一種空管二次雷達(dá)性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘 要】提出一種空管二次雷達(dá)性能測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)PCI結(jié)合DMA的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)天線信號(hào)的引接及傳輸，最終在終端PC機(jī)上通過(guò)C#編程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示，得出具體的雷達(dá)性能數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線圖。系統(tǒng)占用資源少，可以部署在筆記本電腦，為空管二次雷達(dá)的技術(shù)保障提供一種技術(shù)手段。

【關(guān)鍵詞】二次雷達(dá);性能測(cè)試;空管;C#

1 引言

空管二次雷達(dá)是當(dāng)前空管系統(tǒng)主要的探測(cè)設(shè)備，其能夠?yàn)楣苤谱詣?dòng)化系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的目標(biāo)信息。通常，一套即將投入運(yùn)行的二次雷達(dá)需要經(jīng)過(guò)多個(gè)步驟的測(cè)試，測(cè)試需要的設(shè)備和儀器也較為復(fù)雜，而且在運(yùn)行過(guò)程中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還給予了定期維護(hù)、檢修的具體要求，這對(duì)于一線技術(shù)保障而言是一項(xiàng)必須按時(shí)、按量、按質(zhì)完成的基礎(chǔ)工作。本文從實(shí)際出發(fā)提出一種二次雷達(dá)天線測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在二次雷達(dá)不停機(jī)的情況下接受雷達(dá)發(fā)射的詢問(wèn)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，提高技術(shù)保障效率。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要組成為測(cè)試天線、下位機(jī)、終端PC機(jī)。通過(guò)部署測(cè)試天線接收二次雷達(dá)L波段射頻信號(hào)進(jìn)行分析，下位機(jī)利用PCI結(jié)合DMA方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整傳輸，通過(guò)終端PC機(jī)進(jìn)行雷達(dá)抗干擾、抗混疊處理，并最終實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線信息的動(dòng)態(tài)顯示（主要繪制天線水平方向圖及測(cè)試結(jié)果，智能檢測(cè)天線增益、計(jì)算饋線插損以及發(fā)射機(jī)功率等參數(shù)）。為了進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，PCI采用PCI1714高速數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)將存于板載FIFO中，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到50%時(shí)系統(tǒng)將會(huì)對(duì)DMA發(fā)送請(qǐng)教并通過(guò)內(nèi)存存取直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端PC機(jī)中。

3 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

3.1 數(shù)據(jù)采集軟件模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集分析主要由波形檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集及DMA數(shù)據(jù)處理組成。其中，數(shù)據(jù)采集頂層將會(huì)接收DMA處理模塊反饋的信息控制前兩者的參數(shù)設(shè)置。

在數(shù)據(jù)的處理流程上，系統(tǒng)首先進(jìn)行設(shè)備的初始化設(shè)置，并通過(guò)調(diào)用函數(shù)的形式使能事件通知，采用函數(shù)開(kāi)啟高速數(shù)據(jù)采樣。整個(gè)過(guò)程，系統(tǒng)同時(shí)檢測(cè)當(dāng)前事件類型，判斷緩存區(qū)是否達(dá)到50%容量，如若是則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，反之則返回到高速數(shù)據(jù)采樣步驟。本次數(shù)據(jù)采集傳輸完畢后（收到停止位）系統(tǒng)將循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行下一次高速數(shù)據(jù)采樣。系統(tǒng)在軟件數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要將設(shè)備句柄指向具體設(shè)備，并為DMA傳輸分配內(nèi)存資源，釋放空間則可以通過(guò)函數(shù)進(jìn)行句柄空間釋放。

正常工作時(shí)，在機(jī)場(chǎng)附近系統(tǒng)容易出現(xiàn)同時(shí)檢測(cè)到多部二次雷達(dá)信號(hào)，因此必須對(duì)其他非檢測(cè)的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行去除。此處可以通過(guò)動(dòng)態(tài)門限滑窗檢測(cè)的方法計(jì)算出雷達(dá)周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)門限值，獲得有效脈沖信號(hào)序列，進(jìn)而去除異步干擾信號(hào)得到關(guān)注的二次雷達(dá)信號(hào)序列。

