基于CPCI總線的SAR任務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

夏 勇， 段玲琳， 張?jiān)隼^， 尤 路

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，簡(jiǎn)稱SAR）是一種具有高分辨率的成像雷達(dá)，其原理是通過飛行載體運(yùn)動(dòng)來形成雷達(dá)的虛擬天線，從而獲得高方位分辨的雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)［1］。SAR任務(wù)管理系統(tǒng)是SAR的管理、控制中樞，具有SAR的管理控制和整機(jī)時(shí)序產(chǎn)生功能、雷達(dá)各分系統(tǒng)的工作狀態(tài)和BIT檢測(cè)功能以及系統(tǒng)對(duì)時(shí)功能等。

SAR任務(wù)管理系統(tǒng)目前一般采用基于顯示控制界面的控制方式，控制方式較為單一。隨著SAR技術(shù)的發(fā)展，對(duì)控制方式的多樣化、工作模式的快速切換等方面提出了更高的要求。SAR任務(wù)管理系統(tǒng)在硬件上通常采用基于PC104總線或ISA總線的計(jì)算機(jī)控制模塊。這些模塊存在一些不足之處，例如總線數(shù)據(jù)傳輸速度較慢、系統(tǒng)擴(kuò)展能力差，系統(tǒng)往往需要使用較多的硬件模塊致使可靠性降低，同時(shí)軟件也要相應(yīng)地編制較多的軟件模塊。因此需要研制出一款基于高速數(shù)據(jù)傳輸總線、組成架構(gòu)合理且符合SAR技術(shù)發(fā)展需要的新型SAR任務(wù)管理系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的新型SAR任務(wù)管理系統(tǒng)采用CPCI總線設(shè)計(jì)。CPCI總線即緊湊型PCI總線，是以PCI電氣規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)的高性能工業(yè)用總線，具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證了良好的兼容性，支持多種處理器和操作系統(tǒng)，符合CPCI規(guī)范的擴(kuò)展卡可插入任何CPCI系統(tǒng)并可靠地工作［2－3］。基于CPCI總線的SAR任務(wù)管理系統(tǒng)具有總線數(shù)據(jù)傳輸速度快、可擴(kuò)展能力強(qiáng)和控制方式靈活等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)功能

任務(wù)管理系統(tǒng)是SAR的控制核心，系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。任務(wù)管理系統(tǒng)接收來自數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的任務(wù)列表，對(duì)任務(wù)列表的內(nèi)容進(jìn)行解析后轉(zhuǎn)化為雷達(dá)控制指令，再將控制信息發(fā)送給雷達(dá)各系統(tǒng)；接收來自慣導(dǎo)／GPS系統(tǒng)的載機(jī)姿態(tài)信息，經(jīng)過濾波和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理后轉(zhuǎn)發(fā)給伺服系統(tǒng)；接收秒脈沖和時(shí)間信息，產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)；接收來自接收系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，以此為基準(zhǔn)產(chǎn)生整機(jī)工作時(shí)序，并發(fā)送給A／D采集、信號(hào)處理、波束形成等系統(tǒng)；波束調(diào)度系統(tǒng)接收到任務(wù)管理系統(tǒng)的波束請(qǐng)求后，發(fā)送波束隊(duì)列給任務(wù)管理系統(tǒng)；任務(wù)管理系統(tǒng)采集雷達(dá)各系統(tǒng)的BIT（built－in test）信息，在進(jìn)行故障確認(rèn)、相關(guān)和隔離處理后，將BIT信息轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)［4－5］。

圖1 任務(wù)管理系統(tǒng)構(gòu)架

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

SAR任務(wù)管理系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中包括電源模塊、計(jì)算機(jī)模塊、控制模塊、通信模塊及總線背板等設(shè)備?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)不同的指標(biāo)要求和設(shè)備規(guī)模，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備組成進(jìn)行組合、裁減和擴(kuò)展［6］。

2.2 計(jì)算機(jī)模塊

計(jì)算機(jī)模塊是任務(wù)管理系統(tǒng)的核心處理單元，通過CPCI總線對(duì)控制模塊和通信模塊進(jìn)行管理，主要由CPU、PCI橋、RAM、BIOS、鍵盤和鼠標(biāo)接口、串口、雙向并口、軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等組成。任務(wù)管理系統(tǒng)的軟件與操作系統(tǒng)駐留在計(jì)算機(jī)模塊的存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)SAR的控制、檢測(cè)和管理功能。

