基于PC104的雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)

摘 要： 介紹了一種基于PC104的某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)闡述了該平臺(tái)軟、硬件的設(shè)計(jì)思想和具體實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)選取高性能PC104嵌入式計(jì)算機(jī)主板作為控制核心，通過(guò)雙端口存儲(chǔ)器接口和ISA總線進(jìn)行各個(gè)功能模塊之間的數(shù)據(jù)交換和工作狀態(tài)控制，外部設(shè)有操作面板、68芯檢測(cè)面板。平臺(tái)研制成功后，能夠有效服務(wù)于裝備教學(xué)和主控單元的檢測(cè)維修。

關(guān)鍵詞： PC104； 主控單元； 檢測(cè)維修平臺(tái)； 裝備教學(xué)

中圖分類號(hào)： TN957.51?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）03?0048?03

Detection and maintenance platform for radar control unit based on PC104

ZHANG Zhong?hua， GAO Xiao?zhuang， WANG Da?peng

（Radar Faculty， Wuhan Ordnance Petty officer School， Wuhan 430075， China）

Abstract： The design method of radar main control unit detection and maintenance platform based on PC104 is introduced. The design idea and implementation method of hardware and software of the platform are elaborated emphatically. The high?performance PC104 embedded computer mainboard is selected as the control core of the platform. The state control and data exchange among all the function modules are executed through ISA bus and dual?port memory interface. A control panel and a 68 core detection panel are designed outside the platform. The platform can effectively serve the teaching of Radar test equipment， and detection and maintenance for the main control unit.

Keywords： PC104； main control unit； detection and maintenance platform； equipment teaching

0 引 言

主控單元是某型雷達(dá)三大單元之一，它既是整個(gè)雷達(dá)站的信息處理和操控中心，同時(shí)又是對(duì)雷達(dá)接收系統(tǒng)送來(lái)的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤、偏差測(cè)量和二次顯示等處理的關(guān)鍵設(shè)備。還可以對(duì)目標(biāo)和炸點(diǎn)的數(shù)據(jù)經(jīng)信息處理和計(jì)算后，輸出到信息機(jī)，與射擊指揮系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)。

該單元主要由主控計(jì)算機(jī)分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)、終端顯示分系統(tǒng)、專用鍵盤(pán)、面板控制裝置、二次穩(wěn)壓電源（+5 V，+12 V，-12 V，+200 V）、電源控制保護(hù)電路、串行I/O通信接口等設(shè)備組成。

單元內(nèi)部的80186主控計(jì)算機(jī)上裝有雷達(dá)主控工作軟件。通過(guò)分布在各系統(tǒng)模塊中的I/O控制端口，主控計(jì)算機(jī)以集中控制方式調(diào)度和管理單元內(nèi)外其他分系統(tǒng)及功能模塊共同協(xié)調(diào)工作。

主控單元的工作過(guò)程完全受內(nèi)部主計(jì)算機(jī)板和主控軟件的管理和控制。正常工作時(shí)，通過(guò)主控臺(tái)的控制面板和專用鍵盤(pán)，可以進(jìn)行雷達(dá)六種工作狀態(tài)的操作控制和工作參數(shù)的調(diào)整，以及人機(jī)對(duì)話數(shù)據(jù)的輸入、裝定、選擇等操作。

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和集成電子技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)裝備操作使用的信息化、數(shù)字化程度日趨復(fù)雜，信號(hào)處理、終端控制、故障檢測(cè)等技術(shù)不斷升級(jí)，集成化程度不斷提高，對(duì)雷達(dá)崗位任職人員的信息化操作能力和保障維修技能提出了更高的要求。因此，迫切需要培養(yǎng)電子信息基礎(chǔ)好、專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)高、實(shí)踐操作能力強(qiáng)、裝備維修技能高，能夠適應(yīng)信息化、數(shù)字化、一體化條件下雷達(dá)裝備保障新趨勢(shì)的專業(yè)崗位任職人才。然而，受各種條件限制，雷達(dá)裝備在教學(xué)單位配備較少，目前，各個(gè)教學(xué)單位和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)雷達(dá)教學(xué)的培訓(xùn)層次多、任務(wù)重，使得雷達(dá)裝備無(wú)法滿足正常教學(xué)的問(wèn)題日益突出。因此，研發(fā)雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)作為訓(xùn)練模擬器，配合雷達(dá)實(shí)裝進(jìn)行教學(xué)，能夠有效豐富專業(yè)教學(xué)手段，充分緩解學(xué)生多，裝備少的矛盾，一定程度上增加學(xué)生的實(shí)踐上機(jī)課時(shí)，提高教學(xué)效率，強(qiáng)化學(xué)生的崗位任職技能。

