以太网在雷达发射机控制和保护中的应用

以太网在雷达发射机控制和保护中的应用

李文学 1 王磊 2 许保卫 3

西安电子工程研究所 陕西 西安 710100

摘要：随着发射机技术的发展，对发射机控制和保护的需求不断增加，对传统串行通信形式构成了挑战。为了解决这些问题，本文介绍了以太网的组成及其在雷达发射机控制和安全方面的应用，以及以太网的部署前景。

关键词：雷达发射机；以太网；发射机控制和保护

发射机运行时，必须监测所有参数，以系统操作员发射机的运行状态。如果检测到故障，则需要自动或手动干预和快速保护。参数监控通常通过发射机监控台上的各种电压或电流表、指示灯或示波器进行。大多数现代发射机都是遥控的。以便主控制及时了解其状态。传统的控制和保护系统通常使用串行端口通信接口将监控参数传输到雷达控制台，并通过串行端口接收控制台发出的各种命令。由于串行数据传输，系统可靠性较低。随着变压器技术的发展，变压器越来越数字化、集成、模块化和自动化，在种类与个数情况下，要监测和控制的参数的数量和类型可能数以千计或更多。传统串行通信是低数据速率的点对点通信手段。尤其是当多个发射机组同时运行时，它们不适合现代发射器所需的高数据速率。高传输性能也是发射的增长趋势。高电压、高温和高电磁辐射严重影响了基于串行通信的控制和防护系统的可靠性和效率。近年来，以太网凭借其成熟的技术、高效的分组网络功能和高可靠性，成功地应用于各种工业自动化系统的网络设计。基于以太网的发射机控制系统旨在充分利用以太网优势，并在技术上得到正确利用。

一、以太网的组成

随着大功率发射机技术的发展，发射机的控制和保护要求越来越高。控制和保护不仅要实现发射机开关控制、故障信号采集和快速保护、关键参数采集、工作状态显示和故障显示等功能，还要能够与雷达控制台通信，具有远程控制和信息交换功能由于监测量的数量和类型有时可能达到数千个，工作环境相当恶劣，电磁干扰很强，传统串行通信是一种适合于点对点和缓慢通信的回溯通信手段，特别是在分布式发射机中，显然效果不佳由于发射机监测量大，使用单片机显然达不到要求。有必要采用集中分散显示的多机多级检测系统。换句话说，所有探测点都分为几个监测单位。每个单元都有自己的处理器进行单元故障点的检测和处理，并具有通信组网络功能，可将处理后的数据发送到一般雷达监测计算机。根据要监视的数量和分布(分布在N个机柜中)，使用机柜作为监视单元，监视m个点，让整个系统有N个监视单元，即网络中的N个节点。优点包括:(1)模块化结构。监控N单元相同，可以在简单配置中完全互换；(2)一致性强。监控单元设计为具有m点监测能力，并与其他产品兼容；(3)大大减少劳动力，减少整个部件单元的多样性，提高子系统的可靠性。N个节点之间的通信对于控制和保护至关重要。CAN总线允许多点通信，但通信速率受节点和距离的影响，可扩展性有限，不能适应大驱动器，此外CAN总线不能隔离通信点之间的信号。在真空管发射机上使用时，由于发射机本身受到强烈的电磁干扰可能引起常见模式电压和总线损坏。总线损坏时，整个雷达通信都会损坏，因此无法确定哪个子系统对总线损坏负责。如果使用以太网，则可以解决此问题。优点包括:(1)以太网是一个成熟的标准网络，与计算机兼容，易于调试。以太网通常采用信号变压器实现通信隔离，具有较强的抗干扰性；（2）)网络节点可以快速扩展和传输。500米时最高可达10M bps秒。通用串行通信端口和can总线接口保留在基于以太网的监控设备上。实现强大的普遍性。如果更改了通信接口，则无需重新配置装置，只需更改软件即可。组成图如图1所示。

