本發(fā)明涉及機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)，尤其涉及一種機(jī)載相頻掃雷達(dá)二維空域電子穩(wěn)定裝置、方法、存儲(chǔ)介質(zhì)和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、相控陣?yán)走_(dá)天線的突出特征是無(wú)需旋轉(zhuǎn)天線陣面即可進(jìn)行波束掃描，其快速的掃描能力和靈活的波束轉(zhuǎn)換性能，是相控陣?yán)走_(dá)具備高度自適應(yīng)工作環(huán)境和目標(biāo)環(huán)境的技術(shù)基礎(chǔ)，這一切都得益于波束控制系統(tǒng)的應(yīng)用。與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，相控陣?yán)走_(dá)在掃描速率、目標(biāo)處理能力、系統(tǒng)可靠性及復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性等方面表現(xiàn)出色，是現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的重要發(fā)展方向。

2、相較于陸基相控陣?yán)走_(dá)，機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)的機(jī)動(dòng)性更為出色，機(jī)載雷達(dá)可以隨著飛機(jī)的移動(dòng)而調(diào)整，能夠迅速部署至所需區(qū)域；同時(shí)，借助其高度優(yōu)勢(shì)，可以有效克服地形限制，提供更廣泛的監(jiān)視范圍。

3、然而，與地面固定平臺(tái)相比，機(jī)載平臺(tái)由于飛機(jī)偏航、橫滾、俯沖、爬升等姿態(tài)變化或直線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、懸停等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，安裝在飛機(jī)平臺(tái)上的雷達(dá)波束指向也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。若在此情況下未采取保持天線掃描空域穩(wěn)定的措施，則極易導(dǎo)致天線波束偏離目標(biāo)區(qū)域，從而降低雷達(dá)測(cè)量精度甚至造成目標(biāo)丟失。傳統(tǒng)的解決方案通常是為雷達(dá)天線配備三軸硬件穩(wěn)定平臺(tái)，以隔離雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)和載機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)閉合伺服回路使天線波束指向不受載機(jī)姿態(tài)的影響；但這種方法存在體積較大、質(zhì)量較重、成本較高等問(wèn)題。

4、再者，考慮到飛機(jī)內(nèi)部空間及承載負(fù)荷的限制，對(duì)雷達(dá)載荷的體積、重量、可靠性以及集成度提出了更為嚴(yán)格的要求。因此，研發(fā)一款設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、小型化、高性能、高可靠性、體積及重量符合載荷要求的電子波束穩(wěn)定系統(tǒng)已顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)載相頻掃雷達(dá)二維空域電子穩(wěn)定裝置、方法、存儲(chǔ)介質(zhì)和電子設(shè)備，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)載相控陣相頻掃雷達(dá)俯仰和方位方向上二維波束的電子空域穩(wěn)定功能。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種機(jī)載相頻掃雷達(dá)二維空域電子穩(wěn)定裝置，包括網(wǎng)口單元和rs422串口單元，ad單元，dsp單元，fpga單元，其中：

4、所述網(wǎng)口單元對(duì)外輸入/輸出端連接到顯控計(jì)算機(jī)，接收顯控計(jì)算機(jī)控制指令，并上報(bào)目標(biāo)數(shù)據(jù)信息；網(wǎng)口單元對(duì)內(nèi)輸出端連接到dsp單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯控計(jì)算機(jī)控制指令的網(wǎng)絡(luò)接收和解析、指向角變換和波束控制碼生成的功能；

5、所述rs422串口單元的輸入端連接到外部慣性導(dǎo)航的輸出端，接收慣性導(dǎo)航輸出的橫滾角、航向角和俯仰角信息，然后通過(guò)寫入到dsp單元的輸入端，完成顯控計(jì)算機(jī)下發(fā)指向角信息到雷達(dá)陣面指向角信息的變換功能；

6、所述ad單元輸入端連接到外部伺服角度的輸出端，將數(shù)字化后伺服當(dāng)前角度通過(guò)emif總線由fpga單元傳送給dsp單元，dsp單元采用俯仰角度閉環(huán)控制算法生成伺服控制參數(shù)，通過(guò)emif總線寫入fpga伺服控制單元，實(shí)現(xiàn)俯仰方向上伺服的閉環(huán)控制；

