新體制國產(chǎn)化空管一次雷達(dá)

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 徐 鵬

新體制國產(chǎn)化空管一次雷達(dá)

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 徐 鵬

"十二五"期間,國產(chǎn)化空管一次雷達(dá)采用全固態(tài)發(fā)射機(jī)、線圓極化雙波束、頻率分集、AMTD軟件信號(hào)處理、冗余交叉組合雙系統(tǒng)等新技術(shù)新體制,主要擔(dān)負(fù)航路監(jiān)視,兼顧警戒引導(dǎo)任務(wù),提供目標(biāo)距離、方位、速度、航向以及航路上積云雨等信息,為空中交通管制提供日?？涨楸Ｕ稀a(chǎn)化空管一次雷達(dá)在借鑒引進(jìn)空管雷達(dá)先進(jìn)理念與技術(shù)的基礎(chǔ)上,兼顧國家低空開放日益繁忙的空中交通帶來的抗干擾、低慢小目標(biāo)檢測(cè)、雷達(dá)陣地優(yōu)化等需求。本文主要從設(shè)計(jì)理念出發(fā),結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況,對(duì)國產(chǎn)化空管雷達(dá)進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

空管雷達(dá)國產(chǎn)化;軟件化;AMTD;一次雷達(dá)

1 概述

自從八十年代初期,我國空管領(lǐng)域先后從四個(gè)國家引進(jìn)了空管雷達(dá),每一代空管雷達(dá)的引進(jìn)都從設(shè)計(jì)理念、技術(shù)體制、功能性能和制造工藝等方面極大的刺激了國內(nèi)雷達(dá)領(lǐng)域的發(fā)展,完善了我國空中交通管制系統(tǒng)的建設(shè)。新體制空管一次雷達(dá)的設(shè)計(jì)研制就是基于國家日益繁忙的空中交通管制需求,學(xué)習(xí)借鑒法國Thales公司、加拿大Raytheon公司等空管雷達(dá)先進(jìn)技術(shù),兼顧對(duì)空情中抗干擾、慢速小目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)屬性識(shí)別、陣地優(yōu)化等要求研制起來的,采用線極化/圓極化可變高低波束、風(fēng)冷全固態(tài)集中式發(fā)射機(jī)、頻率分集、AMTD軟件化信號(hào)處理和冗余交叉組合雙系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù),性能先進(jìn)、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠性高,主要用于航路監(jiān)視,兼顧警戒引導(dǎo),提供目標(biāo)方位、距離、航向、速度、高度(依賴二次雷達(dá)或者波束估高)等信息,以及航路上的積云雨輪廓信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)各類目標(biāo)監(jiān)視保障,完成空中交通管制任務(wù)(見圖1、圖2)。

圖1 雷達(dá)室外天線

圖2 雷達(dá)室內(nèi)電子設(shè)備

2 雷達(dá)設(shè)計(jì)理念

2.1 極高的任務(wù)可靠性

發(fā)射機(jī)、天饋線、接收機(jī)等硬件采用可靠性極高的元器件,完善可靠的BITE功能,支持在線維修。整機(jī)絕大數(shù)系統(tǒng)部件雙套熱冗余備份設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)熱態(tài)無縫切換,實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)重組,實(shí)現(xiàn)故障軟化處理,雷達(dá)平均故障間隔時(shí)間MTBF不小于1000小時(shí),平均致命故障間隔時(shí)間MTBCF不小于30000小時(shí),確保了雷達(dá)數(shù)據(jù)不間斷和整機(jī)任務(wù)可靠性。

2.2 開放式軟硬件平臺(tái)

整機(jī)采用CPCI總線式硬件設(shè)計(jì),嚴(yán)格按照國標(biāo)電氣接口規(guī)范,模塊化程度、通用型強(qiáng),服務(wù)器、工作站均為貨架產(chǎn)品,具有更高的可靠性、適用性和開放性;雷達(dá)控制、雷達(dá)數(shù)據(jù)和雷達(dá)視頻采用獨(dú)立的大容量以太網(wǎng)架構(gòu),"三網(wǎng)"獨(dú)立,數(shù)據(jù)量大,傳輸穩(wěn)定可靠,分系統(tǒng)組合方式靈活,提高了雷達(dá)各類參數(shù)配置的靈活性,易于產(chǎn)品升級(jí)及新算法新設(shè)計(jì)的應(yīng)用;雷達(dá)監(jiān)控終端、處理平臺(tái)采用LINUX系統(tǒng),系統(tǒng)本身安全開放,軟件運(yùn)行平臺(tái)高效安全。

