基于CPCI總線的雷達(dá)終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

摘要 無源雷達(dá)由于其特殊的體制，對肩負(fù)著數(shù)據(jù)處理和顯示控制等任務(wù)的無源雷達(dá)終端系統(tǒng)提出了更高的要求。文中介紹一種基于CPCI總線的無源雷達(dá)終端系統(tǒng)，滿足了無源雷達(dá)高速、大容量數(shù)據(jù)處理及傳輸?shù)囊蟆?br /> 關(guān)鍵詞 CPCI總線；無源雷達(dá)；終端系統(tǒng)

    終端系統(tǒng)是雷達(dá)不可缺少的組成部分，隨著新體制雷達(dá)的不斷出現(xiàn)，對設(shè)備的要求越來越高，功能越來越強(qiáng)，處理的信息量越來越大，為了適應(yīng)這種需要，現(xiàn)代雷達(dá)終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)廣泛采用計(jì)算機(jī)總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。
    無源雷達(dá)探測的穩(wěn)定性易受到輻射源信號(hào)強(qiáng)弱、天氣、區(qū)域電磁環(huán)境和目標(biāo)所在位置等因素的影響，為了提高目標(biāo)的定位精度，達(dá)到穩(wěn)定跟蹤，需要大量的信息數(shù)據(jù)，為了滿足大量的信息數(shù)據(jù)處理和高速傳輸?shù)囊?，從軟／硬?shí)現(xiàn)方面綜合考慮，選用CPCI總線技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品作為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出了一種集成度高、體積小、多功能的基于CPCI總線的終端系統(tǒng)。
    該終端系統(tǒng)呵完成數(shù)據(jù)處理、顯示控制、通信管理、外設(shè)管理等任務(wù)；結(jié)構(gòu)緊湊，所有板卡都集中在一個(gè)CPCI機(jī)箱內(nèi)，加上兩臺(tái)顯示器、兩臺(tái)操縱臺(tái)就完成了所有的任務(wù)。

1 CPCI總線
    CPCI 也稱Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)，中文稱緊湊型PCI，是一種歐洲卡結(jié)構(gòu)的總線接口，具有高性能工業(yè)用總線，能與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。CPCI技術(shù)架構(gòu)更加開放、標(biāo)準(zhǔn)，基于CPCI技術(shù)架構(gòu)的平臺(tái)，具有集成度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、捕拔安全方便的特點(diǎn)?？煽康臍W洲卡結(jié)構(gòu)，改善了散熱條件，提高了抗振動(dòng)沖擊能力，符合電磁兼容性要求。歐式連接器，具備氣密性、防腐性、可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)組成及工作原理
2．1 組成
    文中介紹的終端系統(tǒng)由CPCI機(jī)箱、數(shù)據(jù)處理板卡、數(shù)據(jù)處理后傳輸板卡、顯示控制板卡、顯示控制板卡后傳輸板卡、通信管理板卡、通信管理后傳輸板卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)板卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)后傳輸板卡、兩臺(tái)顯示器、兩臺(tái)操縱臺(tái)等幾部分構(gòu)成。終端系統(tǒng)組成清單如表1所示。

    CPCI機(jī)箱共有3組12個(gè)捕槽，每組有一個(gè)主板插槽，3個(gè)擴(kuò)展插槽組成，呈一托三形式。各板卡都通過CPCI接插件插入綜合分機(jī)，數(shù)據(jù)處理板卡、顯示控制板卡插入機(jī)箱正面主板插槽、通信管理板卡插入與數(shù)據(jù)處理板卡同組的任意擴(kuò)展插槽、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)板卡插入機(jī)箱正面任意擴(kuò)展插槽，后傳輸板卡插入機(jī)箱背面與正面的板卡——對應(yīng)，比如數(shù)據(jù)處理板卡插入第二個(gè)插槽，那么數(shù)據(jù)處理后傳輸板卡從背面插入第二個(gè)插槽，機(jī)箱對內(nèi)／對外連線都通過后傳輸板卡連接，正面無連接線，板卡位置一旦固定，就不可隨意更改，否則影響接線關(guān)系，如要變動(dòng)，對應(yīng)的接線也要變動(dòng)。
    預(yù)留了比較多的擴(kuò)展插槽，為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了硬件基礎(chǔ)；主板插槽和擴(kuò)展插槽各自通用，也給故障定位和維修帶來方便。整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、維修方便。電源采用兩塊開關(guān)電源插件熱冗余備份的供電方式，兩塊插件硬件完全相同，單獨(dú)任意一塊插入任一電源插槽，都能給機(jī)箱正常供電；也可以兩塊插件一起供電；支持熱插拔。這種靈活的供電方式，減少了由于電源故障造成的停機(jī)損失，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
2．2 工作原理
    數(shù)據(jù)處理板卡的主要功能是接收前端分系統(tǒng)送入的目標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，形成目標(biāo)信息，并控制通信管理板卡上報(bào)輸出。系統(tǒng)有兩塊顯示控制板卡，一塊用來顯示目標(biāo)信息和產(chǎn)生模擬目標(biāo)，用來測試系統(tǒng)工作狀態(tài)及訓(xùn)練操作員，這里稱為主顯；一塊用來顯示輻射源數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控界面顯示，這里稱為分顯。兩塊板卡軟／硬件一致可互換，通過菜單切換是要作為主顯，還是作為分顯。

