榮大偉 陶小輝 李莊 姜力暉 曹銳

1.中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所； 2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

一、引言

雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作在高功率、強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，相對來說發(fā)射機(jī)監(jiān)控電路又是敏感度較高的小信號(hào)電路，因此發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全、可靠地工作至關(guān)重要。隨著新型控制器件的不斷問世，發(fā)射機(jī)監(jiān)控技術(shù)也取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，發(fā)射機(jī)的監(jiān)控電路正在向高度智能化、集成化、自動(dòng)化方向發(fā)展。近年來，隨著CP LD (復(fù)雜可編程邏輯器件)和FPG A (現(xiàn)場可編程門陣列)等數(shù)字器件的更廣泛使用，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中的時(shí)序、組合等一些復(fù)雜的邏輯功能。FPG A器件的規(guī)模比較大，具有可編程和軟件功能容易改動(dòng)等特點(diǎn)。因而在可編程門陣列芯片及外圍電路不變的情況下，只需改變芯片內(nèi)部的程序，就能實(shí)現(xiàn)一種新的功能。

本監(jiān)控系統(tǒng)針對三種型號(hào)固態(tài)發(fā)射機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，由于每種發(fā)射機(jī)的需求：控制信號(hào)、故障檢測及通信接口的數(shù)量和類型均不相同，因此對監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。綜合三型的輸入輸出信號(hào)，采用最大化的接口類型和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)硬件電路的統(tǒng)一設(shè)計(jì)。不同發(fā)射機(jī)之間的功能區(qū)別通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。

二、硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)要求，本監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下功能：

（1）通過串口從上位機(jī)接收控制信號(hào)；

（2）通過并口從系統(tǒng)監(jiān)控接收導(dǎo)前和門套等時(shí)序信號(hào)；

（3）通過并口接收發(fā)射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)；

（4）通過串口上傳發(fā)射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)；

（5）通過并口對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備進(jìn)行開關(guān)機(jī)控制；

（6）本地控制和狀態(tài)顯示。

本文中的發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。

圖1.發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)框圖

（一）輸入輸出電路

整合三型發(fā)射機(jī)最大接口需求量：輸入的控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，輸出的控制信號(hào)和狀態(tài)回饋信號(hào)，其中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)見如下表1：

表：發(fā)射監(jiān)控輸入、輸出信號(hào)表

從上表分析，信號(hào)主要有幾種類型：串口的收發(fā)信號(hào)、TTL信號(hào)和差分信號(hào)。對于單端的TTL信號(hào)的輸入和輸出，直接通過驅(qū)動(dòng)電路，與FPGA的管腳相連接。

圖2.單端信號(hào)輸入

圖3.差分轉(zhuǎn)單端電路

由于風(fēng)機(jī)的控制電平是12V，因此選用了光電耦合器進(jìn)行了電平轉(zhuǎn)換。

圖4.電平轉(zhuǎn)換電路

（二）FPGA器件選擇

根據(jù)I O接口數(shù)量和成本綜合考慮，本系統(tǒng)選用了EP3C25F256C8芯片。FPGA的程序下載和通信接口配置見圖5：

圖5.FPGA配置電路

（三）電磁兼容設(shè)計(jì)[1]

固態(tài)發(fā)射機(jī)相對真空管發(fā)射機(jī)的工作電壓下降到48V，但其電流卻高達(dá)70A，電磁環(huán)境還是比較惡劣的。為了提高監(jiān)控的抗干擾能力，在與發(fā)射機(jī)內(nèi)部相連的電路中串入濾波器。各類電源之間增加磁珠、電解電容和陶瓷電容濾波，減小紋波及相互之間的干擾。在電路板制版時(shí)，將電容放在電源管腳附近。將模擬地和數(shù)字地分開設(shè)計(jì)，并整層鋪設(shè)，增大電源面積，增強(qiáng)抗干擾能力。

除了硬件系統(tǒng)中增加了抗干擾措施，在軟件中對易受干擾的門套信號(hào)進(jìn)行三級(jí)D觸發(fā)器觸發(fā)，過濾掉干擾信號(hào)，對脈沖整形后再進(jìn)行其他的處理。

三、軟件設(shè)計(jì)

所有的控制信號(hào)和BITE信號(hào)進(jìn)入FPGA后，將進(jìn)行相邏輯控制、故障處理和串口通訊三部分主要功能。

（一）串口通訊

發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與系統(tǒng)監(jiān)控的通訊通過RS422[2]進(jìn)行信號(hào)傳遞：接收來自系統(tǒng)監(jiān)控的控制命令和將發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)反饋給主監(jiān)控。二者通過約定的協(xié)議進(jìn)行信號(hào)打包和解析。

根據(jù)約定協(xié)議，將接收到的控制信號(hào)解析后送往控制模塊，同時(shí)將發(fā)射機(jī)各個(gè)設(shè)備的BITE信號(hào)按照協(xié)議字節(jié)的定義打包上傳給主監(jiān)控。圖6為串口的收發(fā)配置模塊。

圖6. 串口收發(fā)模塊

（二）邏輯控制

發(fā)射系統(tǒng)中的控制設(shè)備有：前級(jí)組件、末級(jí)組件、射頻電源、風(fēng)機(jī)電源和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)幾大部分，根據(jù)命令發(fā)出為上位機(jī)還是本地按鍵選擇相應(yīng)的電源和調(diào)制信號(hào)的加載，詳細(xì)工作流程見圖7。

圖7.發(fā)射機(jī)工作流程

（三）故障處理

發(fā)射機(jī)故障主要有：組件故障、門套故障、電源故障和風(fēng)機(jī)故障，組件故障和電源故障從設(shè)備的BITE故障檢測電路直接送入，不需要做其他處理。門套故障對門套信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的算法檢測[3]，可以產(chǎn)生過脈寬故障和過工作比故障，該故障的優(yōu)先級(jí)別高，需要與射頻調(diào)制信號(hào)關(guān)聯(lián)，當(dāng)此故障發(fā)生時(shí)，需立刻切斷射頻信號(hào)。

考慮到風(fēng)機(jī)工作的模式，其故障輸出需要延時(shí)10秒，否則會(huì)影響風(fēng)機(jī)的正常工作。

四、總結(jié)

本系統(tǒng)同時(shí)在三種型號(hào)發(fā)射機(jī)產(chǎn)品中安全運(yùn)行10000小時(shí)以上，發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定。由于FPGA具有較大的單元，輸入輸出接口多，即輕松地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，并通過與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通訊，大大減少分立器件和接口電路的數(shù)量；又能同時(shí)滿足多型發(fā)射系統(tǒng)的需求，形成模塊化設(shè)計(jì)。在電磁兼容設(shè)計(jì)中，借用以前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從軟硬件兩方面同時(shí)加強(qiáng)抗干擾措施，克服了小信號(hào)抗干擾能力差的缺點(diǎn)，大大提高了電路的穩(wěn)定性和系統(tǒng)工作的可靠性，從而為縮短發(fā)射機(jī)研制周期、縮小發(fā)射體機(jī)和提高產(chǎn)品性能奠定良好的基礎(chǔ)。