2.3 精細(xì)化處理理念

綜合借鑒國外先進(jìn)空管雷達(dá)設(shè)計(jì)理念,優(yōu)化波形時(shí)序設(shè)計(jì),摒棄簡單的長短脈沖高低波束覆蓋,采用三脈組一個(gè)相參處理間隔設(shè)計(jì),脈組間頻率捷變頻,頻率分集、幀間、脈沖間重復(fù)周期變換一體,實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)波束的時(shí)空覆蓋,提取雷達(dá)回波更多信息(原始幅度、濾波器號(hào)、背景幅度、方位寬度、多普勒速度、回波出現(xiàn)數(shù)和高低波束采樣值等元素),具備了干擾抑制、跨周期回波處理、恒虛警組合優(yōu)化、點(diǎn)跡過濾等功能,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的最佳檢測(cè)和恒虛警控制。

2.4 全面陣地優(yōu)化能力

依據(jù)雷達(dá)信號(hào)處理檢測(cè)流程,全面開放信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理等陣地優(yōu)化配置參數(shù),分4個(gè)系統(tǒng),41子類,共計(jì)200多項(xiàng)優(yōu)化參數(shù),覆蓋整機(jī)時(shí)序、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、氣象處理和通信處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié),配置專用陣地優(yōu)化軟件,通過數(shù)據(jù)庫對(duì)各類參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和配置,雷達(dá)陣地適應(yīng)性全面提高,雷達(dá)技術(shù)性能得到全面發(fā)揮,可完成多樣化復(fù)雜保障任務(wù)。

2.5 在線動(dòng)態(tài)測(cè)試

系統(tǒng)配置測(cè)試通道,實(shí)時(shí)監(jiān)控雷達(dá)發(fā)射功率、天饋線駐波比、機(jī)柜溫濕度、伺服電機(jī)溫度電流、油位油溫,接收機(jī)靈敏度、噪聲電平、動(dòng)態(tài)范圍和增益和信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理工作站處理能力等指標(biāo),并具有發(fā)現(xiàn)概率統(tǒng)計(jì)、一次二次融合配對(duì)概率統(tǒng)計(jì)和點(diǎn)跡過載保護(hù)功能,提供雷達(dá)點(diǎn)航跡質(zhì)量,幫助操作人員實(shí)時(shí)掌握雷達(dá)狀況。

2.6 系統(tǒng)平臺(tái)兼容配套設(shè)備

雷達(dá)信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、維護(hù)顯控終端等硬件平臺(tái),雷達(dá)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)接口等軟件平臺(tái)等與二次雷達(dá)及空管自動(dòng)化系統(tǒng)兼容。

系統(tǒng)設(shè)有RS-232、RS-422串口和RJ45網(wǎng)口,預(yù)留多種輸出格式,每個(gè)端口的輸出點(diǎn)跡航跡可設(shè),數(shù)據(jù)格式、速率等均可根據(jù)用戶需求選擇配置。

系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),可靠性高,維修性強(qiáng),BITE自檢功能完善,覆蓋面廣,指向精準(zhǔn),配備資料、文件、儀器儀表和備件齊全,安全警示醒目,防雷措施完善,符合電磁兼容性指標(biāo)要求,整機(jī)耗電不大于20KWh。

3 雷達(dá)應(yīng)用實(shí)例(見圖3、圖4、圖5、圖6)

