SELEX二次雷达接收机测试系统的设计实现

申天生

【摘要】 本文阐述了基于大容量可编程器件FPGA以及单片机为硬件平台的SELEX二次雷达接收机测试系统的设计实现方法。该系统采用软、硬件结合的方法，具有高速、稳定、开放性好等优点，通过该测试系统能够实现SELEX二次雷达的状态监控，参数测量，故障定位。

【关键词】 二次雷达 接收机 测试系统

随着民航事业的发展，飞行流量的增加，国内管制方式逐渐由程序管制转向雷达管制，航管二次雷达在空中交通管制中发挥着越来越重要的作用。本文就以SELEX公司生产的SIR-S二次雷达为例，研究了如何利用FPGA设计一套雷达接收机测试系统，利用此测试系统，能够方便快捷的定位及修复接收机的故障。

一、系统架构

本测试系统作为意大利SELEX公司的SIR-S的配套测试设备，设计时以模块化和可独立工作为设计原则，根据要求，该测试系统应具有以下功能：1）产生指定模式的应答脉冲；2）能够实时监控并监测二次雷达接收机的状态；3）能够测量二次雷达接收机的相关参数并显示。为此，此测试系统分为显示及控制终端、信号处理及控制部分、信号源部分以及测量单元四个部分组成。出于对系统稳定性、可靠性及可扩展性等方面的考虑，选用FPGA作为核心处理平台。FPGA是Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列。它由可编程逻辑单元、输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核组成。具有高集成度和高可靠性以及设计灵活程度高等优点。本测试系统的系统架构如图所示：

图1 接收机测试系统框图

二、设计实现

2.1 终端控制及显示单元

该单元主要功能主要功能为状态及测量结果的显示以及控制指令的发出，可分为人机交互界面以及显示控制设备两部分。终端单元与信号处理及控制部分采用RS232串行接口连接，其格式应符合RS232标准串口要求。

2.2 信号处理及控制部分

1、单片机。单片机作为模块功能控制中枢，担任控制指令的接收与发出、数据读写的寻址、数据信息的通信，使整个模块相互配合、协调工作。本设计中，选用ATMEL公司的AT89S8252八位单片机，它是一個低功耗，高性能的CMOS 8-bit微处理器，具有以下功能：兼容51系列单片机；2Kb的EEPROM；32条可编程I/O线；3个16-bit时钟/计数器；256*8-bit的内置RAM等；控制程序采用 keil开发环境， C语言设计方法。2、FPGA。FPGA器件为此测试系统的核心部件，作为模块的主要数据存储器与逻辑运算器使用。通过预先编写的程序，将控制指令、状态参数和测量参数对应的逻辑关系存储于其中。当接 收到来自单片机的指令时，根据程序选址运算，找出对应的逻辑关系。本测试系统采用Altera公司的Stratix系列的 FPGA。它具有功能及接口丰富、工艺先进、功耗低、灵活扩展等优点。开发系统采用官方推荐的Quratus II设计软件。

2.3 信号源部分

信号源部分即信号产生部分。它的功能是根据终端的指令以及FPGA的控制产生需要的应答射频信号。它包括射频源、混频器、射频开关等部分。其中射频源由锁相环电路产生稳定的60MHZ调制RF信号。经由来自发射机的1030MHZ本振信号进行混频产生1090MHZ的调制RF信号，再经由FPGA控制的射频开关，并经过滤波放大等，产生出所需要的接收射频信号。

2.4 测量部分

测量部分由功率测量单元，频率测量单元，波形产生单元组成，可完成接收机参数如窄脉冲抑制、功率、频率稳定度、接收机灵敏度，动态范围等的测量。RXCM作为接收机与录取器，发射机之间的接口单元，测量单元能从RXCM的接口中采集所需数据。

1、RXCM板

在SELEX二次雷达中，RXCM板主要执行以下功能：

---- 它将RX组件与其他单位隔离开；

---- 它收集以下BITE信号：

NO.8 BITE信号，来自RF，TTG，LOG-IF和PD部分，用于监测相应组件状态；

NO.3 BITE信号，来自风扇，用于监测风扇状态；

NO.3 BITE信号，来自电源，用于监测电源状态；

NO.1 BITE信号，来自热电偶器件，用于监测温度。

---- 它将上述BITE信号转换为串行信号，并将相关信息通过光电隔离串口线RS-422发送至RPCM；

---- 它将一般故障信号和+5 V电源故障信号发送至RPCM；

---- 它对数字输入信号和RPCMs传输来的数字信号进行管理；

---- 它从RPCMs传输来的定时信号进行管理。

2、测量单元

各测量单元将从RXCM相应引脚采集来的信号进行测量，并将结果输出至FPGA。

三、结束语

该测试系统具有功能丰富、简单易操作等优点，可快速有效的定位SELEX SIR-S二次雷达接收机的故障，测量接收机的参数，方便雷达机务员快速的排除接收机的故障。