图1以太网的组成框图

1.监控组的组成。发射机的自动控制和保护目前是用工控机进行的。具有以下优点:(1)良好的兼容性和无缝升级，总线100%兼容。（2）优良性价比。工控机由标准总线组成，在需要时提供不同的性能。(3)资源丰富软件。标准工控机软件控制十分多样化。由于其与PC兼容，因此在PC机上运行的软件可以在工控机运行。但更重要的是，汉化软件很难通过普通的单片机提供。（4）强大的通信和网络功能。标准总线机具有多个网卡，支持各种通信模式，形成大型分布式控制系统。（5）模块化结构，具有模块化结构的标准工控机，所有模板均齐全且易于维护。（6）可靠性高。近年来，使用标准工控机的可靠性日益提高。设备的可靠性在设计前是未知的。(7)良好的电磁兼容性。计算机的抗干扰问题特别重要，因为发射机受到了很大的电磁干扰。使用标准总线的工控机通常具有抗干扰或符合某些标准，根据上述工控机与单片机的比较，工控机被用作监控单元的控制中心。由于PC/104的尺寸较大，所以选择了嵌入式工控机模块。该模块已应用于多个产品，具有高可靠性和电磁兼容性。这进一步简化了设备的复杂性并提高了可靠性。本模块支持ISA标准总线、两个串行端口、以太网、易用性和可靠性。监控单元通过指定的输入、不同的同步信号输入和模拟输入提供给以太网接口、串行接口、总线通信接口和显示接口。从框图中可以看出，除工控机和大规模可编程设备外，监控单元是一个I/o通道，它从总体设计中消除了解码电路和接口芯片，并将电路传输到设备中，与以前的设计相比，这是一个显着的改进，因为芯片类型的集成和减少有助于提高耐用性和可靠性。该方法已成功应用于其他雷达发射机，可靠性较高。为了使电路尽可能通用，保留了余量的I/o通道，这些通道主要与真空管发射机相同。如果固态发射机检测到的故障点少于或多于一个，但允许分发，则还可以借用它们。通信接口保留独立的RS-422接口、10 Mbps以太网接口和can总线接口。可以根据需要选择不同的通信接口，以避免重新配置通信接口时出现问题。

2.信号传输。在上述控制和保护中，差分传输主要用于信号传输。差分传输适用于长距离传输，但差分芯片的耐压性不高，发射机的工作环境很差，发射机和接收机之间接地电势往往不同，可能导致整流芯片损坏同时，如果发射机不通电，发射机的电平不确定，可能导致不正确的结果。如果发射器已分布且信号离检测单元不远，则可以使用光耦合进行传输。光学耦合抗传输电压高，抗干扰能力强。因为光学耦合的输入阻抗很小，一般为100 ~1K ，干扰源的内部阻力很大，一般为1001k ~100M 。可分压到光学耦合入口端的噪音非常低。尽管干扰噪声具有较大的电压幅度，但低能只能形成较低的电流，光耦合输入部分的LED在电流状态下工作。即使在高电压范围干涉的情况下，也会因为电流不足而将其抑制掉。

二、工程应用

某型雷达雷达同时工作两个发射机。控制台装置可用于控制2台发射机开关、启用信号控制、同步信号终端、故障排除、快速保护、远程控制和控制台信息共享。每个发射机都有通过以太网连接到雷达的相同监测单元。监测组以PC为中心。对于模块化结构，它主要由PC104主板、输入、输出和接口板组成。该雷达在许多勘测任务中，通过准确及时地监测和收集基于以太网的发射机控制和保护系统的干扰，确保了平稳运行和稳定的数据传输。

以太网是具有总线拓扑的基于总线的局域网。其他子系统也是如此。基于以太网的控制保护系统利用以太网的高数据传输速率、抗干扰性能和高效的网络效率等优势，准确实时监测发射机的状态，保证发射机的安全稳定运行。

参考文献：

【l】郑文忠．雷达发射机技术【M】．电子工业出版粒，2020．

【2】李元．INTRANET网络技术与应用【M】．清华大学出版社，2019．

【3】吴山．M13108船载式脉冲测雷达技术资料【M】．中国电子科技集团公司．2020．