CN114047504A - 一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置，所述二次雷达装置包括供电单元、信号发射单元、信号接受单元、信号处理单元、射频切换开关、环形器和天线，其中所述供电单元被配置为为各功能单元提供电力；所述信号发射单元和信号接受单元分别与所述射频切换开关相连，所述射频切换开关经环形器与所述天线相连；所述信号发射单元和信号接受单元还分别与所述信号处理单元相连；所述信号发射单元包括若干发射机，所述信号发射单元基于信号发射需求和各发射机状态选择一个或多个发射机接入信号发射电路中；所述信号接受单元包括若干接收机，所述信号接受单元基于信号接收需求和各接收机状态选择一个或多个接收机接入信号接收电路中。

Description

一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置

技术领域

本发明属于雷达装置领域，尤其涉及一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置。

背景技术

二次雷达单机的可靠性一般只有1500小时，无法满足长时间连续工作的需要，因此出现了采用双通道冗余设计的二次雷达。采用双通道冗余设计后，二次雷达产品的可靠性可达20000小时，基本满足了用户对雷达的高可靠性要求。

双通道冗余设计的核心理念就是当某一个通道出现故障后，可及时切换至另一通道，从而保证工作任务的连续性。如图1所示，双通道冗余设计中询问A通道和询问B通道的硬件组成完全一致，询问A、询问B通道的三个射频通道通过射频切换开关连接转台和天线。主要通道的射频通道与天馈系统相连，备用通道的射频通道与射频负载相连。

在某些条件艰苦、交通不便或无人值守的雷达现场，当通道A的发射机损坏，通道B的接收机损坏时，两个通道因为都有故障，所以整个系统就无法继续执行任务，须进行人工维修才能继续执行任务。此时，如果能够实现功能模块的重组，将通道A的接收机和通道B的发射机重新组成一个收发通道，系统就可以继续工作。

双通道冗余设计虽然提高了设备的任务可靠性，但是简单的通道备份限制了模块之间的重新组合，无法适应一些条件艰苦、交通不便或无人值守的雷达现场。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置，本发明的二次雷达装置打破了传统双通道冗余设计的物理限制，将其中的模块按照功能进行分组，再利用链路拓扑组成一个整体，最后按需从不同的集合中自由选择，组合出了一个新的询问通道。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置，所述二次雷达装置包括供电单元、信号发射单元、信号接受单元、信号处理单元、射频切换开关、环形器和天线，其中所述供电单元被配置为为各功能单元提供电力；所述信号发射单元和信号接受单元分别与所述射频切换开关相连，所述射频切换开关经环形器与所述天线相连；所述信号发射单元和信号接受单元还分别与所述信号处理单元相连；所述信号发射单元包括若干发射机，所述信号发射单元基于信号发射需求和各发射机状态选择一个或多个发射机接入信号发射电路中；所述信号接受单元包括若干接收机，所述信号接受单元基于信号接收需求和各接收机状态选择一个或多个接收机接入信号接收电路中。

根据一个优选的实施方式，所述信号处理单元内设有若干信号处理模块；信号处理单元基于信号处理需求和各信号处理模块的状态，选择将某信号处理模块实现与信号发射单元和/或信号接收单元相连。

根据一个优选的实施方式，所述信号发射单元中各发射机分别与M个N选一射频切换开关相连通，所述N选一射频切换开关另一端与环形器相连通；其中，N为信号发射单元中发射机数量，M≤N-1。

根据一个优选的实施方式，当信号发射单元中各发射机处于备选状态时，各发射机连接有射频负载。

根据一个优选的实施方式，所述信号接收单元中各接收机分别与P个Q选一射频切换开关相连通，所述Q选一射频切换开关另一端与环形器相连通，其中，Q为信号接收单元中接收机的数量，P≤Q-1。

根据一个优选的实施方式，所述供电单元包括控制单元、以及若干套电源模块、隔离控制电路和检测单元，各电源模块分别经隔离控制电路与电源总线相连，各检测单元一端与AC-DC电源模块相连另一端与所述控制单元相连，且所述控制单元与各隔离控制电路相连。

