基于CAN總線的雷達網(wǎng)絡測控系統(tǒng)設計 2011-06-08 17:48:03來源:互聯(lián)網(wǎng)

圖1網(wǎng)絡測控系統(tǒng)與CAN總線的連接

圖2雷達網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

2.2系統(tǒng)原理

　　同其他網(wǎng)絡測控系統(tǒng)一樣，雷達網(wǎng)絡測控系統(tǒng)的主要工作基礎是對于相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與共享。在這個網(wǎng)絡中，依據(jù)實際的工作環(huán)境與實際情況的需要，每個雷達既可以作為一個獨立單元工作，也可以作為網(wǎng)絡的節(jié)點工作。當雷達成為網(wǎng)絡的一個節(jié)點工作時，其可以依據(jù)網(wǎng)絡中共享的數(shù)據(jù)，與網(wǎng)內(nèi)的其他雷達共同協(xié)同跟蹤工作。

　　在一般情況下，網(wǎng)絡中的雷達作為獨立的節(jié)點進行工作，此時網(wǎng)絡中的每個雷達是對等的。當出現(xiàn)特殊目標或其他需要多雷達對同一目標進行協(xié)同跟蹤的情況下，雷達的操作手可以通過雷達網(wǎng)絡測控系統(tǒng)向網(wǎng)絡發(fā)出進入網(wǎng)絡工作狀態(tài)的指令。網(wǎng)內(nèi)其他雷達收到指令后，操作手可以依據(jù)該雷達的具體情況選擇繼續(xù)獨立工作或進入網(wǎng)絡協(xié)同工作。進入網(wǎng)絡的雷達之間為主從關(guān)系，發(fā)出指令與數(shù)據(jù)的雷達為主雷達，接收共享數(shù)據(jù)的雷達為從雷達。處于網(wǎng)絡狀態(tài)工作的雷達，也可以隨時退出網(wǎng)絡工作。

3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　由以上對系統(tǒng)原理的分析可以看出，該系統(tǒng)的設計關(guān)鍵技術(shù)主要包括：雷達及目標信息的獲取與共享，目標數(shù)據(jù)的計算、校正及基于校正數(shù)據(jù)的目標跟蹤。系統(tǒng)的硬件設計亦基于此進行。

　　圖3給出了系統(tǒng)的硬件設計框圖。從框圖可以看出，該系統(tǒng)主要由單片機模塊，雷達接口模塊，通信與控制模塊，軸角轉(zhuǎn)換模塊及人機交互接口組成。

　　系統(tǒng)單片機模塊采用Winbond公司的高性能51兼容內(nèi)核單片機W77E58實現(xiàn)系統(tǒng)控制。該單片機具有兩個相互獨立的串口，便于與外設通信，同時芯片支持高達40M的時鐘且具有倍頻模式，能夠滿足目標信息與控制信息的解算要求。

　　雷達接口模塊通過信號轉(zhuǎn)接電路從雷達中截取相關(guān)信號送至接口信號處理電路。其中，雷達的數(shù)字信號主要通過CPLD處理。我們使用了Altra公司的CPLD芯片EPM7128。其第一個作用是作為信號多路復用器與接口緩沖器。當控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，其依據(jù)雷達的狀態(tài)，切換形成不同的數(shù)據(jù)總線開關(guān)狀態(tài)，同時將來自雷達及單片機的數(shù)據(jù)鎖存或緩沖，使雷達與單片機能交換正確的數(shù)據(jù)。其第二個功能是產(chǎn)生接口邏輯與控制系統(tǒng)的控制邏輯。利用來自雷達的時鐘信號、各種時序信號與狀態(tài)信號，產(chǎn)生接口控制信號，控制接口的數(shù)據(jù)交換與狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時依據(jù)單片機發(fā)來的地址與控制信號，合成控制系統(tǒng)的各種控制邏輯。