7、所述dsp單元輸入端連接到網(wǎng)口對(duì)內(nèi)輸出端和fpga單元，接收顯控計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制指令信息，并讀入fpga單元的伺服當(dāng)前角度信息；dsp單元輸出端連接到fpga單元的輸入端，將dsp單元計(jì)算輸出的陣面坐標(biāo)系方位角、工作頻點(diǎn)信息和伺服控制信息發(fā)送給fpga單元做進(jìn)一步處理和控制；

8、所述fpga單元輸入端連接到dsp單元的輸出端，讀入陣面坐標(biāo)系方位角、工作頻點(diǎn)和伺服控制信息做；fpga單元輸出端連接到tr組件、頻綜和伺服，實(shí)現(xiàn)方位方向上tr組件控制和俯仰方向上頻綜頻率掃描控制和伺服控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩維波束指向的穩(wěn)定。

9、所述的dsp單元包括指令接收解析單元、指向角變換單元和俯仰閉環(huán)計(jì)算單元；指令接收解析單元輸入端連接到網(wǎng)口單元對(duì)內(nèi)輸出端，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讀入控制指令信息；指令接收解析單元輸出端與指向角變換單元和俯仰閉環(huán)計(jì)算單元依次連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)口輸入控制指令的解析、顯控計(jì)算機(jī)下發(fā)的地理坐標(biāo)系指向角信息到陣面坐標(biāo)系指向角信息的變換以及俯仰閉環(huán)控制參數(shù)計(jì)算的功能；指向角變換單元輸入端還連接到rs422串口單元的輸出端，讀入慣導(dǎo)單元采集的航向角、俯仰角和橫滾角信息；俯仰閉環(huán)計(jì)算單元還通過(guò)emif總線從fpga單元讀入伺服當(dāng)前角度信息。

10、所述的fpga單元包括幅相控制碼計(jì)算、tr組件控制單元、頻綜控制單元和伺服控制單元，幅相控制碼計(jì)算單元輸入端連接到dsp單元的輸出端，讀入工作頻率和陣面坐標(biāo)系方位指向角信息，采用查表和并行定點(diǎn)運(yùn)算相結(jié)合的方法計(jì)算出各通道tr組件的幅相控制碼；tr組件控制單元的輸入端連接到幅相控制碼計(jì)算的輸出端，讀入各通道tr組件幅相控制碼信息；tr組件控制單元輸出端連接到外部tr組件，實(shí)現(xiàn)各通道tr組件幅相控制碼的分發(fā)和控制，進(jìn)而完成方位上波束穩(wěn)定功能；頻綜控制單元的輸入端連接到dsp單元的輸出端，頻綜控制單元的輸出端連接到頻綜，實(shí)現(xiàn)俯仰上頻率掃描控制；伺服控制單元的輸入端連接到伺服ad單元，讀入伺服當(dāng)前角度信息，并通過(guò)emif總線寫入到dsp俯仰閉環(huán)計(jì)算單元，經(jīng)過(guò)俯仰閉環(huán)計(jì)算后，通過(guò)emif總線再次從dsp俯仰閉環(huán)計(jì)算單元讀入伺服控制參數(shù)信息；伺服控制單元輸出端連接到外部伺服，實(shí)現(xiàn)俯仰方向上伺服控制；頻綜頻率掃描和伺服控制一起實(shí)現(xiàn)俯仰上波束穩(wěn)定功能。

11、還包含時(shí)鐘單元、存儲(chǔ)單元和電源單元，所述時(shí)鐘單元的輸出連接到ad單元和fpga單元的時(shí)鐘輸入端，為ad單元和fpga單元提供時(shí)鐘輸入；dsp單元和rs422串口單元的時(shí)鐘輸入采用單獨(dú)的晶振輸入；

12、所述存儲(chǔ)單元包含dsp程序存儲(chǔ)器單元和fpga程序存儲(chǔ)器單元，分別連接到dsp單元和fpga單元，分別為dsp單元和fpga單元提供應(yīng)用程序的存儲(chǔ)；所述dsp存儲(chǔ)單元包括dsp數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和dsp程序存儲(chǔ)器，連接到dsp，分別為dsp提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)；所述fpga存儲(chǔ)單元包含fpga數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和fpga程序存儲(chǔ)器，連接到fpga單元，為fpga提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)；

13、所述電源單元包含dsp電源單元、fpga電源單元、ad單元電源、rs422串口單元電源以及存儲(chǔ)器單元電源，為以上單元提供正常工作時(shí)所需的各種電源。

