夏光濱　方勇　趙偉東

摘 要：相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作后，經(jīng)常出現(xiàn)個(gè)別功率放大模塊和線纜老化，輻射方向圖和波束指向均會(huì)發(fā)生偏移，進(jìn)而對(duì)精度和探測(cè)范圍產(chǎn)生影響。該文介紹了相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射的基本原理，討論了應(yīng)用PIC單片機(jī)與發(fā)射模塊傳感器串行輪詢(xún)通信的優(yōu)點(diǎn)和監(jiān)控系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)過(guò)程，使用低成本的有效、可靠方法實(shí)現(xiàn)了相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)全部功率放大模塊的有效實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而降低相控陣?yán)走_(dá)檢修維護(hù)的難度。

關(guān)鍵詞：相控陣 發(fā)射機(jī) 監(jiān)控設(shè)計(jì) 單片機(jī) 串行輪詢(xún)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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 相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射原理

相控陣?yán)走_(dá)即相位控制電子掃描陣列雷達(dá)，其快速而精確轉(zhuǎn)換波束的能力使雷達(dá)能夠在1 min內(nèi)完成全空域的掃描。所謂相控陣?yán)走_(dá)是由大量相同的輻射單元組成的雷達(dá)面陣，每個(gè)輻射單元在相位和幅度上獨(dú)立受波控和移相器控制，能得到精確可預(yù)測(cè)的輻射方向圖和波束指向。雷達(dá)工作時(shí)發(fā)射機(jī)通過(guò)饋線網(wǎng)絡(luò)將功率分配到每個(gè)天線單元，通過(guò)大量獨(dú)立的天線單元將能量輻射出去并在空間進(jìn)行功率合成，形成需要的波束指向。

相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射系統(tǒng)由數(shù)十至上百塊功率放大模塊組成，通過(guò)相控陣天線采用集中式發(fā)射，集中向天線面陣饋電并通過(guò)移相控制波束方向，發(fā)射饋線損耗較大，同時(shí)放大模塊故障率較高。相控陣發(fā)射機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作后，經(jīng)常出現(xiàn)個(gè)別功率放大模塊和線纜老化情況，雖然不會(huì)使雷達(dá)整體停止工作，但輻射方向圖和波束指向均會(huì)發(fā)生偏移，進(jìn)而對(duì)雷達(dá)精度和探測(cè)范圍產(chǎn)生影響，亟需低成本的有效、可靠方法實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)全部功率放大模塊的有效實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而降低相控陣?yán)走_(dá)檢修維護(hù)的難度。

2 PIC單片機(jī)與傳感器串行組網(wǎng)

發(fā)射機(jī)功率放大模塊內(nèi)置傳感器，可以直接監(jiān)控是否在發(fā)射端口實(shí)際產(chǎn)生了電磁脈沖。發(fā)射模塊傳感器通信信號(hào)簡(jiǎn)單，除故障信號(hào)電平外只提供脈沖是否達(dá)到門(mén)限值的0/1信號(hào)。傳感器具有RS232C電平串行數(shù)字通信功能，免去了傳統(tǒng)模擬量監(jiān)測(cè)時(shí)大量的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件。由于傳感器數(shù)量眾多，串行輪詢(xún)通信網(wǎng)絡(luò)又極大地減少了線纜鋪設(shè)數(shù)量，數(shù)字信號(hào)的傳輸同時(shí)可避免模擬信號(hào)的線纜內(nèi)部衰減和干擾問(wèn)題。

3 PIC單片機(jī)串行輪詢(xún)通信

PIC單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用串行輪詢(xún)通信主從通信模式，波特率9 600bit，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無(wú)校驗(yàn)。PIC單片機(jī)設(shè)計(jì)為主站，包含發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)、接收信號(hào)、邏輯判斷和非正常狀態(tài)字上傳工控機(jī)的功能。全部?jī)?nèi)置傳感器為從站，只在接收到主站通信請(qǐng)求后發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。PIC單片機(jī)主站可通過(guò)設(shè)計(jì)程序響應(yīng)中斷，進(jìn)而通過(guò)中斷程序控制整個(gè)串行輪詢(xún)通信過(guò)程。對(duì)不同編號(hào)的內(nèi)置傳感器產(chǎn)生的中斷賦予不同編號(hào)，利用PIC單片機(jī)與非邏輯程序語(yǔ)句完成感應(yīng)器傳回的狀態(tài)字判讀工作，并將非正常狀態(tài)字上傳工控計(jì)算機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的整體監(jiān)控。

4 PIC單片機(jī)與工控機(jī)的通信

將PIC單片機(jī)其中一個(gè)通用串行通信接口設(shè)置為全雙工異步串行通信模式。為了把單片機(jī)的RC6和RC7分別設(shè)置為串行接口發(fā)送/時(shí)鐘線和接收/數(shù)據(jù)線，首先應(yīng)當(dāng)把SPEN位和方向存儲(chǔ)器TRISC的D7：D6置1。[1]向波特率寄存器寫(xiě)入預(yù)定的數(shù)值并同時(shí)產(chǎn)生單片機(jī)定時(shí)器復(fù)位清零的效果，單片機(jī)初始化時(shí)對(duì)該非同步通信端口執(zhí)行初始化程序：

BSF STATUS，RP1；程序指針指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

MOVWF SPBRG；設(shè)置傳輸波特率

CLRF RCSTA；接收控制和狀態(tài)寄存器清零

BSF RCSTA，SPEN；允許使用串口

CLRF PIR1；清除中斷標(biāo)志

CLRF TXSTA；發(fā)送控制和狀態(tài)寄存器清零

BSF TXSTA，BRGH；設(shè)置為異步傳輸

BSF TXSTA，TXEN；發(fā)送允許開(kāi)始

BSF RCSTA，CREN；接收允許開(kāi)始

當(dāng)工控機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)通信時(shí)，單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)格式是十六進(jìn)制，[1]向工控機(jī)傳輸?shù)氖鞘M(jìn)制數(shù)的ASCII碼的二進(jìn)制形式。雷達(dá)工控機(jī)使用windows系統(tǒng)，串口接收使用ANSI碼，而ANSI碼僅前126個(gè)與ASCII碼相同。所以，設(shè)計(jì)中斷編碼時(shí)，必須考慮編碼規(guī)則使字符長(zhǎng)度滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

由于不同型號(hào)雷達(dá)發(fā)射模塊出廠內(nèi)置的傳感器不盡相同，在監(jiān)控設(shè)計(jì)過(guò)程中必須充分考慮傳感器的通信性能，尤其要注意傳感器對(duì)傳輸速率、信息位個(gè)數(shù)、校驗(yàn)位的要求。[2]在單片機(jī)中斷響應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)，也要對(duì)傳感器的通信響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行充分實(shí)驗(yàn)，否則容易引起輪詢(xún)沖突，使監(jiān)控系統(tǒng)不定期失效。另外，RS232C通信協(xié)議要求傳輸距離最好不超過(guò)20m，如確實(shí)需要較長(zhǎng)通信傳輸距離，建議設(shè)計(jì)RS485接口的監(jiān)控系統(tǒng)。[3]

參考文獻(xiàn)

[1] 周杰，張銀勝，劉金濤，等.PIC單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].氣象出版社，2008：227-229.

[2] 趙雅興.PSpice與電子器件模型[M].北京郵電大學(xué)出版社，2006：315-317.

[3] 雷震甲.網(wǎng)絡(luò)工程師教程[M].清華大學(xué)出版社，2009：570-572.