根据一个优选的实施方式，所述电源模块为AC或DC电源。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：本发明的二次雷达装置通过对信号处理单元、信号发射单元、信号接收单元和供电单元进行了模块堆叠设计。打破了传统技术方案的双通道冗余设计的物理限制，将其中的模块按照功能进行分组，再利用链路拓扑连接成一个整体，最后按需从不同的集合中自由选择，组合出一个新的询问通道出来。

将传统技术方案中双通道冗余设计中的发射机拆分组合成独立的发射通道，把三通道接收机拆分成单通道接收机，然后按照功能分成：供电、发射、接收、信号处理四个组合。按需从四个集合中选择模块，然后组成一个完整的询问通道。模块间的自由组合，不仅盘活了每一个功能模块，而且通过分时复用、均衡控制等方法，降低了双通道冗余设计中单模块工作的负荷。

附图说明

图1是传统二次雷达装置双通道冗余设计示意图；

图2是传统二次雷达装置的双通道冗余的可靠性框图；

图3是本发明二次雷达装置的实施例1对应的模块堆叠的可靠性框图；

图4是本发明实施例1中供电单元多电源模块竞争供电示意图；

图5是本发明实施例1中射频开关矩阵链路拓扑结构示意图；

图6是本发明实施例1中FPGA内部的IOBUF示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图3所示，本发明公开了一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置，所述二次雷达装置包括供电单元、信号发射单元、信号接受单元、信号处理单元、射频切换开关、环形器和天线，其中所述供电单元被配置为为各功能单元提供电力。

优选地，所述信号发射单元和信号接受单元分别与射频切换开关相连，所述射频切换开关经环形器与所述天线相连。通过环形器实现了收发天线的共用。

优选地，所述信号发射单元和信号接受单元还分别与所述信号处理单元相连。通过所述信号处理单元完成对收发信号的处理。

优选地，所述信号发射单元包括若干发射机，所述信号发射单元基于信号发射需求和各发射机状态选择一个或多个发射机接入信号发射电路中。

优选地，所述信号接受单元包括若干接收机，所述信号接受单元基于信号接收需求和各接收机状态选择一个或多个接收机接入信号接收电路中。

优选地，如图4所示。所述供电单元包括控制单元、以及若干套电源模块、隔离控制电路和检测单元。各电源模块分别经隔离控制电路与电源总线相连，各检测单元一端与电源模块相连另一端与所述控制单元相连，且所述控制单元与各隔离控制电路相连。所述电源模块为AC或DC电源。

具体地，多个电源模块具备同样的输出接口，通过隔离控制电路接入电源总线。各检测单元时刻监控对应的电源模块的输出状态(电压、电流)，当出现异常后通过控制单元基于控制逻辑根据检测的结果，可控制隔离控制电路，立即切换至备用电源。

优选地，单电源模块工作时，其自身提供后端负载需要的电流。多电源模块工作时，通过隔离控制电路对电流进行均衡控制，多个电源模块均衡提供后端负载需要的电流，从而，减少了单个电源的负荷，提高了电源的使用寿命。

优选地，所述信号发射单元中各发射机分别与M个N选一射频切换开关相连通，所述N选一射频切换开关另一端与环形器相连通；其中，N为信号发射单元中发射机数量，M≤N-1。

优选地，所述信号接收单元中各接收机分别与P个Q选一射频切换开关相连通，所述Q选一射频切换开关另一端与环形器相连通，其中，Q为信号接收单元中接收机的数量，P≤Q-1。

发射机可用于和通道编码的调制放大，也可用于控制通道编码的调制和放大。

参考图5所示，具体地，为了保护发射机，备用时须连接至射频负载，所以发射通道的第一级应该连接一个三选一的射频开关。第二级开关的选择，取决于发射机通道的数量，示例中共有三个发射机通道，所以选择三选一的射频开关。通过环形器实现收发天线的共用。

图中实例，二次雷达天线共有三个接收通道，所以接收通道的第一级应该选择一个三选一的射频开关；第二级开关的选择，取决于接收机通道的数量，示例中共有四个接收机通道，所以选择四选一的射频开关。

进一步地，射频切换开关的类型选用插损低、可靠性高的微波射频开关。

优选地，所述信号处理单元内设有若干信号处理模块。信号处理单元基于信号处理需求和各信号处理模块的状态，选择将某信号处理模块实现与信号发射单元和/或信号接收单元相连。