4 雷達(dá)特點(diǎn)簡介

4.1 環(huán)境適應(yīng)性

雷達(dá)設(shè)計(jì)工作溫度,設(shè)備機(jī)房內(nèi)0-45攝氏度,工作站0-35攝氏度,天線罩內(nèi)-50-70攝氏度,濕度室內(nèi)不大于90%,室外不大于98%,工作海拔5000m,抗風(fēng)能力,未加裝天線罩,在24.4m/s可生存。雷達(dá)設(shè)計(jì)有完備的防雷設(shè)施,外露電纜具有雙屏蔽層,外露金屬有良好的接地和防護(hù)措施,電源模塊設(shè)置有良好的避雷模塊,外露零部件均做了"三防"保護(hù),發(fā)射功率模塊設(shè)計(jì)有高溫保護(hù)措施,外露設(shè)備采取必要密封措施,電纜、潤滑脂油等滿足低溫使用需求。

4.2 電磁兼容性

電磁兼容性方面,雷達(dá)設(shè)備做了三級(jí)有效的電磁防護(hù)措施,第一級(jí)為七個(gè)機(jī)柜相互電磁屏蔽;第二級(jí)為所有分級(jí)原則上相互獨(dú)立,避免干擾;第三級(jí)為某些特殊化組件模塊自成電磁屏蔽體,存在發(fā)熱元件的采取局部散熱方式,對(duì)于強(qiáng)干擾性的電路板進(jìn)行單獨(dú)隔離,單板上靈敏度較高的電路板,加裝屏蔽罩和良好接地。合理選用導(dǎo)線,優(yōu)化布線方式,盡量避免各導(dǎo)線之間的相互干擾和寄生耦合。自加裝以來未發(fā)現(xiàn)雷達(dá)各系統(tǒng)之間相互干擾,測(cè)量設(shè)備房艙電磁輻射強(qiáng)度,符合國家相關(guān)要求。

圖3 過頂目標(biāo)跟蹤情況

圖4 高分辨跟蹤情況

圖5 高機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤情況

圖6 數(shù)據(jù)融合情況(綠色為一次目標(biāo),橙色為二次目標(biāo),黃色為融合目標(biāo))

4.3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

系統(tǒng)整機(jī)供電采用三相五線制供電,整機(jī)耗電約為20kW,消耗維護(hù)用品少,就目前來看,整機(jī)運(yùn)行消耗財(cái)物較少,系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較高。

4.4 可靠性

自雷達(dá)研制批產(chǎn)交付以來,未發(fā)生停機(jī)故障,系統(tǒng)可靠性指標(biāo)較高。

4.5 測(cè)試性

測(cè)試性主要是對(duì)BITE故障檢測(cè)率、BITE故障隔離率、BITE虛警率進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)相關(guān)定量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。雷達(dá)能對(duì)故障檢測(cè)率、故障隔離率和虛警率進(jìn)行定量分析,在開展的模擬故障檢測(cè)中,故障檢測(cè)概率、隔離率100%。

4.6 保障性

雷達(dá)及配套設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),模塊化自動(dòng)化程度高,布線簡介明了,系統(tǒng)監(jiān)控及自檢功能完善,能夠?qū)崟r(shí)在線對(duì)各分系統(tǒng)工作狀態(tài)性能指標(biāo)檢測(cè),各機(jī)柜背板附帶有裝機(jī)圖、各指示面板均設(shè)有測(cè)試口,標(biāo)準(zhǔn)明了。通過翻閱配備的維修維護(hù)、技術(shù)說明書,對(duì)于雷達(dá)的技術(shù)體制、原理過程描述清楚,操作使用說明規(guī)范詳細(xì),有效性、實(shí)用性、指導(dǎo)性強(qiáng);整機(jī)自檢指向性強(qiáng),維修設(shè)備、隨即儀表齊全;元器件備件配備齊全,隨機(jī)文件能夠滿足雷達(dá)使用和維修保障要求。

4.7 安全性

雷達(dá)整機(jī)設(shè)計(jì)中充分考慮了因設(shè)備自身、外力和人員誤操作等產(chǎn)生的安全事故,高壓、大電流和風(fēng)速過載等均設(shè)有安全警示,設(shè)置有應(yīng)急斷電開關(guān),天線轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置有安全開關(guān)、安全門鎖、旋轉(zhuǎn)警鈴、維修平臺(tái)等安全保護(hù)措施,方艙內(nèi)外設(shè)有煙霧報(bào)警,配有滅火器、消防沙和消防鍬等工具,軟硬件操作帶有防誤操作設(shè)計(jì),操作步驟簡單,防護(hù)措施完善,符合相關(guān)安全性指標(biāo)。