14、所述網(wǎng)口芯片采用88e1111，rs422串口芯片采用max3491，ad芯片采用ad7980，fpga芯片采用xc7vx690t，dsp芯片采用tms320c6678，dsp程序存儲(chǔ)器采用mt25qu128aba1ese，dsp數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用mt41k128m16jt，fpga程序存儲(chǔ)器采用mt25qu256aba1ew7，fpga數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用mt41k256m16tw，電源芯片采用tps51200、ltm4644與ltm4642，為網(wǎng)口單元、rs422串口單元、ad單元、dsp單元與fpga單元、存儲(chǔ)單元提供正常工作所需的各種電源。

15、一種基于所述的機(jī)載相頻掃雷達(dá)二維空域電子穩(wěn)定裝置的穩(wěn)定方法，包括以下步驟：

16、步驟1：使用dsp指令接收解析單元對(duì)顯控計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的地理坐標(biāo)系下方位角和俯仰角信息進(jìn)行接收和解析；

17、步驟2：dsp指向角變換單元對(duì)接收的地理坐標(biāo)系下方位角和俯仰角信息，結(jié)合慣導(dǎo)單元通過(guò)rs422串口輸入的航向角、俯仰角和橫滾角等天線陣面的姿態(tài)角信息，通過(guò)坐標(biāo)變換，得到天線陣面坐標(biāo)系的方位角和俯仰角信息；

18、步驟3：通過(guò)查找天線測(cè)試得到的俯仰指向和工作頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系表，dsp俯仰閉環(huán)計(jì)算單元得到頻綜工作頻率和陣面坐標(biāo)系下伺服設(shè)定角度，通過(guò)比對(duì)陣面坐標(biāo)系下伺服設(shè)定角度和通過(guò)ad單元讀入的伺服當(dāng)前角度，產(chǎn)生伺服控制需要的方向控制、速度控制和啟動(dòng)/停止控制等伺服控制參數(shù)，通過(guò)emif總線寫入fpga單元；

19、步驟4：使用fpga幅相控制碼計(jì)算單元根據(jù)工作頻率和陣面坐標(biāo)系方位角信息，計(jì)算各通道tr組件幅相控制碼信息；fpga?tr組件控制單元將各tr組件通道的幅相控制碼進(jìn)行分發(fā)，并搭配tr組件工作時(shí)序?qū)崿F(xiàn)tr組件幅相控制和天線方位上波束對(duì)準(zhǔn)功能；

20、步驟5：fpga頻綜控制單元讀入工作頻率信息后，搭配頻綜工作時(shí)序完成俯仰上頻率掃描控制功能；fpga伺服控制單元讀入伺服控制的方向控制、速度控制、和伺服啟動(dòng)/停止等參數(shù)后實(shí)現(xiàn)伺服控制功能；頻綜和伺服一起實(shí)現(xiàn)天線俯仰方向上波束對(duì)準(zhǔn)功能。

21、所述步驟2中的坐標(biāo)變換，具體包括以下步驟：

22、步驟21：建立“東北天”地理坐標(biāo)系和“右前上”載體坐標(biāo)系，地理坐標(biāo)系和載體坐標(biāo)系都遵循右手定則；那么顯控計(jì)算機(jī)下發(fā)的是地理坐標(biāo)系下的方位角θa和俯仰角信息，載體坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系的關(guān)系可以由俯仰角β、航向角α和橫滾角γ等姿態(tài)角來(lái)確定；

23、步驟22：雷達(dá)與飛機(jī)平臺(tái)采用剛性連接,初始安裝時(shí)雷達(dá)載荷相位中心和一維俯仰伺服零點(diǎn)對(duì)齊,天線陣面法線方向與飛機(jī)載體坐標(biāo)系平行,那么雷達(dá)陣面坐標(biāo)系與飛機(jī)載體坐標(biāo)系平行；

24、步驟23：由顯控計(jì)算機(jī)下發(fā)的地理極坐標(biāo)系下方位角θa和俯仰角信息組成方向矢量通過(guò)極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，得到雷達(dá)指向目標(biāo)空域的單位矢量(xa,ya,za)，其中

25、步驟24：根據(jù)讀入的慣導(dǎo)信息，將地理坐標(biāo)系下雷達(dá)指向目標(biāo)空域的單位矢量(xa,ya,za)依次旋轉(zhuǎn)航向角α、俯仰角β和橫滾角γ，得到陣面直角坐標(biāo)系下指向目標(biāo)空域的方向矢量(xb,yb,zb)，其中

