航管二次雷達射頻切換單元FPGA實現

引言
二次雷達也叫做空管雷達信標系統(Air TrafficControl Radar Beacon System，ATCRBS)。它最初是在空戰中為了使雷達分辨出敵我雙方的飛機而發展的敵我識別系統，當把這個系統的基本原理和部件經過發展后用于民航的空中交通管制后，就成了二次雷達系統。二次雷達是在地面站和目標應答器的合作下，采用問答方式工作，它必須經過兩次有源輻射電磁波信號才能完成應有的功能。
單脈沖二次雷達是按照雷達方位角度定位體制的不同而定義的，有別于常規的二次監視雷達。常規二次監視雷達實現一個目標定位需要利用雷達定向主波瓣中對這個目標的所有應答，而單脈沖二次雷達理論上只需要利用一次詢問的應答即能準確定位。單脈沖技術應用于二次雷達，使對目標的測量可以方便的基于多個波束，有效地增加了數據冗余度，提高了角度測量的精度。對應答處理而言，單脈沖技術的應用，大大提高了在混疊或交織情況下對應答碼的解碼能力，使單脈沖二次雷達與常規二次雷達相比實現了一次質的飛躍。
國內自主研發航管二次雷達在近10年間才開始，落后于國外20世紀80年代就發展起來的二次雷達系統。現今國內主要民用機場使用的二次雷達大多使用的是國外設備。如美國Raytheon二次雷達，意大利Alenia二次雷達，日本東芝雷達。在中央大力提倡國內自主研發的政策下，國內的一些廠家也緊跟國外技術開始研發屬于中國的二次雷達及其終端顯示系統。
民航航管系統的基本要求是安全、迅速和有秩序地將乘客和貨物從某一地點空運到另一指定地點。空中交通管制就是為達到此目的而建立的重要服務體系。為了滿足民航系統對雷達系統可靠性的要求，雷達的設計采用了雙通道熱備份設計，目的是在當前通道故障的
情況下，保證航跡輸出的連續性，雙通道之間的切換單元在監控計算機命令下迅速切換。

1 射頻切換系統組成
單脈沖二次雷達應答信號處理的基本流程如圖1所示。

在射頻切換系統中，切換控制板接收監控計算機發出的切換命令，當確認要求進行切換時，通過切換控制板向切換開關發出切換信號，實現對三路射頻信號與兩個通道間的切換，三路(∑，△，Ω)開關的工作狀態一致，即同時工作在A通道或同時工作在B通道，三路開關的狀態隨時通過控制電纜以TTL差分方式送給數據處理。根據二次雷達的技術指標，射頻開關的耐峰值功率大于2．5 kW，耐平均功率大于20 W。
在設計中，選擇了射頻開關TN6K31，該開關有足夠的頻寬和線性，確保信號不失真，插入損耗小于0．3 dB，通道隔離度大于70 dB，滿足雷達系統的指標。
射頻切換系統中切換控制單元的原理如圖2所示。