二次雷达波束控制系统设计

第10卷 第3期 信息与电子工程Vo1．10，No．3 2012年6月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Jun．，2012

文章编号：1672-2892(2012)03-0266-04

二次雷达波束控制系统设计

夏勇，张浩，李晓娟，尤路

(中国电子科技集团第38研究所，安徽合肥 230031)

摘 要：传统的二次雷达通常采用机械扫描的工作方式。基于无源相控阵天线体制的二次雷达作为一种新体制的雷达，是为了适应重点空域警戒功能而发展起来的。波束控制系统是该二次

雷达的重要组成部分，其基本功能包括：相位控制、同步控制、数据传输以及信号自检。二次雷

达波束控制系统采用了基于嵌入式计算机和网络的集中式波控方案设计。在波控处理流程中，作

者采取了软件和硬件的双重同步手段。在波控数据的布相方法上，采用二级缓存同步布相的方法。

在实践过程中证明，基于嵌入式计算机和网络的二次雷达波束控制系统具有工作方式灵活多样、

波束调度方便、可靠性高等优点。

关键词：二次雷达；波束控制；嵌入式计算机；网络；同步

中图分类号：TN958.96文献标识码：A

Design of beam steering system for secondary surveillance radar

XIA Yong，ZHANG Hao，LI Xiao-juan，YOU Lu

(The 38th Research Institute，China Electronics Technology Group Corporation，Hefei Anhui 230031，China)

Abstract：Mechanical scanning mode is often used in traditional secondary surveillance radar. As a new kind of radar concept, passive phased array based secondary surveillance radar is developed to suit

the function of vital airspace surveillance. The basic function of the beam steering system, which is an

important component of secondary surveillance radar, includes phase steering, synchronous processing,

data transmission and signal self-checking. In this paper, the centralized design scheme based on

embedded computer and network for beam steering system of secondary surveillance radar is adopted.

Dual synchronous process method of software and hardware is employed in the flow of beam steering. The

secondary cache is adopted for synchronous beam distribution. Proved in the course of practice, embedded

computer and network-based secondary radar beam steering system features a flexible way of working,

beam scheduling convenience, and higher reliability.

Key words：secondary surveillance radar；beam steering；embedded computer；network；

synchronization

二次雷达(Secondary Surveillance Radar，SSR)在航空交通管制、敌我识别等方面得到了广泛的应用，是大型雷达系统的重要组成部分。从工作原理来说，二次雷达是一种通过发射信号并接收应答信号以获得合作目标信息的电子设备[1]。传统的二次雷达通常采用机械扫描的工作方式。

相控阵体制的一次雷达通常具有重点空域监视功能，即在阵面天线不动的状态下，天线波束在方位及仰角上能够进行两维扫描[2]。因此需要设计一种新体制的二次雷达以适应一次雷达的这种要求。这种新体制的二次雷达，天线采用无源相控阵体制。在二次雷达天线静止的状态下，二次雷达波束可以在方位角上进行扫描，其方位扫描范围一般要求覆盖一次雷达波束的方位扫描范围。采用相控阵天线体制的二次雷达，其天线波束的控制具有很大的灵活性，波束在空间的扫描几乎是无惯性的。这种特性克服了机械扫描天线波束指向转换的惯性以及由此给雷达性能带来的限制[3]。

收稿日期：2011-08-22；修回日期：2011-10-10

第3期 夏 勇等：二次雷达波束控制系统设计 267

1 工作原理

1.1波控原理

如图1所示，二次雷达天线属于一维相位扫描天线，在方位方向上为窄波束，而在仰角方向上则为宽波束。将平面相控阵天线放置在(y ,z )平面上，天线各相邻单元的间距在水平和垂直方向上分别为1d 和2d [4]。这一水平线阵如果由N 个单元组成，第i 单元的波束控制码()C i 为：

(), 0,1,,1C i i i N α==−"

其中，最小计算相移量Bmin φΔ为2π/2k ，

1B 1B B Bmin Bmin

2π

cos 2cos sin y

k d d ααφλαθφφφλΔ=

==ΔΔ 式中：k 为移相器位数；λ为雷达射频信号波长；B φ为球坐标系下波束指向方位角；B θ为波束指向俯仰角。

由于两坐标雷达只在方位上进行相控扫描，因此波束控制数码只根据方位角B φ来决定，即实际上α按下式计算：

1

B 2sin k d αφλ

=

1.2 幅相校准

相控阵天线中许多器件的制造以及组装都有公差，常常呈现出较大的相位误差，从而引起相控阵天线增益的

下降和旁瓣的升高，因此在工作过程中需要知道每一个阵元的辐射相位和幅度值，然后对通道相位误差进行补偿。

2 系统设计

2.1 波控方案

二次雷达波束控制系统应具备以下4个基本功能：

相位控制、同步控制、数据传输以及对信号的自检处理。相控阵雷达波控系统一般采用集中式波控和分布式波控2种方案[5]。结合二次雷达的系统规模和特点，采用集中式波控方案。该波控方案以嵌入式计算机为核心控制单元。嵌入式计算机标准模块在一块尺寸很小的单板机

上几乎集成了普通PC 机的所有功能，

标准的PC 兼容体系结构减少了软件开发工作量。波束控制计算机根据波束指向、形状要求对阵面各单元点的相位、幅度进行统一运算，算完后将相位、幅度等数据通过总线分别传输至阵面上的各个波控接口单元[6]。最后再根据不同地址将数据依次打入相应的存储单元。此方法的优点是硬件设备量少，控制灵活，幅相补偿简单。

Fig.2 Block diagram of beam steering system for secondary radar

图2 二次雷达波控系统框图

y

Fig.1 Coordination for phased array antenna 图1相控阵天线坐标关系