系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)值求出生成動(dòng)態(tài)門限值，通過(guò)比較采樣值和門限值確定脈沖的位置和寬度，檢測(cè)具體的上升沿和下降沿，精確獲取脈沖的位置和寬度，再進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波得出幅度值。在去除異步干擾上，系統(tǒng)可以任意取一個(gè)有效的脈沖信號(hào)，判斷其是否為異步干擾脈沖，通過(guò)幅度值及初始化的P1、P2、P3的時(shí)間關(guān)系計(jì)算出動(dòng)態(tài)門限并進(jìn)行前后檢測(cè)，如若有匹配的脈沖則判斷其為異步干擾。在脈沖分組提取上，系統(tǒng)可以選取一個(gè)有效脈沖，并遍歷獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行是否有匹配的有效脈沖判斷，如若有，則判斷該脈沖為P1并同時(shí)確定P2和P3，將三者記錄為某一雷達(dá)有效脈沖信號(hào)分組序列。當(dāng)然，為了得到盡可能高的門限值，提高判斷的性能，計(jì)算門限需要設(shè)置一個(gè)較大的脈沖重復(fù)周期，采用滑動(dòng)方式即可，針對(duì)采取處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度并不需要過(guò)長(zhǎng)的設(shè)置。

綜上所述，系統(tǒng)在多雷達(dá)信息提取上，需要在多雷達(dá)信息中提取完整的每部雷達(dá)信息包括詢問(wèn)信號(hào)的主瓣寬度以及脈沖重復(fù)頻率。設(shè)計(jì)上首先進(jìn)行選擇分組序列，判斷P1和P3是否有幅度和時(shí)間的一致性，如若有則提取主瓣脈沖的具體位置和幅度信息進(jìn)行多雷達(dá)的區(qū)分，實(shí)現(xiàn)對(duì)非主瓣分組標(biāo)定和最佳主瓣（功率值最大，代表了雷達(dá)的發(fā)射功率）的提取。另外，雷達(dá)的天線旋轉(zhuǎn)周期則可以根據(jù)檢測(cè)兩個(gè)同屬一部雷達(dá)的最佳主瓣之間的時(shí)間間隔確定。

3.2 終端PC機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

終端PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要分為網(wǎng)絡(luò)接收模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和圖形繪制模塊。為提高開(kāi)發(fā)效率，系統(tǒng)通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)上首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊接收接收來(lái)自前端的數(shù)據(jù)，并將其提交給數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)格式分析。數(shù)據(jù)分析模塊則將分析結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示以及提交繪制參數(shù)數(shù)據(jù)給繪制模塊，最終在繪制模塊中實(shí)現(xiàn)對(duì)界面曲線的繪制。實(shí)現(xiàn)中，數(shù)據(jù)單元將以具體雷達(dá)識(shí)別為準(zhǔn)，建立其雷達(dá)天線數(shù)據(jù)性能列表，繪制模塊只需要遍歷具體的列表則可以快速繪制曲線圖。為了開(kāi)發(fā)便捷，雷達(dá)天線數(shù)據(jù)將建立天線類，C#對(duì)該類進(jìn)行屬性定義，后續(xù)的操作將轉(zhuǎn)換為對(duì)天線類的對(duì)象的具體屬性的操作。類的引入為程序的后期擴(kuò)展和升級(jí)提供了良好的接口。而對(duì)于具體的曲線繪制，系統(tǒng)可以利用C#提供的豐富的系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行，在C#中基礎(chǔ)繪制函數(shù)部分代碼如下：

Bitmap B = new Bitmap（1920，1080）;//定義畫(huà)布的大小

Graphics G = Graphics.FromImage（B）;

FuncDrawBasePic（ref G）;

FuncDrawDynamicPic（ref G）;

Graphics g = Graphics.FromHwnd（MyBox.Handle）;

g.DrawImage（B，new Point（0，0））;//在內(nèi)存中畫(huà)完后顯示在控件上，避免閃爍

4 測(cè)試效果

此處以民航汕頭空管站梅崗山Thales二次雷達(dá)為例，在距離其20KM左右的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，得出天線，軟件測(cè)試結(jié)果界面如圖1所示。可以看出，該雷達(dá)在-3dB和-10dB的主瓣寬度分辨為2.9deg和5.23deg，天線的旋轉(zhuǎn)周期為3.95s，峰值功率為2.2KW，天線增益為23dB，線損為6dB，與廠家給出的整機(jī)性能測(cè)試指標(biāo)要求一致。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從實(shí)際出發(fā)，提出一種空管二次雷達(dá)性能測(cè)試的方案，并通過(guò)部署PCI結(jié)合DMA的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，最終通過(guò)C#編程實(shí)現(xiàn)了終端PC對(duì)性能參數(shù)的獲取和顯示，為空管二次雷達(dá)的技術(shù)維護(hù)和保障提供一種手段。

參考文獻(xiàn)：

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[2]探究航管二次雷達(dá)天線測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].陳兵.通訊世界.2017（17）

作者簡(jiǎn)介：

謝東穎，1995年3月，男，漢族，本科學(xué)士，助理工程師，研究方向：雷達(dá)信號(hào)處理。

（作者單位：民航汕頭空管站）