圖3系統(tǒng)硬件框圖

　　通信與控制模塊是處理后的信息與本雷達及其他雷達交互的接口?？刂葡到y(tǒng)的狀態(tài)及目標數(shù)據(jù)等信息由單片機串口輸出后，通過MAX232變換送至人機交換模塊顯示，來自人機接口的控制信息同樣通過該接口下行至單片機?？刂葡到y(tǒng)與CAN總線的互連同樣經(jīng)過RS-232接口，并由CAN通信模塊完成RS-232協(xié)議與CAN協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)與遠端雷達的長距離、實時通信。經(jīng)過控制系統(tǒng)解算的目標距離信息通過CPLD被雷達獲取，目標的角度信息則通過控制模塊完成D/A變換，電壓隔離與平滑等處理，送至雷達的天控系統(tǒng)，直接推動雷達完成對目標的跟蹤。

雷達天線軸角轉(zhuǎn)換使用了兩個雙精度軸角轉(zhuǎn)換模塊，分別完成對雷達天線方位角、高地角的數(shù)據(jù)提取。當雷達天線受控制系統(tǒng)控制時，該模塊構(gòu)成雷達控制閉環(huán)的反饋支路。

　　人機交互模塊是操作手與控制系統(tǒng)交互的接口，來自控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息通過交互模塊顯示，操作手通過交互接口完成對控制系統(tǒng)的裝定與操作，當狀態(tài)轉(zhuǎn)換或出現(xiàn)通信、操作錯誤時，人機接口將發(fā)出提示或報警。

4系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)的軟件設計主要針對系統(tǒng)狀態(tài)設計、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換流程及數(shù)據(jù)通信與處理流程三個部分進行。

4.1系統(tǒng)狀態(tài)設計

　　狀態(tài)設計主要是針對控制系統(tǒng)工作的各狀態(tài)，對系統(tǒng)硬件進行相應的操作。該系統(tǒng)主要設置了3個主要狀態(tài)：單機工作狀態(tài)，主動工作狀態(tài)，被動工作狀態(tài)。

　　在網(wǎng)絡尚未組織時，各雷達工作于單機工作狀態(tài)，網(wǎng)內(nèi)雷達各自獨立工作，相互關(guān)系對等。當網(wǎng)絡建立后，網(wǎng)內(nèi)的雷達將具有不同的優(yōu)先級。其中，提供目標與雷達信息的雷達具有最高的優(yōu)先級，工作于主動工作狀態(tài)，網(wǎng)內(nèi)的其他雷達則工作于被動工作狀態(tài)。主動狀態(tài)下的雷達負責組織整個雷達網(wǎng)絡，由它向網(wǎng)絡發(fā)送目標的各種參數(shù)及雷達狀態(tài)信息，被動雷達從網(wǎng)絡獲取目標及雷達信息，并據(jù)此控制雷達工作，直至主動狀態(tài)雷達撤除網(wǎng)絡或操作手強制退出。這種主從工作方式保證了網(wǎng)絡的高可靠工作。

4.2系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程設計

　　轉(zhuǎn)換流程設計則主要指系統(tǒng)依據(jù)目標的特征、性質(zhì)，操作手的命令和網(wǎng)內(nèi)其他雷達發(fā)來的指令，自動或被動地在各個狀態(tài)間進行轉(zhuǎn)換的流程設計。圖4顯示了系統(tǒng)軟件狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程。從圖中可以看出，單機工作狀態(tài)是系統(tǒng)的缺省狀態(tài)，當網(wǎng)絡組織后，雷達將進入主動狀態(tài)或被動狀態(tài)工作。主動狀態(tài)或被動狀態(tài)是動態(tài)的，依據(jù)目標的不同特性，網(wǎng)絡發(fā)來的指令及操作手的指令，雷達能夠在主動狀態(tài)與被動狀態(tài)間進行相互轉(zhuǎn)換，并保證網(wǎng)絡中始終保證由一臺主動雷達組織。