    通信管理板卡用于對外串口通信，包括8個(gè)RS232串口，受控于數(shù)據(jù)處理板卡。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)板卡包括9個(gè)10＼100＼1000M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，完成系統(tǒng)內(nèi)部和對外網(wǎng)絡(luò)通信。系統(tǒng)工作原理圖如3圖所示。

3 系統(tǒng)信號(hào)流程
    系統(tǒng)信號(hào)流程如圖4所示。外部數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)和串口，傳送到終端系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理單元對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分發(fā)；經(jīng)過處理過的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)和串口送出。內(nèi)部由數(shù)據(jù)處理單元處理過的顯示數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)送至顯示控制，經(jīng)再處理通過人機(jī)交互界面顯示；操作員通過操縱臺(tái)，發(fā)送控制命令，達(dá)到對整個(gè)系統(tǒng)控制的目的。

4 軟件開發(fā)
4．1 軟件開發(fā)平臺(tái)
    為保證數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件采用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，嵌入式Linux具備開放性、多用戶、多任務(wù)等特點(diǎn)。凡遵循國際標(biāo)準(zhǔn)所開發(fā)的硬件和軟件，都能彼此兼容，可方便地實(shí)現(xiàn)互連。系統(tǒng)資源可以被不同用戶各自擁有使用，即每個(gè)用戶對自己的資源有特定的權(quán)限，互不影響。計(jì)算機(jī)可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序，而且各個(gè)程序的運(yùn)行互相獨(dú)立。此外，Linux操作系統(tǒng)還具備靈活移植的特點(diǎn)，可應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)，原型可以在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上開發(fā)后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過程。
    顯示控制軟件采用Windows XP操作系統(tǒng)，安裝、使用、維護(hù)都很方便，基于Windows XP的圖形化顯示控制技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了軟件化實(shí)時(shí)顯示的功能，具備友好的人機(jī)交互界面。
4．2 軟件設(shè)計(jì)
    軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。終端系統(tǒng)內(nèi)的所有功能處理計(jì)算機(jī)都通過高速局域網(wǎng)連在一起，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享。軟件設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。

4．3 任務(wù)劃分
    在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中，任務(wù)劃分的是否合理，將影響到整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。任務(wù)劃分過大，將起不到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的作用，劃分過小，又使得任務(wù)切換過于頻繁。這里采用DARTS任務(wù)劃分方法，DARTS是結(jié)構(gòu)化分析／結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，吸取了并行處理的經(jīng)驗(yàn)，能較好地解決任務(wù)的分解與進(jìn)程間的同步。
4．4 模塊化設(shè)計(jì)
    按照軟件工程和模塊化的方法進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，分清各處理模塊的功能，做到模塊功能的唯一性，從而縮短開發(fā)周期，提高了軟件可靠性、可維性。

5 完善的BIT設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)具備完善的BIT設(shè)計(jì)，通過相互間傳遞測試數(shù)據(jù)來完成，所有板卡的BIT信息都在監(jiān)控界面上顯示，這樣就能夠獲知每個(gè)板卡的工作狀態(tài)，從而有效地排除故障。在系統(tǒng)調(diào)試還沒有完成時(shí)，板卡的內(nèi)存以及外設(shè)接口等的BIT，可通過系統(tǒng)上電或復(fù)位，由板卡計(jì)算機(jī)的BIOS自動(dòng)檢查完成，板卡計(jì)算機(jī)上的串行通訊口，可通過測試程序的自收／發(fā)數(shù)據(jù)檢查來實(shí)現(xiàn)，其它接口如USB口、顯示接口、PSII口等，均可通過接入相應(yīng)的設(shè)備的方式來完成。

6 測試性
    該終端系統(tǒng)具有完善的自我測試手段，只要系統(tǒng)中的各板卡通過自檢，即可納入系統(tǒng)進(jìn)行測試。系統(tǒng)通過測試程序送出模擬的目標(biāo)數(shù)據(jù)信號(hào)及顯示信號(hào)，這些信號(hào)和實(shí)際的目標(biāo)信號(hào)流程一致，借此可測試系統(tǒng)的整個(gè)處理通道及各功能模塊是否正常。
    系統(tǒng)除能進(jìn)行自我測試以外，在配接測試計(jì)算機(jī)后亦可完成系統(tǒng)的仿真測試。測試計(jì)算機(jī)可以模擬前端的外系統(tǒng)送出的信號(hào)，并且接收終端系統(tǒng)送出的信號(hào)，這樣即可測試系統(tǒng)的功能。一方面可提前模擬外系統(tǒng)與終端系統(tǒng)的對接過程，及早發(fā)現(xiàn)和排除問題，另一方面在實(shí)際聯(lián)調(diào)的過程中可以方便地將故障隔離。測試框圖如圖6所示。

7 結(jié)束語
    文中介紹的基于CPCI總線的無源雷達(dá)終端系統(tǒng)，滿足了性能指標(biāo)要求，能很好地完成目標(biāo)參數(shù)錄取、跟蹤和各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)功能。具備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、設(shè)計(jì)靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，解決了無源雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和傳輸瓶頸。該系統(tǒng)的研制成功，為以后研制基于CPCI總
線的系統(tǒng)，提供了很好的借鑒。