遠程顯示控制系統(tǒng)在地面雷達中的實現(xiàn)

1 引言

隨著自動控制技術、計算機技術、通信技術、工業(yè)COTS技術的快速發(fā)展，電信、交通、金融、智能小區(qū)等領域根據(jù)自身的需求。

針對各自特定的環(huán)境和設備進行遠程監(jiān)控已成為一種趨勢。與國際上在環(huán)境與設備集中監(jiān)控系統(tǒng)領域的研究和開發(fā)相比，國內在設備維修及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應用方面尚處于起步階段。而由于這一領域的多學科性質，使得由單一專業(yè)的機構進行的系統(tǒng)設計方案和實施往往存在各種不合理因素：一方面造成諸如只有設備監(jiān)控而無現(xiàn)場環(huán)境圖像鑒控，或系統(tǒng)傳輸方式單一、組網(wǎng)不靈活而造成系統(tǒng)兼容性差；另一方面，在硬件設備上因一味追求降低成本，使用價格低廉、性能單一的非主流器件（如單片機）作為核心單元的控制器，缺少必要通信組網(wǎng)功能，導致系統(tǒng)可可靠性沒有保障，無法滿足標準化和模塊化的要求。

遠程監(jiān)控領域的核心是控制系統(tǒng)，目前國內控制系統(tǒng)的設計方案和實施主機分為二種方式。

●以單片機為核心的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

單片機系統(tǒng)受硬件設備限制，無法實現(xiàn)模塊化。就發(fā)展的角度而言，沒有生命力，且完成的功能單一，無法傳送圖像信號，只適用于一些不重要的場合，不能構成多媒體環(huán)境下的高集成系統(tǒng)。

●以PLC（可編程邏輯控制器）為代表的以工業(yè)控制器為核心的遠程顯控系統(tǒng)。

作為成熟的COTS產(chǎn)品，工業(yè)控制器在歐美等工業(yè)發(fā)達國家具有悠久的歷史，在汽車、冶金、化工、通信等行業(yè)得到廣泛應用并取得顯著效益，PLC專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算述操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入、輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

需要指出的是，目前民用領域的遠程顯控系統(tǒng)因其設計和工程實施滯后于所需監(jiān)測設備，并且二者不是由同一個開發(fā)商完成，即遠程顯控系統(tǒng)從根本上不參與所監(jiān)控設備自身的運行，因此二者不存在統(tǒng)一設計的可能。單獨建立一套遠程顯控系統(tǒng)需增加大量的設備及由此涉及的工作量，另一方面測控軟件的開發(fā)也是單獨設計運行，與所監(jiān)測設備軟件的銜接同樣存在二次開發(fā)問題。

考慮到上述因素，針對國內新型地面雷達自身具有較完善的本地監(jiān)控系統(tǒng)這一特點，綜合本地監(jiān)控系統(tǒng)和遠程顯控系統(tǒng)的共同特性及系統(tǒng)結構的全理性、系統(tǒng)功能的完善性和實用性以及與被控設備的接口能力等因素，本文提供了一種適用于地面雷達標準的遠程顯控系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的目的旨在提高地面雷達設備的自動化程度，特別是在一些工作條件和氣候惡劣的高山地區(qū)或海島和邊防雷達站，通過遠距離顯控系統(tǒng)，正常的雷達值勤可以在條件相對寬松的中心指揮室完成，從而實現(xiàn)雷達本地無人或少人值守。此外，指揮中心可以監(jiān)控雷達網(wǎng)內的多部雷達，做到對整個空情的實時監(jiān)控。因此，雷達的遠距離顯控系統(tǒng)對于實戰(zhàn)中提高防空網(wǎng)的工作效率和自我防護能力具有重大意義。

2 設計原則

一次設計可實施標準的擴展：為保護遠程顯控系統(tǒng)符合地面雷達本地監(jiān)控系統(tǒng)的標準，在工程實施方案階段對二者進行融合設計，即一方面合理設計硬件結構，對于雷達整各分系統(tǒng)的BITE（機內測試裝置）、本控接口、遙控接口、所需監(jiān)控系統(tǒng)及設備接口進行統(tǒng)一規(guī)劃和配置，完成一次性設計，但在設計中要做到設計分散、控制設備模塊化；另一方面對地軟件資源也要進行統(tǒng)一性設計，從設計初期媽著眼于遙控和本控狀態(tài)下的軟件兼容性問題，這樣，不但可以保證雷達監(jiān)控系統(tǒng)軟件的可靠性，而且增加了軟件系統(tǒng)本身的延續(xù)性和可移植性。

只有將本控和遙控系統(tǒng)底層軟件及相應硬件設備統(tǒng)一設計，從根本上解決其兼容性，才有利于進一步開展高可靠性的遠距離顯控系統(tǒng)設計工作。這是本方案區(qū)別于其他遠程監(jiān)控系統(tǒng)的根本所在。

