一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统及方法，结合集中式存储集中式计算和分布式存储分布式计算的优缺点，采用集中式存储分布式计算的方法，将波控码存储在波束控制器中，在SAR系统成像前将本次工作需要的波控码读取并发送至天线的各子阵控制器中，由各子阵控制器进行波控码计算和布控。本发明专利技术中提出了集中式存储分布式计算的方案，所有的波控码存储在一组存储器中，解决了在轨维护复杂的问题；系统初始化过程中，将本次开机所需要的波控码提前发送至各个波控单元，最终布控的波控码在各个波控单元中进行计算，每个波控单元仅需对100个T/R通道进行布控，解决了布控时间问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统及方法


[0001]本专利技术属于星载合成孔径雷达相控阵天线波束控制
，具体涉及一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统及方法。

技术介绍

[0002]SAR(SyntheticApertureRadar)，即合成孔径雷达，是一种主动式的对地观测系统，可安装在飞机、卫星、宇宙飞船等飞行平台上，能够全天时、全天候对地实施观测，并具有一定的地表穿透能力。因此，SAR系统在灾害监测、环境监测、海洋监测、资源勘查、农作物估产、测绘和军事等方面的应用上具有独特的优势，可发挥其他遥感手段难以发挥的作用。SAR天线以及波束控制系统是SAR系统中的重要组成部分，高分辨率SAR系统通常采用相控阵天线实现波束的发射和接收，波束控制系统则实现对相控阵天线的波束指向和控制。
[0003]随着高分辨率、大幅宽等应用需求的提高，应用模式的增加，星载SAR天线的规模越来越大，TR通道的数量、移相器的数量也越来越多，波束控制越来越复杂，波控码的存储容量越来越大，其控制实时性要求也越来越高，对系统波控码的存储和布控方式的方式带来了严峻的挑战。目前，常用的波控码存储和布控方式有集中式存储集中式计算和分布式存储分布式计算。
[0004]集中式存储集中式计算的方式就是将所有的波控码存储在一台波束控制器中，在SAR系统工作时由该波束控制器根据控制指令读取相应的波控码，然后计算天线阵面每一个TR通道、移相器、衰减器的码字，最后发送至天线阵面进行布控。该存储布控方式的特点是读取方式灵活，数据传输简单，天线结构简洁，便于在轨波控码的维护和更新。该存储布控方式通常应用在小型星载SAR系统中或实时性要求低的星载SAR中。
[0005]分布式存储分布式计算的方式是结合相控阵天线的结构进行工作，每个相控阵天线内部由多个子阵控制器组成，每个子阵控制器控制对应的TR通道、移相器、衰减器等，分布式存储分布式计算就是将波控码存储在每个子阵控制器中，各自读取和计算各自的波控码，并进行布控。该存储布控方式的特点是反应速度快，读取方式灵活，数据传输简单，缺点是天线结构复杂，系统控制复杂，波控码的在轨维护和更新更加困难，成本增加。该存储布控方式通常应用在大型星载SAR系统中或实时性要求高的星载SAR中。
[0006]在大规模相控阵天线中，若采用集中式存储集中式计算的方案，那么就会存在布控时间长的问题，以4万个T/R通道为例，单次布控的码字量达到1.28Mb，布控时间达到1毫秒，在滑动聚束、TOP、定标等模式下无法满足需求。
[0007]若采用分布式计算分布式存储的方式下，那就会存在在轨波控码管理复杂的问题，以4万个T/R通道为例，需要400个波控单元分布式的存储波控码，即需要400个存储单元，不仅增加了成本，同时在轨进行波控码上注维护时需要同时对400各存储单元进行操作，提高了在轨维护的复杂度。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统及方法，结合集中式存储集中式计算和分布式存储分布式计算的优缺点，提出了一种集中式存储分布式计算的方法，将波控码存储在波束控制器中，在SAR系统成像前将本次工作需要的波控码读取并发送至天线的各子阵控制器中，由各子阵控制器进行波控码计算和布控。本专利技术中提出了集中式存储分布式计算的方案，所有的波控码存储在一组存储器中，解决了在轨维护复杂的问题；系统初始化过程中，将本次开机所需要的波控码提前发送至各个波控单元，最终布控的波控码在各个波控单元中进行计算，每个波控单元仅需对100个T/R通道进行布控，解决了布控时间问题。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统，包括SAR系统监控计算机、雷达波束控制器、天线波束控制器、子阵控制器、T/R组件波控，其中雷达波束控制器、天线波束控制器、子阵控制器、T/R组件波控实现四级波控；所述雷达波束控制器包括FPGA芯片、RS422芯片、LVDS芯片、PROM存储芯片以及FLASH存储芯片，雷达波束控制器接收SAR系统监控计算机的工作指令，根据工作指令读取存储在其内的原始波控码后向天线波束控制器发送原始波控码，同时雷达波束控制器根据当前工作指令向天线波束控制器发送天线阵面工作指令、计算并发送天线扫描因子；所述天线波束控制器包括FPGA芯片、RS422芯片，实现雷达波束控制器发送工作指令的识别和转发以及子阵控制器发送遥测状态信息的打包和转发；所述子阵控制器包括ASCI芯片、RAM、RS422芯片，实现天线阵面上T/R组件布控波控码的实时计算；天线波束控制器通过几组RS422芯片连接阵面上所有的子阵控制器。
