雷達(dá)發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

雷達(dá)發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：本文分析了一種基于可編程控制器的雷達(dá)發(fā)射機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)及其軟硬件設(shè)計(jì)提供。關(guān)鍵詞：發(fā)射機(jī)；可編程控制界正常的雷達(dá)發(fā)射機(jī)在高電壓、大電流下工作，可能造成嚴(yán)重的電磁干擾。從干擾源耦合到敏感器件的干擾信號(hào)有兩種:傳導(dǎo)和輻射藕合。傳導(dǎo)藕合通常是公共電源、公共地和導(dǎo)線間之間的近場(chǎng)感應(yīng)。輻射藕合主要由空間電磁場(chǎng)產(chǎn)生。無(wú)論發(fā)射機(jī)如何藕合，嚴(yán)重干擾信號(hào)都可能影響監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這在過(guò)去有著豐富的經(jīng)驗(yàn)和很大的教訓(xùn)。電磁兼容性發(fā)射機(jī)的嚴(yán)格設(shè)計(jì)是一個(gè)極好的解決方案，但這是一個(gè)需要更好的監(jiān)控系統(tǒng)的外部原因。隨著抗干擾性能的提高，發(fā)射機(jī)技術(shù)對(duì)雷達(dá)功能進(jìn)行了快速、準(zhǔn)確開(kāi)關(guān)控制，在發(fā)生故障時(shí)提供了快速的連鎖保護(hù)，提供了實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，提供了完整的BITE和靈活的通信功能，從而增加了對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的需求。因此，智能監(jiān)控系統(tǒng)必須提高抗干擾能力和可擴(kuò)展性。一、雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生大功率射頻信號(hào)的裝置。由此產(chǎn)生的射頻能量通過(guò)饋線系統(tǒng)輸送到天線，并由天線形成的波束輻射到空中。通常情況下，其特點(diǎn)是壓力高、功率大、體積大、重量大、成本高。根據(jù)調(diào)制發(fā)射機(jī)的方法，可以分為連續(xù)波和脈沖調(diào)制發(fā)射機(jī)。根據(jù)發(fā)射器(減振)中使用的功率放大器，可分為真空管和全固態(tài)。根據(jù)發(fā)射機(jī)的配置，可以將它們分為集總式和分布式。根據(jù)發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生方式而定，可分為自激振蕩式和主振放大式。自激振蕩式雷。它由大功率射頻、脈沖控制器、電源、控制和冷卻保護(hù)裝置組成。射頻振蕩器通常產(chǎn)生大功率射頻振蕩，并將微波三/四極管或磁控管作為振動(dòng)的來(lái)源。脈沖控制器在雷達(dá)同步脈沖信號(hào)控制下產(chǎn)生雷達(dá)發(fā)射機(jī)所需的高壓視頻脈沖，控制射頻振蕩器產(chǎn)生射頻輸出功率。發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低，但發(fā)射信號(hào)頻率穩(wěn)定性差，發(fā)射信號(hào)與接收機(jī)局部振蕩信號(hào)之間沒(méi)有相位關(guān)系，雷達(dá)系統(tǒng)性能有限。主振放大式雷達(dá)發(fā)射機(jī)。它可以在脈沖或連續(xù)波模式下工作。真空管發(fā)射機(jī)一般集總式，主要由功率放大器、脈沖控制器、電源、控制保護(hù)和冷卻裝置組成。產(chǎn)生雷達(dá)發(fā)射機(jī)所需的高壓視頻脈沖，并添加到發(fā)射機(jī)射頻放大管中以提高發(fā)射性能。發(fā)射機(jī)主要由大功率放大器、分配/合成器、電源、控制保護(hù)和冷卻裝置組成。功率放大器的核心是硅雙極晶、金屬氧化場(chǎng)、砷化鎵場(chǎng)、雪崩二極管等。多個(gè)固態(tài)功率組合成一個(gè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)。發(fā)射信號(hào)由雷達(dá)頻率源產(chǎn)生，與雷達(dá)接收機(jī)局部振蕩信號(hào)有一定的相位關(guān)系。發(fā)射機(jī)多級(jí)放大器將低功率射頻信號(hào)放大為高功率雷達(dá)發(fā)射信號(hào)。振蕩放大雷達(dá)發(fā)射機(jī)可以產(chǎn)生高峰值功率、平均功率大、高頻率穩(wěn)定和低相位噪聲的發(fā)射信號(hào)，可以采用復(fù)雜波、頻率調(diào)制和脈沖等形式。這些發(fā)射機(jī)廣泛用于現(xiàn)代高性能雷達(dá)系統(tǒng)。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積和重量大，成本高。二、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成基于可編程控制器(PC)的發(fā)射機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)必須克服單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和EPLD監(jiān)控模塊設(shè)備數(shù)量大、穩(wěn)定性差、抗干擾能力差等缺點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)BITE檢測(cè)功能和與上位機(jī)的靈活串行通信，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)要求，智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能:外部觸發(fā)信號(hào)按時(shí)間順序調(diào)整，滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)要求，完成發(fā)射機(jī)的所有控制操作和運(yùn)行狀態(tài)指令，對(duì)各種故障信號(hào)和信號(hào)進(jìn)行放大比較。實(shí)施常規(guī)保護(hù)和快速保護(hù)，完成雷達(dá)發(fā)射機(jī)和主機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程切換操作、狀態(tài)指示和工作參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，系統(tǒng)由PC機(jī)、接口板、控制面板和指示面板組成。