便攜式雷達天線系統(tǒng)測試與控制平臺的設計研究

陳金龍 白宇 張翹

摘 要：雷達天線系統(tǒng)主要為了實現(xiàn)雷達的跟蹤定位，要求雷達定位控制精度高、響應速度快。傳統(tǒng)的雷達檢測設備體積龐大，雖然可以完成測量工作，但是只能作為內(nèi)場的檢測設備，無法將其應用在外場檢測需求中，在跟蹤定位過程中容易受到周圍環(huán)境的干擾，影響到測量性能。隨著計算機技術、電力電子技術的發(fā)展，現(xiàn)代雷達系統(tǒng)逐漸向集成化方向發(fā)展，為了確保雷達天線系統(tǒng)的內(nèi)外檢測需要，采用嵌入式系統(tǒng)、通用操作系統(tǒng)、專業(yè)檢測軟件的測試與控制系統(tǒng)平臺，可以縮小雷達天線系統(tǒng)測試的體積，方便攜帶，改變過去雷達天線系統(tǒng)體積龐大的局限性，更有利于雷達天線系統(tǒng)的應用發(fā)展。

關鍵詞：便攜式雷達;天線系統(tǒng)測試;控制平臺

引言：

雷達是通過向探測目標發(fā)射電磁波，并將接收器電磁波反射的回波，從而測量出探測目標和電磁波發(fā)射點位置的距離、徑向方向、方位、高度等信息，確定測定目標的空間信息的電子設備。雷達技術不需要受到天氣狀況、測量距離等自然因素的影響，可以穿透物體，空間分辨率可以達到幾十米，具有全天候、全天時的特點，因此廣泛應用在土壤濕度調(diào)查、地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)尋找、森林資源調(diào)查、軍事等各個領域。雷達天線系統(tǒng)與控制平臺是實現(xiàn)雷達定位、跟蹤能力的關鍵系統(tǒng)，影響到雷達探測最終空間位置信息的精度和準度。傳統(tǒng)的雷達天線測試設備體積龐大、操作復雜、不宜攜帶，一定程度上影響了雷達天線測試系統(tǒng)與控制平臺的應用。便攜式雷達天線系統(tǒng)測試與控制平臺在設計的時候，綜合了實際檢測需要、檢測環(huán)境、能耗以及體積等各方面的需求，確保雷電天線系統(tǒng)測試與控制平臺不僅可以完成天線的檢測任務，而且還可以滿足雷達天線內(nèi)外檢測的需求。

1.雷達天線測控平臺的需求分析

某型號的雷達天線系統(tǒng)包括掃描器、電子控制放大器構成，掃描器是由天線穩(wěn)定平臺、方位驅(qū)動單元、反射體三部分構成，液壓驅(qū)動器控制掃描器的方位、俯仰轉(zhuǎn)動、橫滾穩(wěn)定，天線主要有水平極化、園極化、垂直極化;電子控制放大器是掃描器和雷達數(shù)據(jù)處理器的接口，當雷達系統(tǒng)開始工作時，雷達探測的數(shù)據(jù)處理器接收到操作臺的信號，數(shù)據(jù)處理器將信號發(fā)送給電子控制放大器，電子控制放大器控制掃描器帶動天線組件開始運動，并對掃描件、電子放大器內(nèi)部運行狀態(tài)進行監(jiān)控。根據(jù)雷達天線系統(tǒng)的工作原理，需要對雷達天線系統(tǒng)進行檢測，并對天線系統(tǒng)進行測試，才能確保雷達天線有序運行。

