一体化询问机
技术领域
本发明涉及空管二次监视雷达的技术领域，具体为一种S模式一体化询问机。
背景技术
目前，国内外厂家的二次雷达一般主要由天线、天线驱动系统、询问机、录取器和监控系统组成。其中，询问机主要由发射机和接收机组成。二次雷达的发射机采用多级驱动放大的方式，接收机采用先下变频为中频信号，然后进行A/D采样、对数放大的方式得到数字视频信号，录取器采用包含PFGA和DSP芯片的CPCI插件用于信号处理，该插件既要对下行的数字视频信号进行解码处理，又要根据整机工作参数产生询问脉冲信号，受限于芯片内部资源，当目标增多、系统过载时，可能会出现系统死机的现象，录取器采用嵌入式计算机或工控机作为航迹处理计算机，其操作系统采用专用的嵌入式操作系统，如VxWorks系统。
基于目前的二次雷达的询问机，主要存在以下问题：目前的询问机大多由2个插箱组成，一个插箱包含射频部分，即一般由驱动级发射机、大功率发射机、接收机、发射电源模块、接收电源模块组成，一个插箱包含数字接收机和电源模块，用于产生数字视频信号、询问脉冲信号等，这种询问机集成度比较低，体积较大、占用机柜空间较多，接口复杂、信号种类繁多、调试难度大，且增加了成本。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决了询问机的体积大、占用机柜空间多、接口复杂、信号种类繁多、调试难度大、成本高的问题，而提出一种S模式一体化询问机；提高了设备集成度，简化了内部信号接口，降低了成本，方便了询问机的调式；
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种S模式一体化询问机，包括发射机、发射监控单元、接收机、数字中频单元和收发电源；
所述发射机用于对已调制信号进行功率放大并产生射频询问信号；
所述发射监控单元用于监控发射机工作状态和控制发射机的工作参数并对射频询问信号进行滤波输出上行询问信号；
所述接收机用于将输入的三路1090MHz的Σ、Δ、Ω射频应答信号下变频为三路60MHz的中频信号，并对询问脉冲信号和测试脉冲信号进行调制，产生Σ激励信号、Ω激励信号、射频测试信号；
所述数字中频单元用于对输入的三路60MHz的Σ、Δ、Ω中频信号进行数字下变频处理，产生数字视频信号并通过光纤接口输出给录取器，以及接收录取器送来的询问时序参数，产生询问脉冲信号和测试脉冲信号给接收机，同时通过千兆网口接收询问机控制命令和上报询问机BIT信息；
所述收发电源用于将输入的220V交流电转变为发射机、发射监控单元、接收机、数字中频单元和切换分机工作所需的直流电源。
优选的，所述发射机包括两个发射组件，分别为Σ发射组件和Ω发射组件，其中Σ发射组件和Ω发射组件分别用于对已调制的Σ、Ω激励信号进行功率放大并产生1030MHz的大功率射频询问信号。
优选的，两个发射组件均通过数控衰减器和调制器调整发射机输出功率。
优选的，所述发射组件的内部设置有微波功率放大模块，微波功率放大模块采用固态功率管。
优选的，所述调制器通过当前的工作时序和询问脉冲序列产生固态功率管工作所需的脉冲电压。
优选的，所述发射监控单元内部设置有耦合滤波器，用于对1030MHz的大功率射频询问信号进行射频滤波后送至天馈系统，并耦合出Σ、Ω发射信号和Σ、Ω反射信号，以及发射功率和反射功率检测，发射监控单元还实时检测Σ、Ω发射组件的工作状态并上报BIT信息以及当出现过温、过反射、过驻波比、过占空比、过宽、过询问率的严重故障时，立即关闭发射机。
优选的，所述发射监控单元接收机包含三通道接收前端模块、频率源模块、激励源模块和接收监控模块；