在設(shè)計(jì)技術(shù)方面，對(duì)系統(tǒng)中的所有點(diǎn)I/o進(jìn)行分類(lèi)，控制信號(hào)輸入在高電平(+15V)下有效，故障輸入在低電平(OV)下有效，控制操作和狀態(tài)指示是繼電器輸出。故障輸入在較低的級(jí)別工作，即計(jì)算機(jī)提供較低的電流來(lái)檢測(cè)故障傳輸電路。出現(xiàn)故障時(shí)，輸出電平較高，電路電流為零。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是它會(huì)自動(dòng)檢測(cè)所有故障的傳輸線路。如果電路中出現(xiàn)切斷或焊接故障，應(yīng)視為故障，并提供準(zhǔn)確的報(bào)警信息。1.可編程控制器。如SYSMAC系列200HE可編程控制器(PC)使用積木式結(jié)構(gòu)和安裝方法，根據(jù)系統(tǒng)大小選擇不同類(lèi)型的CPU。每個(gè)本地基本指令的處理時(shí)間為0.3，最多可傳輸兩個(gè)I/o擴(kuò)展層，最多可傳輸500多個(gè)I/o點(diǎn)?？梢园惭b標(biāo)準(zhǔn)I/o模塊，例如光學(xué)耦合輸入單元、晶體管輸入單元、中斷輸入單元、繼電器輸出單元、晶體管輸出單元和單元您還可以安裝特殊的I/o設(shè)備，例如模擬輸入/輸出設(shè)備和溫度控制設(shè)備。CPU可以通過(guò)端口ES-232、RS-422或RS-485在本地計(jì)算機(jī)和主機(jī)之間進(jìn)行通信，并在多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間建立網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于抗干擾性，單個(gè)計(jì)算機(jī)中不同I/o單元的瞬時(shí)電阻率為1，1kv能夠在軟件中實(shí)現(xiàn)必要的冗錯(cuò)設(shè)計(jì)。本文描述的PC單元變?yōu)?5插槽安裝基板可配置5個(gè)I/o模塊，單元為c200he-cpu42-e模塊，16點(diǎn)光學(xué)耦合輸入單元為c200h-id212模塊，16點(diǎn)輸出單元為c200h-oc224模塊，16點(diǎn)輸出單元為c200h-oc225模塊，以及所執(zhí)行的功能包括通過(guò)單元RS-232、RS-422或RS-485端口與雷達(dá)主機(jī)進(jìn)行串行通信，可處理32個(gè)輸入信號(hào)，生成24個(gè)輸出控制信號(hào)，同時(shí)處理模擬輸入信號(hào)。要添加更多功能，只需更換底板并相應(yīng)地添加I/o模塊。圖1是可編程控制器功能圖。圖1可編程控制落的功能框圖2.接口板。PC的運(yùn)行處理兩個(gè)時(shí)間問(wèn)題:I/o響應(yīng)時(shí)間和程序掃描周期。I/o響應(yīng)時(shí)間是從計(jì)算機(jī)接收到輸入信號(hào)后發(fā)出命令信號(hào)所需的時(shí)間。掃描周期是指程序運(yùn)行一周時(shí)間，執(zhí)行同一指令之間的時(shí)間間隔。由于這兩個(gè)問(wèn)題，PC無(wú)法及時(shí)處理外部觸發(fā)信號(hào)和一些需要精確調(diào)整的脈沖模式輸入信號(hào)。外部觸發(fā)信號(hào)通常需要微秒量級(jí)才能使發(fā)射器與雷達(dá)主機(jī)同步。觸發(fā)信號(hào)必須具有足夠的脈沖寬度，以比較一些脈沖模式輸入信號(hào)，并在故障后相對(duì)較快地保護(hù)發(fā)射機(jī)。也就是說(shuō)，這些功能必須在接口板中執(zhí)行，接口板中上的大多數(shù)電路都是分離的，而且干擾強(qiáng)度較低。為此，在工程設(shè)計(jì)中，接口板與其它發(fā)射器設(shè)備之間的電信號(hào)應(yīng)盡可能通過(guò)光藕隔離即接口板觸發(fā)，控制信號(hào)通過(guò)接收光藕隔離，傳送到接口板的故障信號(hào)通過(guò)接口板隔離，從而消除了由于共用電源和地線造成的控制面板之間的傳導(dǎo)干擾。2.操控板和指令?？刂泼姘逯甘镜闹饕δ苁前惭b發(fā)射器的現(xiàn)場(chǎng)控制所需的設(shè)備，以及指定發(fā)射機(jī)中所有設(shè)備操作參數(shù)的儀表。有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和美觀的外形為用戶(hù)提供了良好的個(gè)人界面。三、軟件設(shè)計(jì)1.本軟件旨在取代許多硬件功能，簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)本身的可靠性。例如，發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)的延時(shí)功能可以將硬件中復(fù)雜的延時(shí)電路替換為軟件指令，實(shí)現(xiàn)時(shí)間時(shí)鐘的精度。2.在現(xiàn)有硬件條件下，必須對(duì)軟件進(jìn)行修改，以?xún)?yōu)化系統(tǒng)功能并解決硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。此功能還便于監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的模塊化構(gòu)建。3.軟件中的冗錯(cuò)設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。發(fā)射機(jī)運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)瞬時(shí)干擾。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以分析傳入信號(hào)、有效區(qū)分干擾信號(hào)或使用積分命令直接進(jìn)行積分。4.編程器程序可現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)計(jì)劃程序的運(yùn)行情況，并進(jìn)行在線編輯，以簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)。本文所述智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多種民用