基于CAN總線(xiàn)的雷達網(wǎng)絡(luò )測控系統設計

1引言

　　隨著(zhù)測控技術(shù)的快速發(fā)展，現代雷達系統對于多雷達高精度協(xié)同測控跟蹤能力的需求越來(lái)越高。然而，現役的大多數雷達并不具有這樣的功能。基于某型號雷達，我們開(kāi)發(fā)了基于CAN總線(xiàn)的雷達網(wǎng)絡(luò )測控系統。經(jīng)過(guò)對雷達加裝該系統，我們構建了雷達局域測控網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了基于CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的雷達間目標，狀態(tài)等相關(guān)信息的共享。利用這些信息，網(wǎng)絡(luò )中各雷達可以進(jìn)行相互配合工作，極大地提高了雷達的探測與協(xié)同能力。

2雷達網(wǎng)絡(luò )測控測控系統的基本結構與原理

2.1CAN總線(xiàn)測控網(wǎng)絡(luò )的結構與特點(diǎn)

　　從本質(zhì)上看，我們設計的雷達網(wǎng)絡(luò )測控系統，屬于主從式網(wǎng)絡(luò )測試控制系統。與數據網(wǎng)絡(luò )相比,控制網(wǎng)絡(luò )具有數據幀短、數據交換頻繁、有實(shí)時(shí)約束等特點(diǎn)。同時(shí)雷達本身工作時(shí)電磁環(huán)境復雜，相對距離較遠，這都對采用的總線(xiàn)形式提出了較高的要求。

　　近20年來(lái)，控制網(wǎng)絡(luò )獲得迅速發(fā)展，特別是作為其主流的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已形成了一系列國際標準，CAN總線(xiàn)是其中一種比較有影響的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。CAN總線(xiàn)是一種多主方式的串行通訊總線(xiàn)，有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的多種錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時(shí)，CAN仍可提供高達50Kbit/s的數據傳輸速率。同時(shí)CAN總線(xiàn)具有很高的實(shí)時(shí)性能，在工業(yè)控制、安全防護等領(lǐng)域中得到了廣泛應用。因此我們選擇CAN總線(xiàn)構建網(wǎng)絡(luò )。圖1與圖2分別顯示了雷達網(wǎng)絡(luò )測控系統與CAN總線(xiàn)的連接關(guān)系及各雷達間互連的拓撲結構。

圖1網(wǎng)絡(luò )測控系統與CAN總線(xiàn)的連接

圖2雷達網(wǎng)絡(luò )拓撲結構

2.2系統原理

　　同其他網(wǎng)絡(luò )測控系統一樣，雷達網(wǎng)絡(luò )測控系統的主要工作基礎是對于相關(guān)數據的采集與共享。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，依據實(shí)際的工作環(huán)境與實(shí)際情況的需要，每個(gè)雷達既可以作為一個(gè)獨立單元工作，也可以作為網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)工作。當雷達成為網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)節點(diǎn)工作時(shí)，其可以依據網(wǎng)絡(luò )中共享的數據，與網(wǎng)內的其他雷達共同協(xié)同跟蹤工作。

　　在一般情況下，網(wǎng)絡(luò )中的雷達作為獨立的節點(diǎn)進(jìn)行工作，此時(shí)網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)雷達是對等的。當出現特殊目標或其他需要多雷達對同一目標進(jìn)行協(xié)同跟蹤的情況下，雷達的操作手可以通過(guò)雷達網(wǎng)絡(luò )測控系統向網(wǎng)絡(luò )發(fā)出進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )工作狀態(tài)的指令。網(wǎng)內其他雷達收到指令后，操作手可以依據該雷達的具體情況選擇繼續獨立工作或進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )協(xié)同工作。進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )的雷達之間為主從關(guān)系，發(fā)出指令與數據的雷達為主雷達，接收共享數據的雷達為從雷達。處于網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)工作的雷達，也可以隨時(shí)退出網(wǎng)絡(luò )工作。

3系統硬件結構

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

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

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

　　雷達接口模塊通過(guò)信號轉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，雷達的數字信號主要通過(guò)CPLD處理。我們使用了Altra公司的CPLD芯片EPM7128。其第一個(gè)作用是作為信號多路復用器與接口緩沖器。當控制系統狀態(tài)轉換時(shí)，其依據雷達的狀態(tài)，切換形成不同的數據總線(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，同時(shí)將來(lái)自雷達及單片機的數據鎖存或緩沖，使雷達與單片機能交換正確的數據。其第二個(gè)功能是產(chǎn)生接口邏輯與控制系統的控制邏輯。利用來(lái)自雷達的時(shí)鐘信號、各種時(shí)序信號與狀態(tài)信號，產(chǎn)生接口控制信號，控制接口的數據交換與狀態(tài)轉換，同時(shí)依據單片機發(fā)來(lái)的地址與控制信號，合成控制系統的各種控制邏輯。

圖3系統硬件框圖

　　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的狀態(tài)及目標數據等信息由單片機串口輸出后，通過(guò)MAX232變換送至人機交換模塊顯示，來(lái)自人機接口的控制信息同樣通過(guò)該接口下行至單片機?？刂葡到y與CAN總線(xiàn)的互連同樣經(jīng)過(guò)RS-232接口，并由CAN通信模塊完成RS-232協(xié)議與CAN協(xié)議的轉換，從而實(shí)現與遠端雷達的長(cháng)距離、實(shí)時(shí)通信。經(jīng)過(guò)控制系統解算的目標距離信息通過(guò)CPLD被雷達獲取，目標的角度信息則通過(guò)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，直接推動(dòng)雷達完成對目標的跟蹤。