基于CAN總線的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1引言

　　隨著測控技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)對于多雷達(dá)高精度協(xié)同測控跟蹤能力的需求越來越高。然而，現(xiàn)役的大多數(shù)雷達(dá)并不具有這樣的功能。基于某型號雷達(dá)，我們開發(fā)了基于CAN總線的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)。經(jīng)過對雷達(dá)加裝該系統(tǒng)，我們構(gòu)建了雷達(dá)局域測控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)的雷達(dá)間目標(biāo)，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(dá)可以進(jìn)行相互配合工作，極大地提高了雷達(dá)的探測與協(xié)同能力。

2雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)測控測控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理

2.1CAN總線測控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

　　從本質(zhì)上看，我們設(shè)計(jì)的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，屬于主從式網(wǎng)絡(luò)測試控制系統(tǒng)。與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相比,控制網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)幀短、數(shù)據(jù)交換頻繁、有實(shí)時(shí)約束等特點(diǎn)。同時(shí)雷達(dá)本身工作時(shí)電磁環(huán)境復(fù)雜，相對距離較遠(yuǎn)，這都對采用的總線形式提出了較高的要求。

　　近20年來，控制網(wǎng)絡(luò)獲得迅速發(fā)展，特別是作為其主流的現(xiàn)場總線技術(shù)已形成了一系列國際標(biāo)準(zhǔn)，CAN總線是其中一種比較有影響的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。CAN總線是一種多主方式的串行通訊總線，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(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。同時(shí)CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，在工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。因此我們選擇CAN總線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。圖1與圖2分別顯示了雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)與CAN總線的連接關(guān)系及各雷達(dá)間互連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)與CAN總線的連接

圖2雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2系統(tǒng)原理

　　同其他網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)一樣，雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的主要工作基礎(chǔ)是對于相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與共享。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，依據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境與實(shí)際情況的需要，每個(gè)雷達(dá)既可以作為一個(gè)獨(dú)立單元工作，也可以作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)工作。當(dāng)雷達(dá)成為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作時(shí)，其可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中共享的數(shù)據(jù)，與網(wǎng)內(nèi)的其他雷達(dá)共同協(xié)同跟蹤工作。

　　在一般情況下，網(wǎng)絡(luò)中的雷達(dá)作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)雷達(dá)是對等的。當(dāng)出現(xiàn)特殊目標(biāo)或其他需要多雷達(dá)對同一目標(biāo)進(jìn)行協(xié)同跟蹤的情況下，雷達(dá)的操作手可以通過雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)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(nèi)其他雷達(dá)收到指令后，操作手可以依據(jù)該雷達(dá)的具體情況選擇繼續(xù)獨(dú)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(dá)之間為主從關(guān)系，發(fā)出指令與數(shù)據(jù)的雷達(dá)為主雷達(dá)，接收共享數(shù)據(jù)的雷達(dá)為從雷達(dá)。處于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)工作的雷達(dá)，也可以隨時(shí)退出網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)主要包括：雷達(dá)及目標(biāo)信息的獲取與共享，目標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算、校正及基于校正數(shù)據(jù)的目標(biāo)跟蹤。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)亦基于此進(jìn)行。

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

　　系統(tǒng)單片機(jī)模塊采用Winbond公司的高性能51兼容內(nèi)核單片機(jī)W77E58實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。該單片機(jī)具有兩個(gè)相互獨(dú)立的串口，便于與外設(shè)通信，同時(shí)芯片支持高達(dá)40M的時(shí)鐘且具有倍頻模式，能夠滿足目標(biāo)信息與控制信息的解算要求。

　　雷達(dá)接口模塊通過信號轉(zhuǎn)接電路從雷達(dá)中截取相關(guān)信號送至接口信號處理電路。其中，雷達(dá)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(gè)作用是作為信號多路復(fù)用器與接口緩沖器。當(dāng)控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，其依據(jù)雷達(dá)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(shí)將來自雷達(dá)及單片機(jī)的數(shù)據(jù)鎖存或緩沖，使雷達(dá)與單片機(jī)能交換正確的數(shù)據(jù)。其第二個(gè)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(dá)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(shù)據(jù)交換與狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)依據(jù)單片機(jī)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(dá)及其他雷達(dá)交互的接口。控制系統(tǒng)的狀態(tài)及目標(biāo)數(shù)據(jù)等信息由單片機(jī)串口輸出后，通過MAX232變換送至人機(jī)交換模塊顯示，來自人機(jī)接口的控制信息同樣通過該接口下行至單片機(jī)?？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(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)端雷達(dá)的長距離、實(shí)時(shí)通信。經(jīng)過控制系統(tǒng)解算的目標(biāo)距離信息通過CPLD被雷達(dá)獲取，目標(biāo)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(dá)的天控系統(tǒng)，直接推動雷達(dá)完成對目標(biāo)的跟蹤。