3 系統(tǒng)組成

總體來講，本系統(tǒng)由雷達本地設備、遠端指揮中心和傳輸信道三部分組成，其組成框圖如圖1所示。

3.1 雷達本地設備

包括雷達自身的監(jiān)控系統(tǒng)、終端系統(tǒng)、配電箱及遠程喚醒器、各種傳感器與攝像設備（包括攝像機、云臺及其控制器）。其中，監(jiān)控系統(tǒng)和終端系統(tǒng)的PC/104計算機模塊和能與PC/104兼容的計算機主板是整個遠程顯控系統(tǒng)的核心。監(jiān)控系統(tǒng)的主工功能是顯示雷達的工作狀態(tài)、參數(shù)監(jiān)視、故障信息顯示等，控制各監(jiān)控模塊。另外，還可以根據(jù)需要完成對整機故障及工作狀態(tài)的記錄、查詢、統(tǒng)計管理及網(wǎng)絡接口的擴展，提供實時的維修幫助信息等。終端系統(tǒng)的主要功能是完成本站雷達的信息獲取，產(chǎn)生點跡、目錄的錄取和跟蹤等。這兩個系統(tǒng)均具有將綜合后的情報送本地顯示及圖傳遠程通訊功能。所有功能的實現(xiàn)建立在工程實施方案的軟硬件融合設計。

為了滿足無人值守的基本要求，遠程顯控系統(tǒng)應完成遠程喚醒和遠程對各分系統(tǒng)的復位功能，考慮到控制信號在遠距離傳輸中較易受到干擾和雷達正常運行對電源的嚴格要求，因此，設計中的控制信號采用寬脈沖觸發(fā)式（脈寬在500ms以上）。此外，在觸發(fā)后“保持接通”即功能鎖定是必不可少的，功能鎖定可以保證遠端喚醒控制器的可靠運行（不受遠端控制設備故障的影響）。

為此，在遠端喚醒控制器中采用西門子公司生活的230RC型控制器作為核心控制器件，230RC的功能相當于一個小型PLC，其內部集成有邏輯門、觸發(fā)器、繼電器和時鐘等19個功能塊，面板上具有編程輸入及顯示功能，應用于小型控制系統(tǒng)時，實用性比PLC更好。

對于環(huán)境參數(shù)和電源設備的監(jiān)測則由溫/濕度、煙霧、紅外、電壓、電流等高性能傳感器經(jīng)PC/104標準數(shù)/模的I/O模塊采集后送CPU處理。

雷達車廂內的設備運行圖像信號有兩種傳輸方式：一種是通過光纜直接傳輸；另一種是采用專用的圖像傳輸設備轉化后送圖傳或電話線傳輸。目前，這兩種方式均有較多的COTS產(chǎn)品提供選擇。

3.2 遠端指揮中心

包括一臺標準配置的PII工控機，通過遠程遙控軟件呆移植雷達本地監(jiān)控系統(tǒng)的工作，即將雷達整機管理遠程化，實現(xiàn)雷達工作狀態(tài)參量和故障信息的采集、故障隔離、記錄、顯示和告警。具有開機檢測、實時和循環(huán)檢測等多種工作狀態(tài)的切換功能，完成與監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換，提供友好的人機界面。

帶有圖傳終端的地面雷達的基本功能是對目標的識別和錄取等操作，圖傳終端由光柵顯示器、操縱臺、回波及顯示卡組成，在構成和功能上與雷達本地的分顯完全一致，使雷達目標顯示錄取遠程化。

3.3 圖像傳輸設備

雷達圖像傳輸設備是地面雷達情報傳遞的專用設備，具有對雷達終端顯示器的畫面和目標參數(shù)、數(shù)據(jù)和話音的雙向傳輸功能，圖傳設備的結構框圖如圖2所示。

圖傳發(fā)端分機直接與雷達接口，將雷達要傳輸?shù)男盘柦?jīng)頻分、時分后混合成基帶信號，送往傳輸設備。圖傳收端分機對基帶信號進行解調，分別送往圖傳終端顯示器和遙控主機以完成數(shù)據(jù)傳輸并再現(xiàn)雷達信號。圖傳分機具有雙工功能，發(fā)端和收端相兼容。

根據(jù)圖傳發(fā)端和圖傳收端之間的距離，有三種信道選擇。距離在100m以內時選擇電纜信道（視頻電纜）；距離在2km以內時選擇光纜信道；距離50km以內時選用微波信道；距離超過50km時在微波終端之間需增加中斷微波站。

4 系統(tǒng)功能

遠程顯控系統(tǒng)的主要功能與雷達監(jiān)控系統(tǒng)相同，并嗇了空調器監(jiān)控、加熱器監(jiān)控、發(fā)射機總電源監(jiān)控、天線驅動總電源監(jiān)控、1號車總電源監(jiān)控、詢問機監(jiān)控、溫/濕度監(jiān)控和圖像監(jiān)控等功能。

