数字相控阵天线的离散控制信号检测方法技术

本发明专利技术提出一种数字相控阵天线的离散信号检测方法，以解决数字相控阵天线中复杂星型拓扑结构的离散控制信号节点设备的检测、维护困难问题。本发明专利技术通过下述技术方案实现：雷达系统发起自检流程时，离散控制信号拓扑结构中的源节点设备通过接口通信设备收到自检命令，根据离散控制信号的种类，在FPGA的检测信号波形生成器中产生不同波形格式和数量的训练检测信号，经各中间节点设备透明转发，到达拓扑结构末端；同时各节点设备根据训练检测波形规则，进行波形检测和正确波形数量统计；然后源节点设备依次对其它节点设备进行自检，获取其它节点设备各训练检测波形检测正确数量并与自身产生的数量进行对比，判断各个节点设备工作状态是否正常。

Discrete control signal detection method for digital phased array antenna

【技术实现步骤摘要】
数字相控阵天线的离散控制信号检测方法
本专利技术是关于数字相控阵天线各级离散控制信号节点设备工作状态的故障检测和定位方法，尤其是用于数字相控阵体制的雷达系统中，数字相控阵天线的离散控制信号检测方法。
技术介绍
相控阵天线由很多辐射单元排列而成，各个单元的馈电相位由计算机灵活控制，通过改变阵列中各个单元相位实现天线波束指向变化，相控阵雷达具有波束捷变(包括波束空间位置捷变及波束方向图形捷变)能力等独特的优点,可实现波束快速扫描、波束赋形捷变，还具有多波束形成和空间功率合成能力。模拟相控阵天线采用数字移相器与波束合成网络实现波束形成与控制，由于移相器的精度、阻抗不匹配引起的反射、温度变化影响等使得馈线各单元通道之间幅相不一致，存在幅相误差，该误差对天线的波束指向、副瓣电平、波束宽度、增益等指标均有重要影响。数字相控阵天线采用直接数字频率合成器(DDS)、数字上变频器(DUC)、数字下变频器(DDC)和数字控制振荡器(NCO)等对接收和发射波束合成参数精确控制，实现相控阵发射波束合成和接收波束的数字形成(DBF)，提高相控阵天线的数字化程度。数字相控阵体制的雷达系统根据数字相控阵天线的资源，使用数字多波束形成技术，可同时形成多个发射波束和多个接收波束，具备波束扫描快速、控制灵活,对多个目标同时发现处理和跟踪能力。数字相控阵天线一般由天线辐射单元，数字T/R组件、控制设备、通信设备和功分网络等不同种类和数量的单元和设备构成。其中控制设备根据雷达系统工作流程，产生、接收或者转发不同的离散控制信号，完成对数字T/R组件的发射/接收状态切换控制，完成对校正补偿参数切换控制，完成对数字、模拟波束合成参数精准切换控制，最终实现数字相控阵体制的雷达的系统功能。数字相控阵天线的控制设备包含了离散控制信号的源节点设备、中间节点设备和终端节点设备。离散控制信号的接收和转发功能主要基于硬件模块中的离散控制信号驱动芯片和可编程门阵列芯片FPGA实现，考虑到其硬件的低复杂度和较高可靠性，一般情况下，只要对应模块或者单元的离散控制信接收和转发功能经过检验且功能正常，设备集成后全系统的离散控制信号接收转发功能也正常。由于数字相控阵离散控制信号传输节点设备众多，系统节点设备拓扑结构复杂，导致了离散控制信号转发功能故障检测、问题定位和维护困难。实际应用中发现：有多种原因可能导致离散控制信号接收和转发功能异常，例如电缆连接问题，接收/发射驱动芯片损坏，可编程门阵列芯片FPGA损坏等；其次，由于离散控制信号种类众多，且经过中间节点设备多次转发，导致各节点设备构成的网络拓扑结构复杂，一旦系统出现离散控制信号接收和转发功能异常，各个节点设备离散控制信号收发状态检测困难，问题节点设备难以快速有效定位，需要花费大量的时间通过逐个节点设备测试的方法来定位故障节点设备，检测维护效率低下，系统的测试性差。
技术实现思路