具体地，本实施例信号处理单元内设有两个信号处理模块。两个信号处理模块具有相同的接口，信号处理之间的主备切换，关键在于IO口的方向控制。信号处理总线上的输入信号，经隔离电路后，再进入模块内部进行处理。信号处理总线上输出信号的控制有两部分，一部分是在FPGA内部，使用IOBUF进行输入输出的控制，参考图6所示，保证多个信号处理模块只有一个主输出；另一部分是在总线端使用支持高阻态的隔离芯片，保证在出现故障时，损坏端不会影响正常端的电平。

本发明的二次雷达装置通过对信号处理单元、信号发射单元、信号接收单元和供电单元进行了模块堆叠设计。打破了传统技术方案的双通道冗余设计的物理限制，将其中的模块按照功能进行分组，再利用链路拓扑连接成一个整体，最后按需从不同的集合中自由选择，组合出一个新的询问通道出来。

将传统技术方案中双通道冗余设计中的发射机拆分组合成独立的发射通道，把三通道接收机拆分成单通道接收机，然后按照功能分成：供电、发射、接收、信号处理四个组合。按需从四个集合中选择模块，然后组成一个完整的询问通道。模块间的自由组合，不仅盘活了每一个功能模块，而且通过分时复用、均衡控制等方法，降低了双通道冗余设计中单模块工作的负荷。

模块堆叠设计打破了双通道冗余设计中的通道约束，实现了模块间的自由组合，理论上可以无限制的增加二次雷达系统的可靠性。

对比图2和图3可以发现，双通道冗余的二次雷达产品功能模块数量为15个，基本可靠性指标大于1500小时；模块堆叠的二次雷达产品功能模块数量为13个，基本可靠性指标大于2200小时；因此，模块堆叠的二次雷达产品基本可靠性优于双通道冗余的二次雷达产品。

模块堆叠的二次雷达产品实现了模块的自由重组，所以其任务可靠性取决于模块堆叠的数量。图2的任务可靠性指标大于20000小时，图3的任务可靠性设计指标大于32000小时，若配置与双通道冗余相同数量的收发模块，模块堆叠的二次雷达产品其任务可靠性还会有更进一步的提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于链路拓扑和模块堆叠的二次雷达装置，其特征在于，所述二次雷达装置包括供电单元、信号发射单元、信号接受单元、信号处理单元、射频切换开关、环形器和天线，其中所述供电单元被配置为为各功能单元提供电力；

所述信号发射单元和信号接受单元分别与所述射频切换开关相连，所述射频切换开关经环形器与所述天线相连；

所述信号发射单元和信号接受单元还分别与所述信号处理单元相连；

所述信号发射单元包括若干发射机，所述信号发射单元基于信号发射需求和各发射机状态选择一个或多个发射机接入信号发射电路中；

所述信号接受单元包括若干接收机，所述信号接受单元基于信号接收需求和各接收机状态选择一个或多个接收机接入信号接收电路中。

2.如权利要求1所述的二次雷达装置，其特征在于，所述信号处理单元内设有若干信号处理模块；信号处理单元基于信号处理需求和各信号处理模块的状态，选择将某信号处理模块实现与信号发射单元和/或信号接收单元相连。

3.如权利要求1所述的二次雷达装置，其特征在于，所述信号发射单元中各发射机分别与M个N选一射频切换开关相连通，所述N选一射频切换开关另一端与环形器相连通；其中，N为信号发射单元中发射机数量，M≤N-1。

4.如权利要求3所述的二次雷达装置，其特征在于，当信号发射单元中各发射机处于备选状态时，各发射机连接有射频负载。

5.如权利要求1所述的二次雷达装置，其特征在于，所述信号接收单元中各接收机分别与P个Q选一射频切换开关相连通，所述Q选一射频切换开关另一端与环形器相连通，其中，Q为信号接收单元中接收机的数量，P≤Q-1。

6.如权利要求1所述的二次雷达装置，其特征在于，所述供电单元包括控制单元、以及若干套电源模块、隔离控制电路和检测单元，

各电源模块分别经隔离控制电路与电源总线相连，各检测单元一端与AC-DC电源模块相连另一端与所述控制单元相连，且所述控制单元与各隔离控制电路相连。

7.如权利要求6所述的二次雷达装置，其特征在于，所述电源模块为AC或DC电源。

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