基于PIC单片机串行轮询通信的相控阵雷达发射机监控设计

夏光滨　方勇　赵伟东

摘 要：相控阵雷达发射机长时间工作后，经常出现个别功率放大模块和线缆老化，辐射方向图和波束指向均会发生偏移，进而对精度和探测范围产生影响。该文介绍了相控阵雷达发射的基本原理，讨论了应用PIC单片机与发射模块传感器串行轮询通信的优点和监控系统通信设计过程，使用低成本的有效、可靠方法实现了相控阵雷达发射机全部功率放大模块的有效实时监控，从而降低相控阵雷达检修维护的难度。

关键词：相控阵 发射机 监控设计 单片机 串行轮询

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（b）-0074-02

Abstract：Ageing of the power amplifier modules or cables will make accuracy of the phased array radar reduced. The paper demonstrates the theory of the phased array radar transmitter，analyzes the merits of the PIC microcontroller serial alternation communication and the process of communication，actualizes the monitor of phased array radar transmitter reliably in a low-cost method.

Key Words：Phased array； Transmitter； Design of monitor； Microcontroller；Alternation communication

1 相控阵雷达发射原理

相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，其快速而精确转换波束的能力使雷达能够在1 min内完成全空域的扫描。所谓相控阵雷达是由大量相同的辐射单元组成的雷达面阵，每个辐射单元在相位和幅度上独立受波控和移相器控制，能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。雷达工作时发射机通过馈线网络将功率分配到每个天线单元，通过大量独立的天线单元将能量辐射出去并在空间进行功率合成，形成需要的波束指向。

相控阵雷达的发射系统由数十至上百块功率放大模块组成，通过相控阵天线采用集中式发射，集中向天线面阵馈电并通过移相控制波束方向，发射馈线损耗较大，同时放大模块故障率较高。相控阵发射机长时间工作后，经常出现个别功率放大模块和线缆老化情况，虽然不会使雷达整体停止工作，但辐射方向图和波束指向均会发生偏移，进而对雷达精度和探测范围产生影响，亟需低成本的有效、可靠方法实现发射机全部功率放大模块的有效实时监控，从而降低相控阵雷达检修维护的难度。

2 PIC单片机与传感器串行组网

发射机功率放大模块内置传感器，可以直接监控是否在发射端口实际产生了电磁脉冲。发射模块传感器通信信号简单，除故障信号电平外只提供脉冲是否达到门限值的0/1信号。传感器具有RS232C电平串行数字通信功能，免去了传统模拟量监测时大量的模/数转换器件。由于传感器数量众多，串行轮询通信网络又极大地减少了线缆铺设数量，数字信号的传输同时可避免模拟信号的线缆内部衰减和干扰问题。

3 PIC单片机串行轮询通信

PIC单片机网络采用串行轮询通信主从通信模式，波特率9 600bit，8位数据位，1位起始位，1位停止位，无校验。PIC单片机设计为主站，包含发送请求信号、接收信号、逻辑判断和非正常状态字上传工控机的功能。全部内置传感器为从站，只在接收到主站通信请求后发送状态数据。PIC单片机主站可通过设计程序响应中断，进而通过中断程序控制整个串行轮询通信过程。对不同编号的内置传感器产生的中断赋予不同编号，利用PIC单片机与非逻辑程序语句完成感应器传回的状态字判读工作，并将非正常状态字上传工控计算机，最终实现雷达发射机的整体监控。

4 PIC单片机与工控机的通信

将PIC单片机其中一个通用串行通信接口设置为全双工异步串行通信模式。为了把单片机的RC6和RC7分别设置为串行接口发送/时钟线和接收/数据线，首先应当把SPEN位和方向存储器TRISC的D7：D6置1。[1]向波特率寄存器写入预定的数值并同时产生单片机定时器复位清零的效果，单片机初始化时对该非同步通信端口执行初始化程序：

BSF STATUS，RP1；程序指针指向数据存储器

MOVWF SPBRG；设置传输波特率

CLRF RCSTA；接收控制和状态寄存器清零

BSF RCSTA，SPEN；允许使用串口

CLRF PIR1；清除中断标志

CLRF TXSTA；发送控制和状态寄存器清零

BSF TXSTA，BRGH；设置为异步传输

BSF TXSTA，TXEN；发送允许开始

BSF RCSTA，CREN；接收允许开始

当工控机与单片机系统通信时，单片机数据存储器内的数据格式是十六进制，[1]向工控机传输的是十六进制数的ASCII码的二进制形式。雷达工控机使用windows系统，串口接收使用ANSI码，而ANSI码仅前126个与ASCII码相同。所以，设计中断编码时，必须考虑编码规则使字符长度满足要求。

5 结语

由于不同型号雷达发射模块出厂内置的传感器不尽相同，在监控设计过程中必须充分考虑传感器的通信性能，尤其要注意传感器对传输速率、信息位个数、校验位的要求。[2]在单片机中断响应设计时，也要对传感器的通信响应时间进行充分实验，否则容易引起轮询冲突，使监控系统不定期失效。另外，RS232C通信协议要求传输距离最好不超过20m，如确实需要较长通信传输距离，建议设计RS485接口的监控系统。[3]

参考文献

[1] 周杰，张银胜，刘金涛，等.PIC单片机原理及系统设计[M].气象出版社，2008：227-229.

[2] 赵雅兴.PSpice与电子器件模型[M].北京邮电大学出版社，2006：315-317.

[3] 雷震甲.网络工程师教程[M].清华大学出版社，2009：570-572.