本专利技术的任务是针对上述现有技术的不足之处，提出一种快速、可靠、精准、能够提高数字相控阵天线离散控制信号检测维护效率和故障定位精度的数字相控阵天线离散控制信号检测方法。本专利技术的上述目的可以通过下述技术方案予以实现：一种数字相控阵天线的离散控制信号检测方法，其特征在于包括如下步骤：在由处理器和与其相连的可编程门阵列芯片FPGA以及离散控制信号驱动芯片组成的离散控制信号源节点设备中，雷达系统发起自检流程，离散控制信号拓扑结构中的离散控制信号源节点设备通过接口通信设备收到自检命令，将训练检测波形启动信号通过控制总线、地址总线和数据总线送给FPGA，根据离散控制信号的种类，在FPGA的检测信号波形生成器中产生不同波形格式和数量的训练检测信号，经各离散控制信号中间节点设备透明转发离散信号，到达拓扑结构末端；同时各离散控制信号节点设备根据训练检测波形规则进行解析检测和波形格式正确离散信号波形数量统计；然后离散控制信号源节点设备根据内置数字相控阵天线离散控制信号检测软件依次对其它离散控制信号节点设备进行自检，获取其它离散控制信号节点设备各训练检测波形检测正确数量，并与自身产生的数量进行对比，判断各个离散控制信号节点设备工作状态是否正常；离散控制信号源节点设备将各级离散控制信号节点设备离散控制信号的收发状态编码，生成故障代码并打包为自检结果，回传给雷达控制台，从而实现对数字相控阵天线所有离散控制信号节点设备收发状态的检测。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：本专利技术基于已有的硬件架构，在由处理器和与其相连的可编程门阵列芯片FPGA以及离散控制信号驱动芯片组成的离散控制信号源节点设备中，处理器通过接口通信设备接收到雷达控制台发送的自检命令时，将训练检测波形启动信号通过控制总线、地址总线和数据总线送给FPGA，FPGA中的波形生成器根据离散控制信号的种类产生不同波形和数量的训练检测信号，经过发送驱动芯片后送到下一级离散控制信号节点设备，可以有效地用于基于数字相控阵体制的雷达系统中，通过对离散控制信号的源节点设备、中间节点设备和终端节点设备的FPGA和处理器程序进行软件升级，增加训练波形生成、训练波形规则检测、正确波形数目统计、自检结果上报等功能，实现对数字相控阵天线的各级离散控制信号节点设备的接收和发射状态检测。可以快速、可靠、精准地对数字相控阵天线中的离散控制信号各级节点设备收发状态进行检测，得到可靠的检测结果，并对故障节点设备进行精确定位，从而提高数字相控阵天线离散控制信号检测维护效率和故障定位精度。本专利技术采用离散控制信号源节点设备在所有训练检测波形数量均产生后，通过接口通信设备依次下发自检命令，获取各级节点设备正确检测的不同离散控制信号数量，并与离散控制信号源节点设备自身产生的各种离散控制信号数量进行对比，以此判断该离散控制信号源节点设备的离散控制信号的接收状态和前级节点设备的发射状态是否正常；可以解决离散控制信号传输节点设备众多，系统节点设备拓扑结构复杂导致离散控制信号转发功能故障检测、问题定位和维护困难的问题，能有效提高复杂系统中的离散控制信号节点设备故障定位精度和检测维护效率。附图说明下面结合附图和实施举例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术数字相控阵天线的离散控制信号检测系统的工作原理框图。图2是本专利技术数字相控阵天线离散控制信号检测波形时序图。图3是本专利技术数字相控阵天线离散控制信号检测软件控制流程图。具体实施方式参阅图1。根据本专利技术，在由处理器和与其相连的可编程门阵列芯片FPGA以及离散控制信号驱动芯片组成的离散控制信号源节点设备中，雷达系统发起自检流程，离散控制信号拓扑结构中的离散控制信号源节点设备通过接口通信设备收到自检命令，将训练检测波形启动信号通过控制总线、地址总线和数据总线送给FPGA，根据离散控制信号的种类，在FPGA的检测信号波形生成器中产生不同波形格式和数量的训练检测信号，经各离散控制信号中间节点设备透明转发离散信号，到达拓扑结构末端；同时各离散控制信号节点设备根据训练检测波形规则进行解析检测和波形格式正确离散信号波形数量统计；然后离散控制信号源节点设备根据内置数字相控阵天线离散控制信号检测软件依次对其它离散控制信号节点设备进行自检，获取其它离散控制信号节点设备各训练检测波形检测正确数量，并与自身产生的数量