一种频率扫描波束时序控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理与控制技术领域，尤其涉及一种频率扫描波束时序控制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]天线的波束扫描方式一般分为机械扫描和电子扫描两种方式，其中电子扫描又可分为相位扫描和频率扫描。随着电子计算机和集成电路技术的飞速发展，相位扫描体制在新体制雷达，如相控阵雷达等中得到了广泛的应用。但基于数字波束形成(DBF)的相控阵体制系统复杂，结构庞大，核心组件(如TR)造价非常高。在中小型规模的雷达中，运用灵活的相位控制的电子扫描方式虽然可以取得很好的探测效果和高效的设计方式，但是很难兼顾到此类雷达的结构、功耗和成本等要求。
[0003]传统的电子扫描雷达的波束控制和调度方法一般都是基于独立的波束控制分机或独立的硬件模块。这些模块在设备上和功能上与信号处理机都是并行的，由独立的一块或多块插件、背板组成，有独立的结构件和电源单元，基于计算机或者逻辑器件来进行波束参数的计算和控制，并通过TTL、串口、网络或者光纤等与其他处理分机进行数据传输和通信。这种波束控制和调度方法较为复杂，在灵活性、可靠性、可移植性方面均有待改善。
[0004]电子扫描的优势是波束指向数字实现，控制灵活，切换迅速，波束捷变无调制效应等。随着雷达数字化的发展以及对检测和跟踪识别的特殊要求，在数字波束的调度实时性方面提出了更高的需求。软硬件在任意时刻都能灵活快速地实现波束的定点驻留、搜索扫描，以及在跟踪过程中能合理的分配TWS(边扫描边跟踪)和TAS(跟踪加搜索)资源的技术方面尚有待改善、提尚。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，公开一种结构简单、集成度高、功耗少、成本低、代码高效、设计灵活、可靠性高、可移植性强、避免了常规波束控制系统的复杂性和软硬件工程实现的多样性以及便于复杂波束调度功能的软件实现的频率扫描波束时序控制装置及其控制方法。
[0006]本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的:一种频率扫描波束时序控制装置，包括信号处理机和通信装置，所述频率扫描波束时序控制装置采用一体化硬件架构，所述通信装置与所述信号处理机集成在同一板卡上；所述信号处理机用于完成频率扫描波束的时序控制方法的工程实现，包括:
[0007]I)设计波形触发时序，选择波形模式；
[0008]2)基于波形触发，在每个相参处理间隔的最后一个周期发射信号的休止区内产生频率触发时序；
[0009]3)基于频率触发，产生波位触发，首先确保在休止区内不影响本周期的信号，同时设置波位触发到下一个相参处理间隔时间保护单元At〉t—其中At表示当前波位触发到下一个相参处理间隔之间的时间，tdelay是频综模块响应所述波位触发的物理延迟时间；
[0010]4)设置波束扫描工作模式，所述波束扫描工作模式包括定点模式和非定点模式；在所述定点模式下，设计每个相参处理间隔，产生固定的频率码，实现波束定点驻留；在所述非定点模式下，需设置波束扫描中心、波束扫描范围、扫描升降序和扫描步径参数；在所述非定点模式下，需要设计波束扫描频率码，所述非定点模式包括搜索模式和跟踪模式；
[0011]5)在所述搜索模式下，进行单一边扫描边跟踪，此时基于上述I)?3)的时序关系按Fcode (i+1) = Fcode (i) 土 Δ code设计波束控制参数，其中Fcode为频率码，即为对频率扫描波束在方位上的编码，i为波位序号，△ code为频率码扫描步径，递增和递减分别代表波束扫描的升序模式和降序模式；在所述升序模式中，扫描到边界条件Fcenter+Farea时，下一相参处理间隔跳转到Fcenter-Farea;在所述降序模式中，扫描到边界条件Fcenter-Farea时，下一相参处理间隔跳转到Fcenter+Farea，其中Fcenter为波束扫描中心，Farea为波束扫描范围；
[0012]6)在所述跟踪模式下，兼顾边扫描边跟踪和跟踪加搜索两种扫描方式；所述边扫描边跟踪模式的实现方法如上述5)所述；而所述跟踪加搜索模式需要在正常的所述边扫描边跟踪模式下实时插入跟踪波束，此时基于上述I)?3)的时序关系按下述方法设计波束控制参数:设所述跟踪加搜索的数据率为1/T，其中T为跟踪加搜索的总重复周期，跟踪波束个数为N，Ti为第i个跟踪波束的子重复周期，i = I?N，Ttws为搜索波束子重复周期，则T = T^T2+-+TN+K.TTWS，K为总重复周期内搜索波束的个数；在每个跟踪波束的前后叠加若干个相邻波束，即T = H1^T2+…+TN)+K.Ττκ，πι为每个跟踪波束的实际传输的总波束数；Ti= T TWS时，T = (mN+K).T TWSo
[0013]若m为奇数(m>l)，搜索波束频率码按Fc0deTWS(i+1) = Fcode TWS(i) 土 Λ code变化，则连续两个总波束周期内频率码的相对时序排列为:
[0014]FcodeTAS(1)-(m-l) /2,…，FcodeTAS⑴，…，FcodeTAS⑴ + (m_l)/2，
[0015]FcodeTAw2)-(m_l)/2，…，FcodeTAS⑵，…，FcodeTAw2) +(m_l)/2，
[0016]…
[0017]FcodeTAS(N)-(m-l)/2,…，FcodeTAS(N),…，FcodeTAS(N) +(m_l)/2，
[0018]FcodeTWS ⑴，FcodeTWS (2)，…，FcodeTWS(K),
[0019]FcodeTAS(1)-(m-l) /2,...，FcodeTAS⑴，...，FcodeTAS⑴ + (m_l)/2，
