航管二次監(jiān)視雷達地面詢問編碼器的FPGA設計
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引 言
隨著航空事業(yè)的發(fā)展，空中流量的增加使空中交通管理系統(tǒng)的作用顯得非常重要。空管人員利用雷達為已被識別的航空器提供管制服務，可以從雷達屏幕上看到飛機的信息參數(shù)。在航管體系中，常規(guī)模式及S模式技術用于監(jiān)視功能，建立在獨立編址，選擇詢問的基礎之上，信息交換是通過將上行詢問內容和下行應答內容進行脈沖編碼實現(xiàn)。編碼器是整個雷達的中心，用于產(chǎn)生整機同步信號和詢問信號。因此，具有高優(yōu)良性能詢問機編碼器脈沖編碼信號處理技術至關重要。同時對雷達信號處理的實時性提出了嚴格的要求，在毫秒級的時間內完成對應答信號的處理，完成目標識別，給出目標飛行器的信息參數(shù)；同時在設備體積、功耗方面的嚴格要求使信號處理設備必須向小型化、智能化、可編程的趨勢發(fā)展，又要求信號處理系統(tǒng)具有高可靠性和系統(tǒng)升級的需要。
現(xiàn)場可編程邏輯器件及其相關技術是當代微電子技術迅速發(fā)展的產(chǎn)物，FPGA是一種多用途、高密度的可重復編程邏輯門陣列。與傳統(tǒng)技術相比，FPGA不僅具有設計方便，靈活和校驗快等特點，可以大大縮減研發(fā)時間，減少設計費用，降低設計風險；同時將：FPGA技術、微控制器、雷達顯控界面結合的系統(tǒng)應用于設計高性能的雷達信號處理機，可提高系統(tǒng)集成度，減小電路規(guī)模，從而提高可靠性，無論在速度、體積方面，還是在設計的靈活性上都能適應現(xiàn)代雷達信號處理系統(tǒng)的要求。
1 航管二次雷達地面詢問編碼器的工作原理
1．1 編碼器功能描述
航管二次雷達地面站收發(fā)系統(tǒng)由編碼器、詢問器、接收機三部分組成。如圖1所示，編碼器是整個雷達的中心，它有三個作用：
(1)產(chǎn)生整機的同步脈沖。它可以工作于外同步和內同步兩種方式。當同步脈沖工作于內同步，即當二次雷達獨立工作時，產(chǎn)生重復頻率f=150～450 Hz的整機同步信號S0。當二次雷達和一次雷達配合工作時，由一次雷達提供整機同步觸發(fā)信號，即外同步時，二次雷達的重復頻率f2和一次雷達的重復頻率 f1有以下的關系：
①當150 Hz≤f2≤450 Hz時，f2=f1；
②當450 Hzf2≤900 Hz時，f2=1／2f1；
③當900 Hzf2≤1 350 Hz時，f2=1／3f1。
民航規(guī)定f2≤450 Hz。重復頻率的選擇取決于作用距離的大小。
(2)產(chǎn)生各種詢問模式。
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發(fā)射機在詢問脈沖的調制下，產(chǎn)生1 030 MHz的射頻脈沖，經(jīng)三端環(huán)形器送到天線。天線在同步脈沖的控制下，將P1，P3進入和通道，P2進入差通道。接收機在將1 090 MHz的射頻應答信號轉換成視頻信號，送至終端裝置進行處理。
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