PC104是一種嵌入式計(jì)算機(jī)平臺(tái)，與PC機(jī)兼容，具有靈活的可擴(kuò)展性，其尺寸小、功能強(qiáng)的特點(diǎn)非常適合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用[1?2]。而雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)作為雷達(dá)終端處理設(shè)備的模擬訓(xùn)練器，信號(hào)運(yùn)算量大、算法復(fù)雜，要求高速、精確、可靠，需要一個(gè)處理能力強(qiáng)大的嵌入式平臺(tái)，而PC104正好滿足這一要求。

1 平臺(tái)整體構(gòu)架

本文從硬件組成、軟件設(shè)計(jì)等方面闡述了某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)構(gòu)架。

1.1 硬件組成

某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)主要由主控單元控制組合、68芯測(cè)試面板、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、主控單元19芯測(cè)試電纜盒等組成。硬件組成框圖如圖1所示。

某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)的功能模塊包括主控計(jì)算機(jī)板、時(shí)序檢查板和信號(hào)模擬處理板。外部設(shè)備主要由操作面板、68芯檢測(cè)面板及液晶顯示器等組成。

主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)的控制核心選取由獨(dú)立AC?DC電源模塊供電的高性能PC104嵌入式計(jì)算機(jī)主板，采用ISA總線和雙端口RAM接口總線技術(shù)，對(duì)主控計(jì)算機(jī)、時(shí)序檢查和信號(hào)模擬處理等功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和狀態(tài)控制，通過(guò)基于Windows操作系統(tǒng)的可視化檢測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)主控單元檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)的采集、分析、濾波和計(jì)算，完成工作參數(shù)及狀態(tài)的最終顯示，同時(shí)負(fù)責(zé)采集射頻單元和方位控制單元的故障自檢信息，送主控單元顯示。

操作面板由平臺(tái)開(kāi)關(guān)、電源指示燈、高頻信號(hào)測(cè)試接口等組成。68芯測(cè)試面板與主控單元68芯插座一一對(duì)應(yīng)，設(shè)有68個(gè)銅制測(cè)試接頭。

1.2 功能

主控計(jì)算機(jī)板是檢測(cè)維修平臺(tái)的控制核心，其中心處理部件為PC104。采用主從控制模式，在主計(jì)算機(jī)上運(yùn)行控制軟件，在子計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，對(duì)雷達(dá)主控單元進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成與雷達(dá)操作人員的交互。

時(shí)序檢查板是平臺(tái)的時(shí)序控制模塊，其主要功能包括：振蕩產(chǎn)生頻率為14.989 MHz的時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行濾波處理和驅(qū)動(dòng)放大，通過(guò)分頻電路產(chǎn)生其他功能模塊所需的各種時(shí)鐘序列信號(hào)；通過(guò)雙端口存儲(chǔ)器和單片機(jī)完成與上位機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，利用單片機(jī)和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)輸出電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)輸出電源的電壓或電流信號(hào)偏離標(biāo)稱值超過(guò)±10%時(shí)，通過(guò)顯示屏和指示燈顯示電源故障，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主控單元的電源管理[3]。

信號(hào)模擬處理板是平臺(tái)的信號(hào)產(chǎn)生模塊，在PC104計(jì)算機(jī)的控制下，通過(guò)并行接口完成與主控計(jì)算機(jī)板的數(shù)據(jù)交換，通過(guò)51單片機(jī)和MD8274完成與主控臺(tái)單元的串行通信，根據(jù)主控臺(tái)單元的控制指令，按照主控計(jì)算機(jī)板對(duì)目標(biāo)特性的約定，產(chǎn)生目標(biāo)多普勒Σ、Δ視頻信號(hào)，同時(shí)具有BITE自檢功能。

