基于雷達(dá)組網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)端雷達(dá)站監(jiān)控的需要，提出了一種雷達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。采用高性能TMS320DM642處理器作為系統(tǒng)硬件平臺(tái)，應(yīng)用其高速處理性能和片上集成外設(shè)端口功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)狀態(tài)視頻信號(hào)采集及數(shù)據(jù)壓縮處哩，利用其IP端口完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)嵌入遠(yuǎn)端雷達(dá)站，以視頻方式收集雷達(dá)工作狀態(tài)信息并上傳；雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)接收并顯示各雷達(dá)視頻信息，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)；TMS320DM642；遠(yuǎn)程監(jiān)控；IP通信

雷達(dá)組網(wǎng)是將不同頻段、不同體制、不同功能的多部雷達(dá)進(jìn)行優(yōu)化布站綜合使用，充分發(fā)揮各單站雷達(dá)功能，達(dá)到監(jiān)測(cè)空間擴(kuò)展和情報(bào)信息融合與共享等目的。近年來(lái)雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，隨著組網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的雷達(dá)站數(shù)量不斷增加，設(shè)備的分布區(qū)域隨之迅速拓展，各雷達(dá)站提供的數(shù)據(jù)和信息，越來(lái)越難以滿足發(fā)展的需要了。雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)管理需要了解更詳細(xì)的雷達(dá)工作狀態(tài)信息，另外在多源信息融合處理等方面，各雷達(dá)工作的細(xì)節(jié)情況越來(lái)越被重視。本設(shè)計(jì)旨在組網(wǎng)系統(tǒng)的各類雷達(dá)內(nèi)部嵌入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)視頻方式收集雷達(dá)工作狀態(tài)信息，將包含雷達(dá)信息的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，壓縮處理后通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)上傳；雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控中心復(fù)原并顯示各雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)視頻信息，隨時(shí)掌握所有雷達(dá)的當(dāng)前運(yùn)行情況，對(duì)遠(yuǎn)端雷達(dá)實(shí)行有效的管理。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控中心既要了解遠(yuǎn)端雷達(dá)工作狀態(tài)，也要掌握雷達(dá)設(shè)備外部周邊情況。每部雷達(dá)狀態(tài)信息在其系統(tǒng)控制臺(tái)和伺服控制臺(tái)都有集中顯示，因此可直接從控制臺(tái)獲取雷達(dá)狀態(tài)視頻信息，而雷達(dá)外部周邊情況只有通過(guò)攝像方式獲取。采用視頻方法收集雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)工作信息，在信息采集過(guò)程不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生任何影響，獲取內(nèi)容豐富且方法簡(jiǎn)捷高效；同時(shí)也便于監(jiān)控中心信息復(fù)原處理，可達(dá)到狀態(tài)信息顯示的一致。盡管各部雷達(dá)在體制及用途等方面有所不相同，但監(jiān)控中心對(duì)其監(jiān)管基本相同，因此設(shè)計(jì)是以不影響現(xiàn)有雷達(dá)功能為前提，滿足任何種類的雷達(dá)安裝使用。系統(tǒng)首先將雷達(dá)內(nèi)部信息和外部情況轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號(hào)，然后把包含雷達(dá)狀態(tài)信息的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字視頻信號(hào)，最后將數(shù)字視頻信號(hào)壓縮處理并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心。
1．1 DSP平臺(tái)的選擇
由于系統(tǒng)采集的視頻數(shù)據(jù)量較大，同時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，且還要完成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此選擇能夠滿足系統(tǒng)要求的、速度快、功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器是十分重要的。TMS320DM642是TI推出的一款面向數(shù)字多媒體應(yīng)用的32位定點(diǎn)高性能DSP，有3種時(shí)鐘頻率可選，最高處理速度達(dá)720 MIPS；它是在TI的C64xDSP內(nèi)核的基礎(chǔ)上，集成了完備的視頻／音頻的輸入／輸出接口、以太網(wǎng)接口、PCI-66總線等片上外設(shè)。該處理核為VelociTI．2結(jié)構(gòu)，采用高級(jí)的超長(zhǎng)指令字(VLIW)結(jié)構(gòu)和多級(jí)流水線機(jī)制，8個(gè)獨(dú)立高速處理單元，使得在一個(gè)指令周期能夠并行處理8條32位的指令。應(yīng)用該DSP處理器不僅會(huì)極大地提高視頻圖像處理的速度，而且使算法的選擇更為靈活和多樣化。
