引言
二次雷達也叫做空管雷達信標系統(tǒng)(Air TrafficControl Radar Beacon System，ATCRBS)。它最初是在空戰(zhàn)中為了使雷達分辨出敵我雙方的飛機而發(fā)展的敵我識別系統(tǒng)，當把這個系統(tǒng)的基本原理和部件經(jīng)過發(fā)展后用于民航的空中交通管制后，就成了二次雷達系統(tǒng)。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(jīng)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(guī)的二次監(jiān)視雷達。常規(guī)二次監(jiān)視雷達實現(xiàn)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)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(guī)二次雷達相比實現(xiàn)了一次質(zhì)的飛躍。
國內(nèi)自主研發(fā)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(fā)展起來的二次雷達系統(tǒng)。現(xiàn)今國內(nèi)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(nèi)自主研發(fā)的政策下，國內(nèi)的一些廠家也緊跟國外技術(shù)開始研發(fā)屬于中國的二次雷達及其終端顯示系統(tǒng)。
民航航管系統(tǒng)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(tǒng)對雷達系統(tǒng)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(xù)性，雙通道之間的切換單元在監(jiān)控計算機命令下迅速切換。
1 射頻切換系統(tǒng)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(tǒng)中，切換控制板接收監(jiān)控計算機發(fā)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(guān)發(fā)出切換信號，實現(xiàn)對三路射頻信號與兩個通道間的切換，三路(∑，△，Ω)開關(guān)的工作狀態(tài)一致，即同時工作在A通道或同時工作在B通道，三路開關(guān)的狀態(tài)隨時通過控制電纜以TTL差分方式送給數(shù)據(jù)處理。根據(jù)二次雷達的技術(shù)指標，射頻開關(guān)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(guān)TN6K31，該開關(guān)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(tǒng)的指標。
射頻切換系統(tǒng)中切換控制單元的原理如圖2所示。
在射頻切換系統(tǒng)的控制電路中，選用Lattice公司的EPLD作為主處理芯片(ispLS11032E)，該芯片有64個I／O端，8個指定輸入端，6 000個邏輯門，192個寄存器，最大時延小于等于12 ns，通過簡單的5線接口，即可用PC機對線路板上菊花鏈結(jié)構(gòu)的最多8個芯片進行編程。
切換開關(guān)工作原理為：A通道輸入選通控制脈沖時，如當前開關(guān)工作在A通道，則維持在A通道，不作切換；如當前開關(guān)工作在B通道，則切換到A通道。同樣，B通道輸入選通控制脈沖時，如當前開關(guān)工作在B通道，則維持在B通道，不作切換；如當前開關(guān)工作在A通道，則切換到B通道。即同時工作在A通道或同時工作在B通道，三路開關(guān)的狀態(tài)隨時通過控制電纜以TTL差分方式送給數(shù)據(jù)處理。
在射頻切換控制板中信號流程如下：監(jiān)控計算機發(fā)出的差分切換脈沖經(jīng)差分接收器接收后，進入可編程EPLD，在EPLD內(nèi)利用硬件語言實現(xiàn)了對切換脈沖的濾波、脈沖判斷、框架判斷等，確認該信號為計算機切換命令而不是外來干擾后，發(fā)出切換信號到驅(qū)動單元，切換信號經(jīng)驅(qū)動單元到開關(guān)TN6K31的控制端，實現(xiàn)切換動作。
2 系統(tǒng)實現(xiàn)的具體細節(jié)
2．1 信號濾波與毛刺抑制
二次雷達監(jiān)控計算機發(fā)出的通道切換信號是脈沖編碼信號。由于雷達工作電磁環(huán)境復雜，所以在系統(tǒng)內(nèi)部要判斷該信號是否為于擾信號，在系統(tǒng)中首先進行切換信號前、后沿的提取，將切換信號輸入兩個寄存器，加以門電路實現(xiàn)，如圖3所示。
LE與TE分別切換信號的前沿與后沿，在經(jīng)過一系列寄存器，使前沿與后沿分別用觸發(fā)器進行延時，根據(jù)前沿與后沿間間隔可以判斷出脈沖的寬度，對于不符合切換條件的毛刺與噪聲進行抑制。
2．2 框架檢測
正常情況下，監(jiān)控計算機發(fā)出的切換脈沖的兩個脈沖的間隔為20 ms，在切換控制系統(tǒng)中使用的時鐘為8．276 MHz，因此，一個切換命令的兩個脈沖的時間間隔就認為兩個前沿間有167，168或169個時鐘周期。在該系統(tǒng)中，脈沖編碼的檢測是根據(jù)比較延時的前沿與非延時情況下的重合情況，延時的前沿對應于框架脈沖F1，非延時的前沿對應脈沖F2，F(xiàn)1相對于F2延時20ms，由于F2相對于F1有三個時鐘脈沖的變化范圍，F(xiàn)2與F1的前沿延時167，168或169個時鐘周期的任一個對齊，都認為是一個正確的框架。框架檢測示意如圖4所示。
3 結(jié)語
雷達的發(fā)展和更新?lián)Q代不僅對雷達的性能提出了更高的要求，而且對實現(xiàn)的方式也提出了新的要求。集成度高、性能好、體積小已經(jīng)成為雷達設計的必然要求。飛機密度的不斷增加，對雷達系統(tǒng)的可靠性，提出了更嚴格的要求，為了提高可靠性，現(xiàn)代雷達使用雙機熱備份冗余設計，雙機中切換部分的可靠性關(guān)系到雷達的整體性能，用硬件設計語言編程EPLD方法處理二次雷達的切換信號具有很大的優(yōu)越性。