操作面板的高頻測(cè)試接口可以進(jìn)行14.989 MHz時(shí)鐘信號(hào)和Σ、Δ視頻信號(hào)的測(cè)試；68芯測(cè)試接頭可以測(cè)試主控單元輸出的各類信號(hào)。

1.3 軟件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)

平臺(tái)軟件總的設(shè)計(jì)思路是下位機(jī)以黑箱模式工作，采用模塊化設(shè)計(jì)，盡量簡(jiǎn)化功能，減少對(duì)上位機(jī)的依賴，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性[4]。采用WinXPE嵌入式操作系統(tǒng)作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò)目標(biāo)設(shè)計(jì)器、組件數(shù)據(jù)庫(kù)管理器等WinXPE開(kāi)發(fā)工具，完成檢測(cè)維修平臺(tái)系統(tǒng)軟件的定制開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)后的系統(tǒng)具有啟動(dòng)速度快、增強(qiáng)寫(xiě)保護(hù)、人機(jī)界面友好等功能。

2 性能檢測(cè)

某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)研制定型后，本文分別對(duì)電源模塊的5種電源信號(hào)和信號(hào)功能模塊的10種主要信號(hào)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，表2。

表1和表2的測(cè)試結(jié)果表明，某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)的電源模塊和信號(hào)功能模塊的主要信號(hào)指標(biāo)均符合要求[5?6]；將檢測(cè)維修平臺(tái)與某型雷達(dá)主控單元連接后，主控單元的手輪和鍵盤(pán)操作響應(yīng)以及各個(gè)工作狀態(tài)功能正常，工作穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。

3 平臺(tái)特點(diǎn)

某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)選取PC104作為控制核心，硬件資源豐富，支持多任務(wù)和WinXPE嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，速度快，精度高，功能強(qiáng)大，可以有效運(yùn)行復(fù)雜的雷達(dá)信號(hào)處理算法；采用主從控制模式與多計(jì)算機(jī)共總線分布式控制技術(shù)相結(jié)合，在提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群途鹊耐瑫r(shí)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了連線數(shù)目，提高了系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)綜合電源控制技術(shù)并利用FPGA、CPLD等先進(jìn)電子元器件實(shí)現(xiàn)了較高的集成度，在保證實(shí)時(shí)性和可靠性的情況下，有效地減少了系統(tǒng)功耗，降低了成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)行情況表明，本文提出的某型雷達(dá)主控單元檢測(cè)維修平臺(tái)，一是作為訓(xùn)練模擬器，可以脫離雷達(dá)整機(jī)進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)、標(biāo)定以及各種狀態(tài)的操作訓(xùn)練和檢測(cè)維修，能夠服務(wù)于操作使用與維修課程的實(shí)踐上機(jī)訓(xùn)練，也可以進(jìn)行專業(yè)理論課程的內(nèi)容演示，豐富了教學(xué)手段，創(chuàng)新了教學(xué)模式，為增加學(xué)生上機(jī)操作時(shí)間、提高崗位任職技能水平提供了新的途徑；二是平臺(tái)使用了高性能的數(shù)字電路和高效的故障檢測(cè)軟件，結(jié)合完善的外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)主控單元主要信號(hào)和技術(shù)性能的檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目覆蓋主控單元的全部功能電路和電壓及高頻信號(hào)，故障定位準(zhǔn)確迅速，虛警率低，可以用于某型雷達(dá)主控單元的檢測(cè)與維修；三是平臺(tái)建立了某型雷達(dá)操作控制單元全系統(tǒng)的電路仿真模型，能夠完全實(shí)現(xiàn)該型雷達(dá)信號(hào)處理、視頻處理、終端控制等工作技術(shù)體制，便于教師進(jìn)行雷達(dá)工作原理和信號(hào)檢測(cè)的演示。通過(guò)某型雷達(dá)檢測(cè)維修平臺(tái)在教學(xué)及實(shí)際訓(xùn)練中的應(yīng)用，證明了其合理性和實(shí)用性。

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