三通道接收前端模块用于将三路1090MHz的射频应答信号下变频为三路60MHz中频信号；
频率源模块用于产生接收机和数字中频单元工作所需的时钟信号；
激励源模块用于接收数字中频单元发送的询问脉冲信号，进行调制后产生Σ、Ω激励信号并将Σ、Ω激励信号发送发射机进行射频功率放大；
激励源模块还用于接收数字中频单元发送的测试脉冲信号，进行调制后产生射频测试信号，以及在线对接收机重要性能参数进行定量测量分析；
接收监控模块用于收集接收组件的BIT信息并上报及控制接收机工作参数。
优选的，所述数字中频单元包括数字中频模块和现场监控模块；
数字中频模块对三路60MHz中频信号进行A/D采样，然后进行数字下变频处理获得Q数字应答信号，IQ数字应答信号经过求模和提取相位处理，转换成应答信号的幅度和相位角，进行幅相校正、差比角、RSLS处理后产生数字视频信号，再将预处理的数字视频信号、OBA指示和实时方位及时间信息一起封装成应答帧并通过光纤接口发送至录取器，同时数字中频模块通过光纤接口接收来自录取器的雷达工作时序参数、产生询问脉冲信号和测试脉冲信号；
现场监控模块通过千兆网口接收监控系统送来的雷达工作配置参数，并将其通过串口分发给发射机、接收机；
数字中频单元还包括雷达发射触发信号测试接口、正北脉冲信号测试接口和增量脉冲信号测试接口。
优选的，所述收发电源的输入电压为220V AC；收发电源输出至发射机的电源包括+50V DC开关电源及+24V、-12V和+5V的稳压电源；收发电源输出至接收机的电源包括+5V开关电源及+12V、-5V和+5V的稳压电源；收发电源输出至数字中频单元的电源为+5V的开关电源；收发电源输出至切换分机的电源包括+28V和+5V的开关电源。
优选的，所述数字中频单元通过光纤接口接收包含雷达工作时序参数的控制帧，发送包含数字视频信号、方位信号的应答相关信息的应答帧；数字中频单元通过千兆网口接收监控系统发来的询问机控制命令并发送BIT信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用全固态、数字化和模块化设计，设备集成度高，体积小，重量轻；
2、采用全固态高占空比发射机，满足ICAO全S模式询问要求，具备全S模式运行能力；
3、采用高动态中频采样数字接收机，实现数字幅相校正和数字视频处理；
4、高度模块化设计，发射机、发射监控、接收机、数字中频、收发电源均为独立可替换单元，方便在线维修和更换；
5、询问机通过高速光纤接口发送数字视频信号，提高了数据传输速率，提高了数据传输的抗干扰能力；
6、询问机通过千兆网络接口与外部设备交互，减少了询问机的接口数量，缩减了整机外部的电缆数量，降低了调试难度。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种S模式一体化询问机，包含发射机、发射监控单元、接收机、数字中频单元、收发电源；
发射机包含2个完全相同的发射组件，分别为Σ发射组件、Ω发射组件。
发射组件首先对收到的幅度为10dBm左右的激励信号进行初级放大，经数控衰减器后驱动200W的低功率固态功率放大器，经隔离器后通过1：4功率分配器分成4路低功率信号来驱动4路并行的1000W的大功率固态功率放大器，每一路固态功率放大器都在调制器的控制下工作，最后4路大功率输出信号经4:1功率合成器合成为1路大功率射频信号输出；在数控衰减器和调制器的共同作用下调整最终的输出功率级别，实现发射机输出功率多档变化。