[0011]进一步地，所述雷达波束控制器采用8片PROM存储芯片和6片FLASH存储芯片存储原始波控码，FLASH存储芯片存储采用“三取二”的存储方式，即3片FLASH存储芯片存储相同的数据，通过比对的方式，采用两个相同位作为有效数据位。
[0012]进一步地，所述雷达波束控制器通过LVDS接口外接中继分系统，通过中继分系统上传波控码，雷达波束控制器的FPGA芯片将接收的波控码重新写入到FLASH存储芯片中，从而实现数据的在轨维护和更新，提高系统的可靠性和稳定性，同时能够为用户提供更多的应用模式。
[0013]本专利技术还提供一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统的控制方法，包括：雷达波束控制器接收SAR系统监控计算机的工作指令，根据工作指令读取存储在其内的原始波控码后向天线波束控制器发送原始波控码，同时雷达波束控制器根据当前工作指令向天线波束控制器发送天线阵面工作指令、计算并发送天线扫描因子；天线波束控制器接收雷达波束控制器发送的原始波控码、天线阵面工作指令、天线扫描因子，并转发至天线阵面上对应的子阵控制器；天线阵面上的子阵控制接收到天线波控发送的原始波控码、工作指令、天线扫描因子后进行波控码的计算，最后发送至T/R组件。
[0014]进一步地，根据不同的应用模式，将不同的波控码按照参数类别存储到PROM存储芯片和FLASH存储芯片的不同地址；SAR系统工作时，首先进入初始化状态，雷达波束控制器接收到SAR系统监控计算机发送的系统初始化指令，雷达波束控制器的FPGA芯片根据指令读取存储在PROM存储芯片或者FLASH存储芯片中的波控码，然后按照协议将读取的波控码进行打包，最后将指令包发送至天线波束控制器，直至整个天线阵面的子阵控制器完成初
始化；系统进入成像工作状态时，SAR系统监控计算机提前将工作参数发送给雷达波束控制器，雷达波束控制器的FPGA芯片根据工作模式，实时计算工作参数和天线扫描因子，最后按照时序发送至天线波束控制器；为提高实时性，成像过程中的工作指令为全局性指令，可被天线阵面上的所有子阵控制器识别。
[0015]进一步地，在SAR系统工作期间，天线波束控制器接收到雷达波束控制器的指令后，判断是全局指令还是局部指令，如果是全局指令则转发至所有子阵控制器，如果是局部指令则转发至目的子阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统，其特征在于，包括SAR系统监控计算机、雷达波束控制器、天线波束控制器、子阵控制器、T/R组件波控，其中雷达波束控制器、天线波束控制器、子阵控制器、T/R组件波控实现四级波控；所述雷达波束控制器包括FPGA芯片、RS422芯片、LVDS芯片、PROM存储芯片以及FLASH存储芯片，雷达波束控制器接收SAR系统监控计算机的工作指令，根据工作指令读取存储在其内的原始波控码后向天线波束控制器发送原始波控码，同时雷达波束控制器根据当前工作指令向天线波束控制器发送天线阵面工作指令、计算并发送天线扫描因子；所述天线波束控制器包括FPGA芯片、RS422芯片，实现雷达波束控制器发送工作指令的识别和转发以及子阵控制器发送遥测状态信息的打包和转发；所述子阵控制器包括ASCI芯片、RAM、RS422芯片，实现天线阵面上T/R组件布控波控码的实时计算；天线波束控制器通过几组RS422芯片连接阵面上所有的子阵控制器。2.根据权利要求1所述的一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统，其特征在于，所述雷达波束控制器采用8片PROM存储芯片和6片FLASH存储芯片存储原始波控码，FLASH存储芯片存储采用“三取二”的存储方式，即3片FLASH存储芯片存储相同的数据，通过比对的方式，采用两个相同位作为有效数据位。3.根据权利要求1所述的一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统，其特征在于，所述雷达波束控制器通过LVDS接口外接中继分系统，通过中继分系统上传波控码，雷达波束控制器的FPGA芯片将接收的波控码重新写入到FLASH存储芯片中，从而实现数据的在轨维护和更新，提高系统的可靠性和稳定性，同时能够为用户提供更多的应用模式。4.根据权利要求1
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3之一所述的一种大规模星载SAR相控阵天线控制系统的控制方法，其特征在于，包括：雷达波束控制器接收SAR系统监控计算机的工作指令，根据工作指令读取存储在其内的原始波控码后向天线波束控制器发送原始波控码，同时雷达波束控制器根据当前工作指令向天线波束控制器发送天线阵面工作指令、计算并发送天线扫描因子；天线波束控制器接收雷达波束控制器发送的原始波控码、天线阵面工作指令、天线扫描因子，并转发至天线阵面上对应的子阵控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵福海，曲春辉，章旭鑫，刘俭，杜江，尹航，王凡，李双焕，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：