5 結(jié)束語

新體制空管一次雷達(dá)的成功研制,堅(jiān)定了我們對(duì)空管設(shè)備全面國產(chǎn)化的信心。目前國產(chǎn)空管一、二次雷達(dá)設(shè)備都已獲得民航頒發(fā)使用許可證,在國內(nèi)民航機(jī)場(chǎng)使用。其中,機(jī)動(dòng)式多功能空管雷達(dá)系統(tǒng)獲得國家863科技支撐計(jì)劃支持。從一次雷達(dá)到監(jiān)視系統(tǒng),從空管傳感器到空管系統(tǒng),國產(chǎn)空管產(chǎn)品線不斷豐富完善,初步具備提供空管系統(tǒng)一攬子解決方案的能力。

二十年的努力,幾代雷達(dá)人的心血,從性能樣機(jī)--產(chǎn)品樣機(jī)--產(chǎn)品--改進(jìn)型產(chǎn)品--產(chǎn)業(yè)化一路走來,通過認(rèn)真地汲取民航及國外用戶的使用經(jīng)驗(yàn)和寶貴意見,不斷技術(shù)升級(jí)和改進(jìn),我們的空管產(chǎn)品已經(jīng)日臻完善,我們已經(jīng)在空管雷達(dá)國產(chǎn)化進(jìn)程中邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐,接下來我們將以科學(xué)創(chuàng)新、務(wù)實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貞B(tài)度,不斷完善空管產(chǎn)品線,力推空管一、二次雷達(dá)國產(chǎn)化裝備建設(shè),實(shí)施"由設(shè)備供應(yīng)商向系統(tǒng)供應(yīng)商轉(zhuǎn)變"的戰(zhàn)略,為實(shí)現(xiàn)"航空強(qiáng)國"之夢(mèng)貢獻(xiàn)力量。

相信在不久的將來,我們能夠?qū)⑽覀兊目展墚a(chǎn)品全面推向國際市場(chǎng),在更大的舞臺(tái)上展示中國裝備實(shí)力,國際空管市場(chǎng)一定有我們的一席之地!

[1]葛海峰,陳耀武。嵌入式船載導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)跟蹤的實(shí)現(xiàn)[J]。電子器件,2005,28(2):315-317.

[2]陳輝,邵云等。一種新型空管雷達(dá)優(yōu)化模擬訓(xùn)練系統(tǒng)[J]?？哲婎A(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào),2014,28(2):7-11.

[3]王鑫。國產(chǎn)空管雷達(dá)技術(shù)及發(fā)展淺析[J]。電子世界,2014,12(7): 15-16.

[4]張輝,陳忠先。國內(nèi)空管雷達(dá)技術(shù)發(fā)展與建議[J]空中交通管理,2006,26(8):19-22.

[5]陳平。空管系統(tǒng)設(shè)備評(píng)估及指標(biāo)體系[J]。指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2011,32(3):23-25.

[6]顧春平?？罩薪煌ü苤票O(jiān)視新技術(shù)簡介[J]?，F(xiàn)代雷達(dá),2010,13(9):25-27.

徐鵬,安徽潛山人,工程師,主要從事空管雷達(dá)及空管系統(tǒng)國產(chǎn)化開發(fā)工作。

The Localization of the ATC Primary Radar under new system

During the period of 12th Five-Year,the Localization of the ATC primary radar with all-solid-state transmitter, dual-beam with line or circular polarization, frequency diversity, AMTD signal processing by software, redundant cross-dual system and other new technologies and new system,is responsible for route monitoring, taking into account the warning and guidance tasks, providing information such as target distance, direction, speed, heading and cumulonimbus on the route, so as to provide routine air security for air traffic control。 The Localization of the ATC primary radar which is based on the advanced concepts and techniques of introducing ATC radar, takes into account the anti-jamming, low-slow detection of small targets, and optimization of radar positions, which are brought about by the increasingly busy air traffic in the country。 This paper is from the design concept, combined with the actual application to introduce the domestic ATC radar systematically。

Localization of ATC Radar;Software;AMTD;Primary Radar