2.3 控制模塊

控制模塊用于接收來自雷達(dá)其他功能單元的狀態(tài)信號(hào)，再通過CPCI總線傳輸給計(jì)算機(jī)模塊進(jìn)行處理。同時(shí)通過CPCI總線接收來自計(jì)算機(jī)模塊的控制信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)產(chǎn)生雷達(dá)整機(jī)工作所需要的時(shí)序信號(hào)?？刂颇K內(nèi)部所有的寄存器均擁有統(tǒng)一的PCI總線存儲(chǔ)空間基地址，該基地址是由軟件發(fā)動(dòng)PCI總線配置周期來設(shè)定的。這些存儲(chǔ)器可以由PCI總線32位的存儲(chǔ)讀寫周期來訪問。

2.4 通信模塊

通信模塊用于接收來自其他功能單元的通信信號(hào)，再通過CPCI總線傳輸給計(jì)算機(jī)模塊進(jìn)行處理。同時(shí)通過CPCI總線接收來自計(jì)算機(jī)模塊的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為通信信號(hào)發(fā)送給其他功能單元。通信模塊包括若干個(gè)可選的RS232C／RS422／RS485通信串口，所有通道可以被連續(xù)的32位輸入輸出地址段所尋址，所有通道共享1個(gè)CPCI中斷，由中斷寄存器來決定中斷源。

2.5 電源模塊

電源模塊用于對(duì)任務(wù)管理系統(tǒng)供電，主要由直流變換器、濾波電路、取樣比較放大電路和控制驅(qū)動(dòng)電路組成。電源模塊的核心器件是直流變換器，電源輸入經(jīng)直流／直流變換后，從濾波器輸出。反饋電路檢測(cè)輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差信號(hào)經(jīng)過放大輸入控制驅(qū)動(dòng)電路，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

基于CPCI總線的SAR任務(wù)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件可以分為5個(gè)功能模塊：中央控制處理模塊、工作模式管理模塊、系統(tǒng)對(duì)時(shí)模塊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊、工作時(shí)序產(chǎn)生模塊［6］，其軟件處理流程如圖2所示。

SAR的控制方式包括本地控制和時(shí)間匹配控制、探測(cè)任務(wù)列表控制等［7］。中央控制處理軟件開始工作后，首先判斷控制模式是本地控制還是時(shí)間匹配控制或探測(cè)任務(wù)列表控制，如果是時(shí)間匹配或探測(cè)任務(wù)列表控制方式，則需要將數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換為本地控制方式，再進(jìn)行處理。

中央控制處理軟件模塊把每個(gè)子任務(wù)作為1個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)于按時(shí)間匹配的任務(wù)建立時(shí)間控制鏈表，按時(shí)間的先后順序插入鏈表。執(zhí)行子任務(wù)時(shí)，在收到波束形成系統(tǒng)發(fā)出的第1個(gè)BOK（Beam OK）信號(hào)后，執(zhí)行開時(shí)序操作，否則處于等待狀態(tài)。軟件模塊在響應(yīng)波束切換信號(hào)產(chǎn)生的中斷時(shí)，向相應(yīng)的硬件端口寫入控制參數(shù)，產(chǎn)生所需的工作時(shí)序；同時(shí)判斷波束形成系統(tǒng)發(fā)來的波序號(hào)和目前任務(wù)管理系統(tǒng)執(zhí)行的波序號(hào)是否一致。如果波序號(hào)不一致，則要清除波束隊(duì)列，并通知波束調(diào)度系統(tǒng)重發(fā)波束隊(duì)列；如波序號(hào)一致，則依次執(zhí)行波束隊(duì)列。當(dāng)波束隊(duì)列快執(zhí)行完時(shí)，發(fā)送波束請(qǐng)求給波束調(diào)度系統(tǒng)，申請(qǐng)下一組波束隊(duì)列［8］。當(dāng)該子任務(wù)執(zhí)行完畢后，中央控制處理軟件模塊執(zhí)行關(guān)時(shí)序操作。

圖2 中央控制處理模塊軟件處理流程

4 結(jié)束語

基于CPCI總線的SAR任務(wù)管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、可擴(kuò)展能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)管理系統(tǒng)軟件采用基于多任務(wù)、多探測(cè)方式切換的資源調(diào)度算法，適應(yīng)了SAR在多種工作模式下對(duì)任務(wù)管理控制多樣化和工作模式快速切換的要求。

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