某型高炮火控系統(tǒng)改造中的雷達(dá)適配器的設(shè)計(jì)

張安青

(國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠第一研究所，山西太原030024)

雷達(dá)適配器在某型改系統(tǒng)中作為雷達(dá)系統(tǒng)與連指揮計(jì)算機(jī)的接口裝置，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)輸出信息的數(shù)字化。目前，現(xiàn)役的某型高炮配備的坐標(biāo)測(cè)定儀種類(lèi)較多，對(duì)于這么多種系統(tǒng)的接入設(shè)計(jì)，應(yīng)有一定的設(shè)計(jì)原則，本次設(shè)計(jì)要在不改動(dòng)原裝備的前題下，在現(xiàn)役的某型改系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以適應(yīng)各種雷達(dá)而設(shè)計(jì)的一種通用適配器。

雷達(dá)適配器已逐漸成為火控系統(tǒng)的接口控制部分，它是根據(jù)某型炮系統(tǒng)改造方案的要求，炮位計(jì)算機(jī)或連指揮計(jì)算機(jī)需要得到目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)的位置信息，才能進(jìn)行未來(lái)點(diǎn)的射擊諸元的解算及控制火炮運(yùn)動(dòng)射擊完成戰(zhàn)斗的實(shí)時(shí)控制，由于我國(guó)目前某型炮所配雷達(dá)火控系統(tǒng)有多種，而這些雷達(dá)火控的輸出接口狀態(tài)又各不相同。有的可能有現(xiàn)在點(diǎn)輸出，有的可能沒(méi)有現(xiàn)在點(diǎn)輸出而只是直接輸出未來(lái)點(diǎn)射擊諸元。因此就需要一種裝置來(lái)完成炮位計(jì)算機(jī)與雷達(dá)火控系統(tǒng)的連接匹配，以便在現(xiàn)在條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)某型炮的火控系統(tǒng)的改造。然而在實(shí)時(shí)檢測(cè)控制類(lèi)的應(yīng)用系統(tǒng)中，雷達(dá)適配器往往是作為一個(gè)接口部件來(lái)使用，要進(jìn)行不同領(lǐng)域的微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，僅有微控制器方面的知識(shí)就顯得不夠，除了要掌握微控制器及其監(jiān)測(cè)、控制通道硬件組成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還要掌握具體應(yīng)用對(duì)象的軟件設(shè)計(jì)方法。

1 系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)由軸角編碼器A/D、80C196數(shù)據(jù)處理器、輸入/輸出串行口、雷達(dá)導(dǎo)引接口D/A及雷達(dá)數(shù)字量接口等組成。見(jiàn)圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的各模塊及功能設(shè)計(jì)

2.1 軸角編碼器

用于將火控雷達(dá)輸出的現(xiàn)在點(diǎn)和未來(lái)點(diǎn)坐標(biāo)角度值的模擬量(Bq ф)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值，以便于數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行各種處理。它設(shè)計(jì)包括有:電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、比例放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)鎖存器、控制電路等。

圖2 軸角編碼器的結(jié)構(gòu)圖

2.2 CAN總線的應(yīng)用

雷達(dá)適配器中的CAN總線通訊是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高位速率、高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤，當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10 km時(shí)CAN仍可提供高達(dá)50 kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CANBUS已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，例如，在汽車(chē)電子自動(dòng)控制、智能大廈電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控等各領(lǐng)域。CANBUS都具有不可比擬的優(yōu)越性。

要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，就必須將數(shù)據(jù)快速傳送，這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，要求快速地進(jìn)行總線分配。實(shí)時(shí)處理通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換的緊急數(shù)據(jù)有較大的不同。一個(gè)快速變化的物理量，如采集到的目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值，將更頻繁地傳送數(shù)據(jù)并要求更短的延時(shí)。

通過(guò)CAN總線的遠(yuǎn)程通訊、高速率傳送、多報(bào)文發(fā)送和多節(jié)點(diǎn)接收，實(shí)現(xiàn)了微控制器對(duì)CAN總線的控制對(duì)雷達(dá)適配器、炮位計(jì)算機(jī)和連指揮計(jì)算機(jī)三方之間進(jìn)行通信。

3 軟件功能與流程圖

此控制系統(tǒng)的軟件應(yīng)按模塊化設(shè)計(jì)，具有一定的可讀性和直觀性，由以下幾個(gè)部分組成:

1)SJA1000初始化模塊

2)D/A轉(zhuǎn)換初始化模塊

3)單片機(jī)中的定時(shí)器2(T2)的初始化模塊

4)串口初始化模塊

5)輸入模擬量的三相電壓到二相電壓的軟件實(shí)現(xiàn)

6)靜態(tài)直流電壓的檢測(cè)模塊

7)A/D角度轉(zhuǎn)換及計(jì)算模塊

8)四條標(biāo)準(zhǔn)航路生成的算法模塊

9)SJA1000接收數(shù)據(jù)模塊

10)SJA1000發(fā)送任務(wù)模塊

11)SJA1000錯(cuò)誤處理模塊

12)其他系統(tǒng)任務(wù)模塊

其流程圖如下:

圖3 軟件流程圖

4 總結(jié)

課題設(shè)計(jì)了為火炮系統(tǒng)的炮位計(jì)算機(jī)與雷達(dá)火控系統(tǒng)的連接提供相匹配的接口，無(wú)論對(duì)現(xiàn)在點(diǎn)輸出還是對(duì)未來(lái)點(diǎn)的輸出，都能實(shí)現(xiàn)雷達(dá)輸出信息的數(shù)字化，從而把信息傳遞給炮位計(jì)算機(jī)。CAN總線的通信速率在5 Kbit/S時(shí)，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 kM，通信距離在40 M范圍內(nèi)通信速率最高可達(dá)1 Mbit/S，每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低，所有節(jié)點(diǎn)所發(fā)生的錯(cuò)誤可以被檢測(cè)到，與原來(lái)相比數(shù)字信號(hào)的通信誤差更小、精度更高、可靠性更好。

首先，對(duì)系統(tǒng)硬件各分支進(jìn)行了設(shè)計(jì)及調(diào)試，然后對(duì)軟件進(jìn)行了編制及調(diào)試，到最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，使次系統(tǒng)工作正常，性能穩(wěn)定，通信數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，達(dá)到了預(yù)定的目的。

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