发射监控单元包含2路大功率耦合滤波器和发射监控单元模块，1路大功率耦合滤波器对Σ发射组件的Σ功率射频信号进行滤除处理，并耦合出幅度较小的Σ发射功率信号和Σ反射功率信号，通过发射监控单元模块进行Σ发射功率、Σ反射功率和Σ通道驻波检测；1路大功率耦合滤波器对Ω发射组件的Ω功率射频信号进行滤除处理，并耦合出幅度较小的Ω发射功率信号和Ω反射功率信号，通过发射监控单元模块进行Ω发射功率、Ω反射功率和Ω通道驻波检测。
接收机包含三通道接收前端模块、频率源模块、激励源模块和接收监控模块。
三通道接收前端模块内置三个完全一样的接收通道，将三路1090MHz的Σ、Δ、Ω射频应答信号与频率源模块产生的1030MHz的本振信号进行混频，产生三路60MHz的中频信号；场放前没有使用PIN开关进行保护，而是使用大功率腔体滤波器来滤除发射机的发射信号、镜像频率和其他雷达的干扰，保护场放；通过接收时序信号控制测试信号接入开关，耦合1090MHz的射频测试信号进行接收机三通道幅度一致性、接收机灵敏度等重要性能参数在线测量。
频率源模块选取103MHz的恒温晶振作为整机的基准源，它产生的103MHz时钟信号经过功分后送给高频和低频链路产生高频本振和低频时钟；高频本振用直接合成法，产生稳定的、低相噪的本振信号；低频时钟用锁相法产生，杂散小；最后插入频率特性非常好的滤波器，以产生高稳定的时钟信号。
激励源模块用于产生Σ激励信号、Ω激励信号和射频测试信号；由频率源送来的1030MHz载频先经过询问脉冲信号中的Σ相位反转脉冲控制2DPSK调制，然后再经过询问脉冲信号中的Σ框架脉冲进行幅度调制，调制后的信号再经过激励功放后，产生10dBm左右的1030MHz的Σ激励信号送给Σ发射组件；由频率源送来的1030MHz载频先经过询问脉冲信号中的Ω框架脉冲幅度调制，调制后的信号再经过激励功放后，产生10dBm左右的1030MHz的Ω激励信号送给Ω发射组件；由频率源送来的1090MHz射频测试信号先经过2DPSK相位调制，然后再通过测试脉冲信号进行脉冲幅度调制，产生10dBm左右的1090MHz的射频测试信号送给三通道接收前端。
接收监控模块用于实现收集接收机的BIT信息、重要性能参数在线定量测量和接收机工作参数控制功能；接收机的BIT信息包括三通道接收机前端、晶振、频率源、激励源等模块的工作状态，Σ激励信号、Ω激励信号、Σ中频信号、Δ中频信号、Ω中频信号输出是否正常等；在线测量参数包括雷达接收通道的增益和灵敏度等；另外，为消除工作时接收通道随机的相位和增益差别，接收组件还提供为接收通道校正使用的基准信号，馈入三通道的测试信号在相位和幅度上严格一致。
数字中频单元包括数字中频模块和现场监控模块，采用先直接对60MHz的中频模拟信号进行高速A/D采样、后进行数字鉴相实现I/Q数字分离的数字下变频方式，保证了I/Q通道在幅度一致性和相位正交性方面的精度，改善了接收机的信号处理精度和稳定性。
数字中频模块采用200MHz的时钟分别对输入的三路60MHz的Σ、Δ、Ω中频信号进行A/D采样，然后进行正交解调、基带滤波、抽取等数字下变频处理获得IQ数据，对Σ、Δ通道的IQ数据进行幅相校正、幅度提取后获得LOGΣ、LOGΔ信号，对Ω通道的IQ数据直接进行幅度提取获得LOGΩ信号，对幅相校正后的Σ、Δ通道的IQ数据进行和差比角处理后获得f(Δ/Σ)，对LOGΣ、LOGΔ、LOGΩ信号进行RSLS处理后得到QRSLS信号，将这些预处理的LOGΣ、LOGΔ、LOGΩ、f(Δ/Σ)、QRSLS信号和实时方位、时间等信息一起封装成应答帧通过光纤接口送录取器；光纤接口模块工作时钟为125MHz,光纤速率2.5Gb/s。
数字中频模块同时通过光纤接口接收来自录取器的控制帧，在FPGA内部RAM里建立一个询问周期表和一个询问波形表，表中数据由控制帧进行写入和更新，根据询问周期表中询问触发参数产生询问触发脉冲信号，根据询问波形表中参数输出Σ、Ω询问脉冲信号、测试脉冲信号、发射触发脉冲信号和接收触发信号。
