雷達(dá)發(fā)射指令監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

操煒鼎，賈望屹，張博，馬躍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

雷達(dá)指令制導(dǎo)的彈載接收機(jī)測(cè)試過(guò)程中發(fā)生指令解析故障的原因較多，可能是由于雷達(dá)發(fā)送指令的包數(shù)和內(nèi)容錯(cuò)誤引起的，也可能是由于彈載接收機(jī)的接收和處理電路故障引起的，造成排除故障占用時(shí)間較長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化排故流程，快速定位故障原因，需要監(jiān)測(cè)雷達(dá)發(fā)射端指令編碼的發(fā)送包數(shù)和正確性。為此，采用FPGA技術(shù)，結(jié)合雷達(dá)的微波接收機(jī)研制成功了雷達(dá)發(fā)射指令監(jiān)測(cè)設(shè)備，將不同頻點(diǎn)的雷達(dá)發(fā)射指令通過(guò)串口打印出來(lái)，通過(guò)軟件進(jìn)行譯碼還原，可直觀顯示發(fā)射指令編碼的包數(shù)和編碼內(nèi)容。

1 監(jiān)測(cè)設(shè)備總體設(shè)計(jì)

為了快速定位雷達(dá)接收機(jī)的故障，要求監(jiān)測(cè)設(shè)備能通過(guò) RS232串口來(lái)實(shí)時(shí)顯示雷達(dá)發(fā)送指令[1]，并對(duì)指令進(jìn)行解析，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析，將系統(tǒng)分為以下幾個(gè)功能模塊：

微波接收機(jī)功能：對(duì)雷達(dá)信號(hào)的接收，首先需要微波接收機(jī)，帶調(diào)制的微波信號(hào)送入微波接收機(jī)后，經(jīng)限幅器、低噪聲放大器放大，本振根據(jù)頻點(diǎn)裝訂模塊送來(lái)的頻率代號(hào)將頻率跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)頻率，與輸入信號(hào)進(jìn)行下變頻，帶通濾波器濾除掉帶外的干擾信號(hào)，檢波器再將信號(hào)檢至視頻信號(hào)，電壓比較器輸出 LVTTL電平信號(hào)送打印模塊。微波接收機(jī)采用成熟的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。

檢波數(shù)據(jù)打印功能：對(duì)微波接收機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的檢波數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和串口發(fā)送。該功能通過(guò)邏輯實(shí)現(xiàn)。

指令解析功能：對(duì)串口打印出的指令進(jìn)行解碼、校驗(yàn)、還原，直觀顯示發(fā)射指令編碼的包數(shù)和編碼內(nèi)容。該功能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。

頻點(diǎn)裝訂功能：通過(guò)串口將雷達(dá)頻率代號(hào)發(fā)送給微波接收機(jī)，調(diào)整接收機(jī)的本振頻率，實(shí)現(xiàn)不同頻率情況下的雷達(dá)指令接收。該功能通過(guò)邏輯實(shí)現(xiàn)。

圖1 雷達(dá)發(fā)射指令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 指令監(jiān)測(cè)邏輯實(shí)現(xiàn)

指令監(jiān)測(cè)邏輯由兩大部分構(gòu)成：頻點(diǎn)裝訂部分和檢波數(shù)據(jù)打印部分，其中頻點(diǎn)裝訂部分由頻點(diǎn)接收模塊和頻點(diǎn)裝訂模塊構(gòu)成，檢波數(shù)據(jù)打印部分由檢波數(shù)據(jù)接收模塊、檢波數(shù)據(jù)處理模塊和串口發(fā)送模塊構(gòu)成。邏輯框圖如圖5所示。

頻點(diǎn)接收模塊接收串口發(fā)送過(guò)來(lái)的頻點(diǎn)信息，將其轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，頻點(diǎn)裝訂模塊將并行的頻點(diǎn)信息按照微波接收機(jī)要求的格式發(fā)送出去，數(shù)據(jù)格式為0xaa 0x55 頻點(diǎn) 頻點(diǎn)反碼 0xaa 0x55，檢波數(shù)據(jù)接收模塊將5MHz頻率的142bit檢波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)并以 40MHz的頻率發(fā)送給檢波數(shù)據(jù)處理模塊，檢波數(shù)據(jù)處理模塊將142bit檢波數(shù)據(jù)存在存儲(chǔ)器中，再?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀出檢波數(shù)據(jù)并將其中除了eb90字頭部分的其它數(shù)據(jù)段每隔7位補(bǔ)0，以方便串口每8位輸出，串口發(fā)送模塊將擴(kuò)展后的檢波數(shù)據(jù)按照串口協(xié)議發(fā)送出去。每個(gè)模塊采用 verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