26、

27、步驟25：將陣面直角坐標(biāo)系下指向目標(biāo)空域的方向矢量(xb,yb,zb)轉(zhuǎn)換為陣面極坐標(biāo)系下方向矢量

28、所述步驟4中所述的fpga幅相控制碼計(jì)算單元具體計(jì)算時(shí)，包括以下步驟：

29、步驟41：將天線陣列的頻率信息f和步驟25得到的指向角θb信息依次進(jìn)行量化和放大預(yù)處理，分別存入頻率查找表round(2k+p*d*f/c)和波位查找表round(2qsinθb)中；依次測(cè)量各tr組件通道在各個(gè)工作頻率下的初始相位φn和初始幅度an，將測(cè)得的各通道的初始相位和初始幅度依次進(jìn)行量化和放大預(yù)處理，分別存入初相查找表round(φn2k+p+q/2π)和初始幅度查找表round(an/δa)中，其中移相器位數(shù)位k，p、q分別為頻率表和波位表放大倍數(shù)，d為相鄰天線單元的間距，δa為幅度衰減器最小步進(jìn)，n為天線單元的序號(hào)；

30、步驟42：根據(jù)工作頻率和指向角θb，分別查找頻率查找表和波位信號(hào)查找表，獲取頻率信息預(yù)運(yùn)算值round(2k+p*d*f/c)和波位信息預(yù)運(yùn)算值round(2qsinθb)；

31、步驟43：將步驟42中得到的頻率信息預(yù)運(yùn)算值和波位信息預(yù)運(yùn)算值相乘后，再與當(dāng)前天線單元的序號(hào)相乘，得到當(dāng)前序號(hào)天線單元的理想配相相位round(2k+p*d*f/c)*round(2qsinθb)*n；

32、步驟44：以當(dāng)前工作頻率為行索引，以當(dāng)前天線單元序號(hào)為列索引，查找初相查找表，得到當(dāng)前天線單元的初始相位round(φn2k+p+q/2π)；

33、步驟45：將步驟43計(jì)算的理想配相相位和步驟44查表得到的初始相位相加，得到當(dāng)前序號(hào)天線單元的實(shí)際配相相位round(2k+p*d*f/c)*round(2qsinθb)*n+round(φn2k+p+q/2π)；

34、步驟46：將步驟45得到實(shí)際配相相位右移p+q位后，與2k+p+q-1進(jìn)行與按位與運(yùn)算，即得到tr組件通道的相位控制碼；

35、步驟47：以當(dāng)前工作頻率為行索引，以當(dāng)前天線單元序號(hào)為列索引，查找初始幅度查找表round(an/δa)，得到當(dāng)前天線單元的幅度控制碼。

36、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述的計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)所在設(shè)備執(zhí)行如上任意一項(xiàng)所述的機(jī)載相頻掃雷達(dá)二維空域電子穩(wěn)定方法。

37、一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有可在所述處理器上運(yùn)行的程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一所述的機(jī)載相頻掃雷達(dá)二維空域電子穩(wěn)定方法。

38、本發(fā)明通過(guò)采用dsp與fpga單元結(jié)合慣導(dǎo)、伺服、頻綜與tr組件單元，實(shí)現(xiàn)了俯仰與方位方向上二維天線波束的電子掃描及天線波束的指向穩(wěn)定；本發(fā)明借助指向角變換技術(shù)，可以精確補(bǔ)償雷達(dá)姿態(tài)角改變所引發(fā)的天線波束指向角變化，有效地抵消了機(jī)載平臺(tái)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的波束指向角偏移，使得飛機(jī)姿態(tài)變化后天線波束仍能指向目標(biāo)區(qū)域，從而提升了波束指向精度并避免了目標(biāo)丟失。進(jìn)一步的，通過(guò)俯仰上頻率掃描和方位上相位掃描實(shí)現(xiàn)了以電子掃描替代傳統(tǒng)機(jī)械掃描的功能，大幅度減小了硬件設(shè)備體積和重量，提高了波束指向精度和轉(zhuǎn)換速度。本發(fā)明通過(guò)俯仰上頻率掃描與伺服波束微調(diào)、方位上相位掃描共同實(shí)現(xiàn)了二維天線波束的電子掃描和指向穩(wěn)定，取代了體積龐大的三軸穩(wěn)定平臺(tái)，極大地降低了硬件設(shè)備的體積、重量和數(shù)量，減少了設(shè)備間連線，降低了研發(fā)成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。