[0020]Fcode1^2)-(m_l)/2，…，FcodeTAS⑵，…，Fcode1^2) +(m_l)/2，
[0021]…
[0022]FcodeTAS(N)-(m-l)/2,…，FcodeTAS(N),…，FcodeTAS(N) +(m_l)/2，
[0023]Fcodelffs(k+1), FcodeTWS(k+2),...，FcodeTWS(2K),
[0024]…
[0025]当m = I时，搜索波束频率码按FcodeTWS(i+1) = Fcode TWS(i) 土 Δ code变化，连续两个总波束周期内频率码的相对时序排列为:
[0026]Fcodetts⑴，FcodeTAS⑵，…，FcodeTAS(N),
[0027]FcodeTWS ⑴，FcodeTffS (2),…，FcodeTWS(K),
[0028]Fcodetts⑴，FcodeTAS⑵，...，FcodeTAS(N),
[0029]Fcodelffs (k+1), Fcodelffs(k+2),…,Fcodelffs(2K),
[0030]…
[0031]若m为偶数(m>2)，搜索波束频率码按Fc0deTWS(i+1) = Fcode TWS(i) 土 Λ code变化，则连续两个总波束周期内频率码的相对时序排列为:
[0032]FcodeTAS(1)-m/2,…，FcodeTAS⑴，…，FcodeTAS⑴ + (m/2-l)，
[0033]FcodeTA;^2)-m/2，…，FcodeTAS⑵，…，Fcode1^2) +(m/2_l)，
[0034]…
[0035]FcodeTAS(N)-m/2,…，FcodeTAS(N),…，FcodeTAS(N) +(m/2_l)，
[0036]FcodeTWS⑴，FcodeTffS(2),...，FcodeTWS(K),
[0037]FcodeTAS⑴-m/2,...，FcodeTAS⑴，...，FcodeTAS⑴ + (m/2_l)，
[0038]FcodeTA;^2)-m/2，…，FcodeTAS⑵，…，Fcode1^2) +(m/2_l)，
[0039]…
[0040]FcodeTAS(N)-m/2,…，FcodeTAS(N),…，FcodeTAS(N) +(m/2_l)，
[0041]Fcodelffs(k+1), FcodeTWS(k+2),...，FcodeTWS(2K),
[0042]…
[0043]当m = 2时，搜索波束频率码按FcodeTWS(i+1) = Fcode TWS(i) 土 Δ code变化，连续两个总波束周期内频率码的相对时序排列为:
[0044]Fcodetts⑴-1，…，Fcodetts⑴，
[0045]Fcodetts⑵-1，…，Fcodetts⑵，
[0046]…
[0047]FcodeTAS(N)-l,…，FcodeTAS(N),
[0048]FcodeTWS ⑴，FcodeTffS (2),…，FcodeTWS(K),
[0049]Fcodetts⑴-1，…，Fcodetts⑴，
[0050]Fcodetts⑵-1，…，Fcodetts⑵，
[0051]…
[0052]FcodeTAS(N)-l,…，FcodeTAS(N),
[0053]Fcodelffs (k+1), FcodeTWS(k+2),…，FcodeTWS(2K),
[0054]…
[0055]所述通信装置用于:
[0056]I)实时响应显控终端的参数设置和操作指令，并和所述信号处理机进行总线通Is ;
[0057]2)和所述信号处理机进行TTL通信，实时向频综模块传递时序信号和波束控制参数。
[0058]优选地，所述信号处理机包括现场可编程门阵列FPGA，所述现场可编程门阵列FPGA逻辑上包括信号处理算法模块、波束时序产生模块以及波束参数控制模块，所述波束时序产生模块和波束参数控制模块均与所述信号处理算法模块功能上独立、逻辑上互通。
[0059]优选地，所述波束时序产生模块完成频率扫描波束的时序设计，所述波束参数控制模块完成参数运算并将运算结果转化为控制指令，所述信号处理算法模块在所述FPGA内部直接响应所述波束时序产生模块的波束时序输出以及所述波束参数控制模块的控制参数输出，用于常规的信号处理设计；
[0060]I)所述波束时序产生模块设计波形触发时序，选择波形模式；
[0061]2)基于波形触发，所述波束时序产生模块在每个相参处理间隔的最后一个周期发射信号的休止区内产生频率触发时序；
[0062]3)基于频率触发，所述波束时序产生模块产生波位触发，首先确保在休止区内不影响本周期的信号，同时设置波位触发到下一个相参处理间隔的时间保护单元At >
，其中At表示当前波位触发到下一个相参处理间隔之间的时间，tdelay是频综模块响应所述波位触发的物理延迟时间；
[0063]4)设置波束扫描工作模式，所述波束扫描工作模式包括定点模式和非定点模式；在所述定点模式下，所述波束参数控制模块按所述波束时序设计每个相参处理间隔，产生固定的频率码，实现波束定点驻留。
[0064]优选地，在所述非定点模式下，所述波束参数控制模块需设置波束扫描中心、波束扫描范围、扫描升降序和扫描步径参数；所述非定点模式又分为搜索模式和跟踪模式；在所述搜索模式下，所述波束参数控制模块进行单一的边扫描边跟踪，此时基于上述I)?
3)的时序关系按Fcode(i+l) = Fcode (i) 土 Δ code设计波束控制参数，其中Fcode为频率码，即为对频率扫描波束在方位上的编码，i为波位序号，Acode为频率码扫描步径，递增和递减分别代表波束扫描的升序模式和降序模式；在所述升序模式中，扫描到边界条件Fcenter+Farea