TMS320DM642處理器有利于系統(tǒng)構(gòu)成五個(gè)主要特點(diǎn)：超長(zhǎng)指令字VelociTI．2體系結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)的并行處理機(jī)制及二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，保障數(shù)據(jù)處理運(yùn)行高效率；3個(gè)可編程視頻端口，可與視頻編解碼芯片無(wú)縫連接，簡(jiǎn)化接口設(shè)計(jì)且增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性；外部存儲(chǔ)器接口64位EMIF可與SDRAM，SB-SRAM和SRAM等同步／異步存儲(chǔ)器的直接連接，便于存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展和大量數(shù)據(jù)的存取；集成10 Mb／s／100 Mb／s自適應(yīng)模式以太網(wǎng)接口，可為系統(tǒng)構(gòu)建一條100 Mb／s的高速以太網(wǎng)接口；提供了多通道DMA／EDMA控制器和通用GPIO輸入／輸出端口等，便于系統(tǒng)管理與控制。
1．2 系統(tǒng)組成
遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)由DSP處理器、攝像機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、視頻解碼器、CPLD控制器、圖像存儲(chǔ)器SDRAM、程序存儲(chǔ)器FLASH、網(wǎng)絡(luò)傳輸接口等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

每部雷達(dá)至少需要向監(jiān)控中心提供4路視頻信息，才能較全面反映雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)工作情況。系統(tǒng)利用視頻采集的方式收集雷達(dá)工作狀態(tài)信息，視頻信息主要包括雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部信息和工作環(huán)境外部情況。設(shè)備內(nèi)部信息由2路信號(hào)轉(zhuǎn)換器從雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)控臺(tái)和伺服控制臺(tái)的顯示設(shè)備上錄?。辉O(shè)備外部情況由安裝在雷達(dá)站的2路攝像機(jī)直接攝取，主要是人員操作與設(shè)備周邊等情況。由于DSP不能直接處理模擬視頻信號(hào)，必須將采集的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成為符合ITU-R BT．656標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，4片TVP5150高性能視頻解碼器承擔(dān)模擬視頻信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換處理工作。
TMS320DM642主頻配置為600 MHz，處理能力為4 800 MIPS，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理需要。為了滿足數(shù)據(jù)處理要求，通過(guò)EMIFA在CE0空間外擴(kuò)2片SDRAM存儲(chǔ)器，系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間擴(kuò)展為32 MB。同時(shí)通過(guò)EMIFA在CE1空間外擴(kuò)展了一片4MB FLASH作為程序存儲(chǔ)器，當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)從程序存儲(chǔ)器上加載程序代碼。應(yīng)用片內(nèi)部的以太網(wǎng)控制器外設(shè)使用外擴(kuò)物理層器件，構(gòu)建一條100Mb／s的高速以太網(wǎng)接口。采用CPLD搭建系統(tǒng)控制電路，避免了復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)，集中管理系統(tǒng)內(nèi)的控制信號(hào)，主要包括總線控制、地址譯碼、同步控制信號(hào)、使能及中斷信號(hào)等。
1．3 主要工作流程
系統(tǒng)上電后，首先初始化DSP處理器，然后初始化PLL、GPIO、相關(guān)中斷寄存器、設(shè)置視頻端口及視頻解碼器，等待中斷信號(hào)。4路現(xiàn)場(chǎng)采集的PAL制式視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的視頻解碼器TVP5150處理，轉(zhuǎn)換成8 b的ITUBT．656格式的數(shù)字視頻信號(hào)，相應(yīng)的行、場(chǎng)同步等同步信息打包成內(nèi)嵌同步頭信號(hào)，一起送入DSP對(duì)應(yīng)的視頻VP接口。各路模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)解碼器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，傳送到DSP的數(shù)字視頻接口VP，通知DSP讀取的一幀內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)，存放到一個(gè)臨時(shí)的緩沖空間里，一幀圖像緩沖空間滿后觸發(fā)中斷；DSP接收到中斷后，將緩沖空間里的數(shù)據(jù)放到圖像緩存SDRAM中。DSP依次對(duì)圖像緩存SDRAM中的每路的整幀視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼等處理，將處理后的數(shù)據(jù)寫入輸出緩存SDRAM中。當(dāng)寫外部接口條件滿足，DSP將處理后的數(shù)據(jù)從輸出緩存SDRAM中讀出，經(jīng)以太網(wǎng)輸出向雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控中心發(fā)送。雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控中心通過(guò)IP地址訪問(wèn)各雷達(dá)站，接收雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)解碼回放以多屏切換顯示方式監(jiān)視遠(yuǎn)端雷達(dá)的工作情況。