现场监控模块通过千兆网口接收监控系统送来的雷达工作配置参数，并将其通过串口分发给发射机、接收机、数字中频模块，实现发射机、接收机控制，包括方位编码器切换、遥控开关发射机、切换工作通道、工作参数设置等；收集Σ发射组件、Ω发射组件、发射监控单元、接收机、数字中频、收发电源的实时BIT信息，然后将这些BIT数据通过千兆网口转发到监控系统，实现询问机的工作状态监视。
现场监控模块接收双路光电方位编码器输出的差分方位正北脉冲(ARP)、方位增量1脉冲(ACP)信号和方位增量2脉冲(ACP)信号，分别对其进行去毛刺、滤波等处理，判断两路光电方位编码器的正北脉冲、增量1脉冲、增量2脉冲信号是否正常并上报监控系统，同时将滤波处理后的主用光电方位编码器的方位信号通过数字中频模块封装成应答帧经光纤接口送给录取器。
本发明的一种S模式一体化询问机的上行的1030MHz的Σ、Ω大功率射频询问信号的产生，包括以下具体步骤：
S11，数字中频内部的数字中频模块根据收到的控制帧，更新询问时序参数，产生询问脉冲信号，并将其发送至接收机；
S12，接收机内部的激励原模块采用1030MHz的载频对询问脉冲信号进行PAM和2DPSK调制产生1030MHz的Σ激励信号、Ω激励信号，分别送至Σ发射组件、Ω发射组件；
S13，Σ发射组件、Ω发射组件分别对Σ激励信号、Ω激励信号进行逐级放大、功率合成后获得Σ射频功率信号、Ω射频功率信号；
S14，发射监控单元分别对Σ射频功率信号、Ω射频功率信号进行耦合滤波后，输出1030MHz的Σ大功率射频询问信号、Ω大功率射频询问信号。
本发明的一种S模式一体化询问机的三路1090MHz的Σ、Δ、Ω射频应答信号的处理过程，包括以下具体步骤：
S21，接收机中的三通道接收前端模块对收到的三路1090MHz的Σ、Δ、Ω射频应答信号与频率源模块的1030MHz的本振信号进行混频，产生三路60MHz的Σ、Δ、Ω中频信号；
S22，数字中频中的数字中频模块对三路60MHz的Σ、Δ、Ω中频信号进行高速A/D采样、数字下变频处理后获得IQ数据，对IQ数据进行幅相校正、幅度提取、和差比角、RSLS处理后得到预处理的Σ、Δ、Ω数字视频信号、OBA指示、QRSLS信号，将这些数据和实时方位、时间等信息一起封装成应答帧通过光纤接口送录取器。
本发明在使用时，询问机通过光纤接口收到包含雷达工作时序参数的控制帧和通过千兆网口收到的询问机控制命令，产生上行的1030MHz的Σ、Ω大功率射频询问信号；接收三路1090MHz的Σ、Δ、Ω射频应答信号，下变频为数字视频信号，通过高速光纤接口输出包含数字视频信号、方位信息的应答帧；通过千兆网口发送询问机BIT信息。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种S模式一体化询问机，其特征在于，包括发射机、发射监控单元、接收机、数字中频单元和收发电源；
所述发射机用于对已调制信号进行功率放大并产生射频询问信号；
所述发射监控单元用于监控发射机工作状态和控制发射机的工作参数并对射频询问信号进行滤波输出上行询问信号；
所述接收机用于将输入的三路1090MHz的Σ、Δ、Ω射频应答信号下变频为三路60MHz的中频信号，并对询问脉冲信号和测试脉冲信号进行调制，产生Σ激励信号、Ω激励信号、射频测试信号；
所述数字中频单元用于对输入的三路60MHz的Σ、Δ、Ω中频信号进行数字下变频处理，产生数字视频信号并通过光纤接口输出给录取器，以及接收录取器送来的询问时序参数，产生询问脉冲信号和测试脉冲信号给接收机，同时通过千兆网口接收询问机控制命令和上报询问机BIT信息；