3 指令采樣與存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

指令監(jiān)測(cè)邏輯實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)關(guān)鍵的點(diǎn)，一是如何正確采樣檢波數(shù)據(jù)，二是輸出結(jié)果能否滿足實(shí)時(shí)性要求。

由于受到外界干擾及傳輸功率的影響，信號(hào)的傳輸很能達(dá)到理想狀態(tài)，信號(hào)碼元可能變壞[2]，信號(hào)脈沖寬度在一定范圍內(nèi)變化，以標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度200ns為例，接收到的脈沖寬度可能在 180～220ns范圍內(nèi)。為了保證檢波數(shù)據(jù)采樣的正確性，采取三個(gè)方面的措施。一是采用握手信號(hào)[3]，將指令的前16位設(shè)為字頭EB90，當(dāng)接收端確認(rèn)收到正確的字頭后，才開始接收后面的指令內(nèi)容；二是采用線性分組碼、交織碼差錯(cuò)控制技術(shù)，在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元，以糾正并發(fā)現(xiàn)碼元差錯(cuò)[2]，考慮到糾正的差錯(cuò)位越多，碼距較大且代碼冗余度高，選用能糾正一個(gè)差錯(cuò)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)差錯(cuò)的漢明碼作為編碼方式，原代碼的碼長(zhǎng)為4比特，附加糾錯(cuò)編碼部分為3比特，合成后的糾錯(cuò)碼為7比特，故“一個(gè)差錯(cuò)”的情況共有7種，加上“正?！睜顟B(tài)共有八種狀態(tài)，3比特的附加糾錯(cuò)碼能分辨這八種狀態(tài)，同時(shí)將最后的8比特原碼作為校驗(yàn)碼，如表1所示。三是采用高速時(shí)鐘采樣檢波數(shù)據(jù)信號(hào)，并選擇在中間位置采樣[5]。如圖3所示。

圖2 指令監(jiān)測(cè)邏輯框圖

從圖4和圖5中可看出，此次裝訂頻點(diǎn)為02頻點(diǎn)，通過(guò)串口將頻點(diǎn)發(fā)送給了監(jiān)測(cè)邏輯，監(jiān)測(cè)邏輯收到頻點(diǎn)信息，并將其發(fā)送給了微波接收機(jī)；雷達(dá)指令打印功能如圖6和圖7所示，從圖中可以看出，監(jiān)測(cè)邏輯將檢波數(shù)據(jù)進(jìn)行了串并轉(zhuǎn)換，將并行數(shù)據(jù)按照RS232串口格式組織，再按照串口協(xié)議發(fā)送出去，監(jiān)測(cè)邏輯外部的串口接收模型收到了正確的指令。

圖3 檢波數(shù)據(jù)采樣示意圖

表1 檢波數(shù)據(jù)編碼方式

指令打印具有實(shí)時(shí)性要求，當(dāng)指令內(nèi)容較多，存儲(chǔ)器深度較小，會(huì)導(dǎo)致部分指令被覆蓋，如果存儲(chǔ)器深度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)[4]，在設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器深度時(shí)，要綜合考慮一組指令的字節(jié)數(shù)和發(fā)送時(shí)間、兩組指令的間隔時(shí)間、指令處理時(shí)間、串口發(fā)送時(shí)間，在保證指令數(shù)據(jù)不被覆蓋的情況下，選擇最小的存儲(chǔ)器深度。

4 功能仿真

功能仿真是驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否正確的重要手段，編寫完的代碼需要經(jīng)過(guò)充分的功能仿真[5]，指令監(jiān)測(cè)邏輯的功能仿真主要是驗(yàn)證頻點(diǎn)裝訂和雷達(dá)指令打印功能。頻點(diǎn)裝訂功能驗(yàn)證結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 頻點(diǎn)裝訂時(shí)串口接收的頻點(diǎn)

圖5 頻點(diǎn)裝訂時(shí)SPI模塊發(fā)送給微波接收機(jī)的頻點(diǎn)

圖6 打印32組指令結(jié)果

圖7 打印指令具體結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

采用FPGA技術(shù)，結(jié)合該型雷達(dá)的微波接收機(jī)研制的雷達(dá)指令監(jiān)測(cè)儀，較好地滿足了雷達(dá)的監(jiān)測(cè)需求，簡(jiǎn)化了排故流程，能快速定位故障原因，提高了產(chǎn)品測(cè)試效率。該監(jiān)測(cè)儀具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、便于攜帶和使用、記錄準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。