4.1 對雷達各分系統(tǒng)的控制

系統(tǒng)控制模塊是把控制命令集合中的一系列控制命令根據(jù)需要，通過人機界面中的多級菜單將相應的控制命令發(fā)布給任務管理模塊，再由任務管理模塊調用通訊模塊具體執(zhí)行雷達遠程遙控工作，主要包括：天線驅動控制、極化控制、發(fā)射機控制、接收系統(tǒng)控制、綜合分機控制、溫度控制和攝像機控制等。

4.2 顯示功能

顯示模塊包括狀態(tài)和故障實時顯示模塊，其主要作用是實時地將監(jiān)控系統(tǒng)檢測到的信息和受控后雷達各分系統(tǒng)狀態(tài)通過監(jiān)控模塊采集的信息，經(jīng)傳輸信道將通信數(shù)據(jù)進行處理后在人機界面中顯示。

把對雷達的各項控制命令通過人機界面下達給任務管理模塊，由任務管理模塊通過通訊模塊將相應回饋信號在人機界面中顯示。

將故障檢測模塊所提供的各種信息碼用圖形故障檢測界面顯示出來，綠色表示正常，紅色表示故意。

4.3 目標顯示錄取功能

顯示經(jīng)計算機處理后的二次信息、完成各種人工干預。

光柵顯示器主要由高分辨率多掃描彩色圖形顯示器、回波處理板、圖形板、操縱臺（含鍵盤、跟蹤球）等組成。來自圖傳雷達回波的二次信息進入顯示器的圖形處理板，經(jīng)過轉換、處理后，在圖形板中進先例中成，最終送到監(jiān)視器顯示。

4.4 遠程喚醒和復位功能

由于遠程對雷達整機上電前的監(jiān)控系統(tǒng)處在待喚醒狀態(tài)，因此無法通過監(jiān)控系統(tǒng)與遙控系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)通道來實現(xiàn)遠程對雷達電子方倉的上電及下電功能，只有將著眼點放在本笛一直處于帶電狀態(tài)的圖傳收/發(fā)端地個分機上，解決問題的方法是在圖傳收端分機上設置一個上電和下電開關，經(jīng)數(shù)據(jù)復合后送至圖傳發(fā)端，經(jīng)過光耦隔離接至遠程喚醒器，將弱電信號與其所要控制的后級強電隔離。同時將上電寬脈沖經(jīng)隔離、驅動后送到監(jiān)控系統(tǒng)、終端系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)等，利用PLC在觸發(fā)后狀態(tài)鎖定功能，對雷達本地系統(tǒng)進行遠程復位操作。

4.5 圖像監(jiān)控

通過光纜、圖傳或現(xiàn)在有民用通信線路對雷達本地車廂內設備運行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)及天線狀態(tài)等進行實時圖像監(jiān)測，其實現(xiàn)方式主要有二種：一種通過光纜直接傳輸視頻信號，中心設立單獨的監(jiān)視器；另一種通過專用圖像壓縮傳輸設備對視頻信號處理后送標準串口，經(jīng)長線傳輸在指揮中心的計算機顯示器上進行圖像監(jiān)視。

5 系統(tǒng)控制軟件

控制系統(tǒng)是本地系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)由多個微處理器組構成一個完備的閉環(huán)控制網(wǎng)絡并由CPU控制，通過遙控軟件完成分析并確定雷達各種狀態(tài)，執(zhí)行相應指令，由若干軟件模塊實現(xiàn)各種控制，在本系統(tǒng)中，遠程控制傳輸模塊的軟件采用Visual Basic模塊化編程，具有靈活的移植性和可擴展性。

軟件模塊的相互關系如圖3所示。

系統(tǒng)控制模塊的功能是狀態(tài)設置、自檢、系統(tǒng)控制、通訊、顯示器。

故障檢測模塊的功能是信息采集、故障隔離、告警、維護指南。

通訊模塊的功能是與監(jiān)控模塊的信息交換，與系統(tǒng)外部的通訊。

人機界面模塊的功能是功能選擇和顯示。

故障信息與推理規(guī)則庫是根據(jù)使用手冊、專家經(jīng)驗經(jīng)知識工程而產(chǎn)生的庫文件。

雷達操縱員通過人機界面對雷達系統(tǒng)進行干預。系統(tǒng)控制模塊啟動通訊模塊，采集由各監(jiān)控模塊上報的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在采集同時完成信息甄別。利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫、故障信息庫和推理規(guī)則庫完成故障隔離，一旦發(fā)現(xiàn)故障或臨界狀態(tài)，即發(fā)出提示或告警信號。

6 小結

為了縮短研發(fā)周期，降低開發(fā)成本，本設計方案引進了工業(yè)自動化技術和成果，在系統(tǒng)方案設計初期采用了隔合設計和系統(tǒng)集成技術，注重對商品化PC/104嵌入式計算機及外圍各功能模塊、可編程控制器（PLC）及外圍各功能模塊的軟硬件應用，并對遠程顯控系統(tǒng)的可靠性、電磁兼容性及與雷達本地系統(tǒng)的兼容性進行了一定研究，在此基礎上實現(xiàn)了地面雷達無人值守方案的工程實施。