一种基于FPGA的雷达波束控制系统设计
波束控制系统的基本功能是给天线阵列中各个移相器提供所需要的控制信号。除此基本功能外，现代雷达还要求波束控制系统高速高效、低成本、小型化，并具有波束控制分系统的自检；根据工作频率，进行初相位在线补偿；天线相位码随机馈相等功能。同时，在设计生产过程中，为了配合其他系统的检测，还需要在雷达的不同工作模式下完善调试功能。另外，在雷达的长期使用过程中，要求单个组件维修时，波束控制组件驱动板能在脱机状态下正常工作。
这里展开介绍一种有源相控阵雷达波束控制系统的硬件平台及软件设计。
l 系统原理
为降低电路成本和增加系统可靠性，该系统采用设备量少、维修方便、可靠性高的集中式运算、分布式驱动体系。也就是，波束控制算法用一块电路板(称之为运算板)实现。
对工作方式，运算板接收来自雷达控制台的控制指令(包括主天线的方位和俯仰增量代码、工作频率、工作模式代码等)，进行波束控相位码的计算、传输、分配与格式重排。运算板把处理后的串行波束控制码通过驱动器发往阵面的波束控制组件驱动板。在波束控制组件驱动板内再进行译码、驱动，然后送给组件单元作为控制码，从而实现波束控制系统的功能。波束控制系统的组成如图1所示。
2 系统硬件平台
该相控阵雷达系统要求波束控制系统准确可靠地控制512个天线单元，波束转换时间不大于1 ms。在此分析运算板需要哪些关键器件。运算板要在500μs内完成从雷达控制台接收指令、波束控制算法及运算结果传输的功能，必须选用FPGA器件。参与运算的补偿数据是运算的主要对象之一，要能够实时参与波束控制算法的运算过程，也可以被雷达控制台在线更新，这就需要运算板具有存储器。系统采用自定义总线接收雷达控制指令和上报阵面返回的信息。
关于驱动板的硬件设计，不仅要实现驱动、译码、系统自检等功能，还要考虑组件在单独调试时驱动板的控制功能是否可以方便实现。由于设备数量较大，在满足功能的基础上，要尽可能降低设备成本。基于这些需求，选用一片单片机和一片EPLD。图1中虚线左侧部分所示运算板硬件组成。其中，雷达控制台发送的是波束控制指令、接收的是阵面自检和检测信息；传输模块产生和发送串行波束控制码、传送所需要的时钟、定时信号。
图l中虚线右侧部分所示组件驱动板的硬件组成。其中接口电路接收波束控制运算板发来的串行波束控制码；组件单元接收的是TTL电平的控制码(包括发射移相码、接收移相码、衰减码、T／R开关控制码)。EPLD完成译码和控制分发代码，SCU完成联机自检和脱机控制调试的功能。控制和调试方式比其他提供的系统设计方法，更加多样化和灵活。
3 软件设计
3．1 运算板FPGA程序设计
波控运算板基本用途就是为满足阵面天线单元控制的需要。在此，整个天线阵面等分成四个子阵面。每个子阵面包括a×b个天线单元，如图2所示。
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