所述收发电源用于将输入的220V交流电转变为发射机、发射监控单元、接收机、数字中频单元和切换分机工作所需的直流电源；
所述发射监控单元接收机包含三通道接收前端模块、频率源模块、激励源模块和接收监控模块；
三通道接收前端模块用于将三路1090MHz的射频应答信号下变频为三路60MHz中频信号；
频率源模块用于产生接收机和数字中频单元工作所需的时钟信号；
激励源模块用于接收数字中频单元发送的询问脉冲信号，进行调制后产生Σ、Ω激励信号并将Σ、Ω激励信号发送发射机进行射频功率放大；
激励源模块还用于接收数字中频单元发送的测试脉冲信号，进行调制后产生射频测试信号，以及在线对接收机重要性能参数进行定量测量分析；
接收监控模块用于收集接收机的BIT信息并上报及控制接收机工作参数；
所述数字中频单元包括数字中频模块和现场监控模块；
数字中频模块对三路60MHz中频信号进行A/D采样，然后进行数字下变频处理获得Q数字应答信号，IQ数字应答信号经过求模和提取相位处理，转换成应答信号的幅度和相位角，进行幅相校正、差比角、RSLS处理后产生数字视频信号，再将预处理的数字视频信号、OBA指示和实时方位及时间信息一起封装成应答帧并通过光纤接口发送至录取器，同时数字中频模块通过光纤接口接收来自录取器的雷达工作时序参数、产生询问脉冲信号和测试脉冲信号；
现场监控模块通过千兆网口接收监控系统送来的雷达工作配置参数，并将其通过串口分发给发射机、接收机；
数字中频单元还包括雷达发射触发信号测试接口、正北脉冲信号测试接口和增量脉冲信号测试接口。
2.根据权利要求1所述的一种S模式一体化询问机，其特征在于，所述发射机包括两个发射组件，分别为Σ发射组件和Ω发射组件，其中Σ发射组件和Ω发射组件分别用于对已调制的Σ、Ω激励信号进行功率放大并产生1030MHz的大功率射频询问信号。
3.根据权利要求2所述的一种S模式一体化询问机，其特征在于，两个发射组件均通过数控衰减器和调制器调整发射机输出功率。
4.根据权利要求3所述的一种S模式一体化询问机，其特征在于，所述发射组件的内部设置有微波功率放大模块，微波功率放大模块采用固态功率管。
5.根据权利要求3所述的一种S模式一体化询问机，其特征在于，所述调制器通过当前的工作时序和询问脉冲序列产生固态功率管工作所需的脉冲电压。
6.根据权利要求1所述的一种S模式一体化询问机，其特征在于，所述发射监控单元内部设置有耦合滤波器，用于对1030MHz的大功率射频询问信号进行射频滤波后送至天馈系统，并耦合出Σ、Ω发射信号和Σ、Ω反射信号，以及发射功率和反射功率检测，发射监控单元还实时检测Σ、Ω发射组件的工作状态并上报BIT信息以及当出现过温、过反射、过驻波比、过占空比、过宽、过询问率的严重故障时，立即关闭发射机。
7.根据权利要求1所述的一种S模式一体化询问机，其特征在于，所述收发电源的输入电压为220V AC；收发电源输出至发射机的电源包括+50V DC开关电源及+24V、-12V和+5V的稳压电源；收发电源输出至接收机的电源包括+5V开关电源及+12V、-5V和+5V的稳压电源；收发电源输出至数字中频单元的电源为+5V的开关电源；收发电源输出至切换分机的电源包括+28V和+5V的开关电源。
8.根据权利要求1所述的一种S模式一体化询问机，其特征在于，所述数字中频单元通过光纤接口接收包含雷达工作时序参数的控制帧，发送包含数字视频信号、方位信号的应答相关信息的应答帧；数字中频单元通过千兆网口接收监控系统发来的询问机控制命令并发送BIT信息。
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