2.便攜式雷達天線系統(tǒng)測試與控制平臺的設計

便攜式雷達天線系統(tǒng)測試與控制平臺包括硬件部分和軟件部分，在設計的時候，需要結合到便攜式雷達天線系統(tǒng)的需求。

2.1便攜式雷達天線系統(tǒng)的硬件設計

便攜式雷達天線系統(tǒng)測控平臺主要用于檢測雷達天線系統(tǒng)故障，因此需要考慮到雷達實際工作需求，同時還要考慮到未來雷達技術和設備的發(fā)展，讓測控平臺具有一定的兼容性、擴展性。因此，雷達天線測控平臺采用便攜式箱體、28V—115V400Hz電源組件，采用嵌入式處理器、專用檢測板卡、windows操作系統(tǒng)以及專用檢測軟件，確保整個雷達天線測控平臺的便捷性、可靠性。雷達天線系統(tǒng)測控平臺的硬件由ARM嵌入式處理器、專用檢測卡板、電源模塊、通信模塊、供電電纜、顯示屏等。其中嵌入式處理器是整個雷達天線測控系統(tǒng)的中心，發(fā)布測控信號，并對測試結果進行分析、處理，處理后直接將其顯示在顯示屏上;電源模塊主要負責提供電源;通信模塊負責整個測控平臺的網(wǎng)絡通信，電纜主要負責被測天線系統(tǒng)與測控平臺的數(shù)據(jù)信號傳輸，下圖為雷達天線測控系統(tǒng)的硬件結構：

2.1.1嵌入式處理器

ARM嵌入式處理器是高性能的處理器，是目前的主流方向，在嵌入式設備、可穿戴智能設備、智能手機、平板電腦以及物聯(lián)網(wǎng)設備中廣泛應用。嵌入式處理器主要負責控制整個雷達天線測控平臺，確保整個平臺有序運行。嵌入式處理器其實是一個微型計算機系統(tǒng)，它采用超大規(guī)模集成電路技術把中央處理器、隨機存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器和計數(shù)器等功能集成到一塊硅片上形成一個小的微型計算機系統(tǒng)。體積小、質(zhì)量輕、價格便宜，可以連續(xù)工作六七十個小時無障礙工作，因此在工業(yè)領域廣泛應用。

2.1.2檢測板卡

雷達天線測控需要模擬、處理、開關量信號、方位轉(zhuǎn)速信號等大量信號，因此需要信號板模塊，信號板模塊就是檢測板卡，是雷達天線測控平臺重要的一部分，主要為被測設備掃描器和電子放大器提供需要的各種信號。

2.1.3電源模塊

雷達天線系統(tǒng)測控平臺不僅為內(nèi)部檢測板卡供電，而且還要為被測量的掃描件和電子控制放大器供電。為了滿足測控平臺的供電需求，采用28V、220V雙電源供電模式，滿足內(nèi)外場的測試需求。

2.1.4通信模塊

通信模塊是實現(xiàn)雷達天線測控平臺執(zhí)行命令的傳遞以及各個模塊的信息傳遞，因此必須制定合適的通信方案，確保雷達天線測控平臺的信息傳遞。

2.2雷達天線測控平臺的軟件設計

雷達天線測控平臺的運行需要軟件支撐，軟件的性能直接影響到雷達天線測控工作的正常開展，是實現(xiàn)雷達天線測控平臺數(shù)據(jù)分析、處理、存儲、顯示的關鍵。根據(jù)雷達天線測控平臺的工作要求，結合整個測控平臺的硬件系統(tǒng)，因此測控拼圖的軟件系統(tǒng)包括運行平臺也就是windows操作系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)的應用軟件。雷達天線測控系統(tǒng)軟件采用應用層、管理層、物理層分布式結構。根據(jù)這種分布式系統(tǒng)的要求，運行平臺采用Hardtop平臺通過Hardtop分布式文件系統(tǒng)，讓用戶可以利用Hardtop輕松構建分布式計算機平臺，并充分利用Hardtop的集群能力和計算能力，實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)信息的處理，確保整個系統(tǒng)的規(guī)范化、可靠性、分層分布、開放性等要求。

結束語：

便攜式雷達天線測控平臺需要綜合場內(nèi)外工作環(huán)境，雷達天線測控系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計都采用通用性、標準化的設計模式，確保整個測控平臺的兼容性、可拓展性，為后續(xù)平臺的擴展提供可能性。

參考文獻

[1] 董華，溫倩，初曉軍.便攜式雷達天線系統(tǒng)測試與控制平臺的設計[J].計算機測量與控制，2014，22（3）：787-789.

[2] 溫倩.便攜式雷達天線系統(tǒng)測控平臺的關鍵問題研究[D].江西：南昌航空大學，2014.