进行对比，判断各个离散控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字相控阵天线的离散控制信号检测方法，其特征在于包括如下步骤：在由处理器和与其相连的可编程门阵列芯片FPGA，以及离散控制信号驱动芯片组成的离散控制信号源节点设备中，雷达系统发起自检流程，离散控制信号拓扑结构中的离散控制信号源节点设备通过接口通信设备收到自检命令，将训练检测波形启动信号通过控制总线、地址总线和数据总线送给FPGA，根据离散控制信号的种类，在FPGA的检测信号波形生成器中产生不同波形格式和数量的训练检测信号，经各离散控制信号中间节点设备透明转发离散信号，到达拓扑结构末端；同时各离散控制信号节点设备根据训练检测波形规则进行解析检测和波形格式正确离散信号波形数量统计；然后离散控制信号源节点设备根据内置数字相控阵天线离散控制信号检测软件依次对其它离散控制信号节点设备进行自检，获取其它离散控制信号节点设备各训练检测波形检测正确数量，并与自身产生的数量进行对比，判断各个离散控制信号节点设备工作状态是否正常；离散控制信号源节点设备将各级离散控制信号节点设备离散控制信号的收发状态编码，生成故障代码并打包为自检结果，回传给雷达控制台，从而实现对数字相控阵天线所有离散控制信号节点设备收发状态的检测。...

【技术特征摘要】
1.一种数字相控阵天线的离散控制信号检测方法，其特征在于包括如下步骤：在由处理器和与其相连的可编程门阵列芯片FPGA，以及离散控制信号驱动芯片组成的离散控制信号源节点设备中，雷达系统发起自检流程，离散控制信号拓扑结构中的离散控制信号源节点设备通过接口通信设备收到自检命令，将训练检测波形启动信号通过控制总线、地址总线和数据总线送给FPGA，根据离散控制信号的种类，在FPGA的检测信号波形生成器中产生不同波形格式和数量的训练检测信号，经各离散控制信号中间节点设备透明转发离散信号，到达拓扑结构末端；同时各离散控制信号节点设备根据训练检测波形规则进行解析检测和波形格式正确离散信号波形数量统计；然后离散控制信号源节点设备根据内置数字相控阵天线离散控制信号检测软件依次对其它离散控制信号节点设备进行自检，获取其它离散控制信号节点设备各训练检测波形检测正确数量，并与自身产生的数量进行对比，判断各个离散控制信号节点设备工作状态是否正常；离散控制信号源节点设备将各级离散控制信号节点设备离散控制信号的收发状态编码，生成故障代码并打包为自检结果，回传给雷达控制台，从而实现对数字相控阵天线所有离散控制信号节点设备收发状态的检测。2.如权利要求1所述的数字相控阵天线的离散控制信号检测方法，其特征在于：离散控制信号源节点设备中，处理器通过接口通信设备接收到雷达控制台发送的自检命令时，将训练检测波形启动信号送给FPGA，FPGA中的波形生成器根据离散控制信号的种类产生不同波形和数量的训练检测信号，经过发送驱动芯片后送到下一级离散控制信号节点设备。3.如权利要求1所述的数字相控阵天线的离散控制信号检测方法，其特征在于：离散控制信号源节点设备在所有训练检测波形数量均产生后，通过接口通信设备依次下发自检命令，获取各级离散控制信号节点设备正确检测的不同离散控制信号数量，并与离散控制信号源节点设备自身产生的各种离散控制信号数量进行对比，以此判断该离散控制信号源节点设备的离散控制信号的接收状态和前级节点设备的发射状态是否正常。4.如权利要求1所述的数字相控阵天线的离散控制信号检测方法，其特征在于：雷达信号处理设备是离散控制信号源节点设备，它根据雷达系统工作流程在设备内部的FPGA中产生所需的不同种类的离散控制信号，并通过FPGA对应的驱动芯片将信号发出离散控制信号的电平。5.如权利要求1所述的数字相控阵天线的离散控制信号检测方法，其特征在于：离散控制信号中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕鹏，张毛，巫远征，柳兵，张昀，王谊，康振梅，乔红，郑文军，刘星，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51