逄金雷， 傅鳳歧

(公安海警學(xué)院船艇指揮系，浙江寧波 315801)

0 引言

由于現(xiàn)代航海雷達的發(fā)射機、接收機和天線都集中安裝在桅桿部位的集成環(huán)境中，內(nèi)有高壓電源，在教學(xué)中雖然可進行雷達功能演示，但不易進行各關(guān)鍵原理信號的測量和教學(xué)演示，為優(yōu)化雷達實驗教學(xué)環(huán)境和提高實驗教學(xué)效果，我們利用單片機開發(fā)了雷達信號實時仿真器，在教學(xué)中實現(xiàn)了雷達關(guān)鍵信號的測試和演示實驗環(huán)節(jié)、增強了學(xué)員理論聯(lián)系實際的能力，取得了較好的實驗教學(xué)效果。將系統(tǒng)適當擴展，又可進行整幅動態(tài)雷達信號的仿真，從而實現(xiàn)了在收發(fā)機關(guān)閉狀態(tài)下的雷達操作訓(xùn)練，具有簡單、經(jīng)濟、安全、可產(chǎn)生任意地域環(huán)境和不同目標特征雷達圖像，優(yōu)化了實驗教學(xué)環(huán)境，提高了實驗教學(xué)的綜合效果。

1 系統(tǒng)設(shè)計

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)以單片機AT89c52芯片為核心，配以相應(yīng)的硬件設(shè)備，形成一個相對獨立的雷達信號發(fā)生器，它能在PC機的輔助支持下，實時生成觸發(fā)脈沖信號、方位脈沖信號、船首信號、視頻信號，送到雷達顯示器。雷達信號發(fā)生器硬件組成包括地址譯碼器、外存儲器62256(32k)、距離計數(shù)器82C54(三路)、目標特征移位寄存器165(2組，每組2片)、目標測程控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器221、方位碼產(chǎn)生用分頻計數(shù)器161、船頭閃光產(chǎn)生用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器221、距離計數(shù)脈沖發(fā)生器包括晶體組件和分頻器161、視頻信號亮度控制用D/A轉(zhuǎn)換器、串口通信芯片max232。如圖1所示。

1.1 觸發(fā)脈沖

單片機內(nèi)部定時器T0設(shè)置為1 ms定時器，每1 ms輸出一個脈沖，頻率1 kHz，該脈沖經(jīng)整形后直接輸出觸發(fā)脈沖。

1.2 天線方位脈沖

測程控制正方波經(jīng)161計數(shù)器分頻后輸出正負對稱的天線方位脈沖，同時還向單片機發(fā)出方位中斷信號。

1.3 船頭閃光脈沖

方位中斷信號啟動單片機外部中斷，經(jīng)中斷程序計算，當達到天線一周的脈沖個數(shù)時，單片機輸出一個脈沖，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器擴展時間后，輸出船頭閃光脈沖。

1.4 視頻信號

在單片機初始化過程中，將距離計數(shù)器82C54設(shè)置為16為二進制計數(shù)狀態(tài)，每個1 ms定時脈沖發(fā)出前，單片機將目標距離值(2 Byte)裝入距離計數(shù)器，將4組目標特征碼(4 Byte)裝入低位亮度16 b移位寄存器和高位亮度16 b移位寄存器，二組移位寄存器存儲同一目標亮點的二b二進制亮度值，每點可輸出4級亮度。測程正方波輸出后控制距離計數(shù)器開始計數(shù)，其計數(shù)脈沖為脈沖源輸出的0.1 μs(10 MHz)脈沖。當計數(shù)器溢出時輸出正方波啟動二組移位寄存器工作，移位脈沖為0.2 μs(5 MHz)脈沖，移位過程中二組移位寄存器的高端輸出視頻輝亮點的二位二進制數(shù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出有輝亮等級的視頻信號。二個一位D觸發(fā)器是用來屏蔽沒移位前的高位信號輸出。

1.5 單片機軟件設(shè)計

單片機軟件程序包括主程序，T0中斷處理程序，外部中斷處理程序。

(1)主程序。系統(tǒng)數(shù)值初始化和重要工作單元的功能編程設(shè)置。數(shù)值初始化包括雷達圖像數(shù)據(jù)緩存器的清零和方位脈沖計數(shù)等軟件計數(shù)單元的清零。工作單元的功能編程設(shè)置包括定時器T0的1 ms定時設(shè)置、串口工作方式和波特率的設(shè)置(定時器T1設(shè)置為波特率發(fā)生器)、外部目標距離計數(shù)器的工作方式設(shè)置(采用二進制16位方式計數(shù))。在完成數(shù)值初始化和功能設(shè)置后，啟動中斷系統(tǒng)，程序原地等待，以后的有關(guān)的數(shù)據(jù)處理全部在中斷程序中進行。流程圖見圖2。

圖2 主程序流程圖

(2)T0中斷處理程序。計時到1ms時，發(fā)出定時器T0中斷，中斷處理程序執(zhí)行:①重新裝填1ms定時參數(shù)到定時器T0，準備下一次計時使用;②從雷達圖像緩存器取出目標距離值裝填到外部距離計數(shù)器，取出目標特征值裝填到目標移位寄存器，目標移位寄存器有4 Byte，二Byte為一組，每組16 bit，將目標特征碼(4字節(jié))裝入低位亮度16 b移位寄存器和高位亮度16位移位寄存器，二組移位寄存器存儲同一目標亮點的二位二進制亮度值，每點可輸出4級亮度。③輸出觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出測程有效正方波，測程有效正方波控制距離計數(shù)器開始計數(shù)，其計數(shù)脈沖為脈沖源輸出的0.1 μs(10 MHz)脈沖。當計數(shù)器溢出時輸出正方波啟動二組移位寄存器工作，移位脈沖為0.2 μs(5 MHz)脈沖，移位過程中二組移位寄存器的高端輸出視頻輝亮點的二位二進制數(shù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出有輝亮等級的視頻信號。二個一位D觸發(fā)器是用來屏蔽沒移位前的高位信號輸出。流程圖(圖3)。

(3)外部中斷處理程序。每輸出一個方位脈沖，就向單片機發(fā)出一次外部中斷請求，單片機采用軟件計數(shù)方法對方位脈沖進行計數(shù)，當達到天線一周標準的方位脈沖個數(shù)時，將軟件計數(shù)單元清零，同時用軟件輸出一個船首脈沖，該脈沖經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器展寬后正式輸出船首脈沖。流程圖見圖4。

圖3 外部中斷流程圖

圖4 外部中斷流程圖

2 系統(tǒng)功能

32 kB存儲器作為一幅雷達圖像的緩存存儲器，可通過串口由控制機進行管理，就可實現(xiàn)包含目標和背景環(huán)境的全幅雷達圖像的實時仿真，并可作為教學(xué)和訓(xùn)練的仿真雷達信號源使用。不連接主計算機時，單片機也可以獨立運行，實現(xiàn)典型目標和環(huán)境的教學(xué)演示效果并形成雷達信號測量實驗的電氣環(huán)境。該系統(tǒng)集演示、測量和訓(xùn)練為一體，優(yōu)化了雷達實驗教學(xué)效果和訓(xùn)練效果。共有四種工作模式:

(1)雷達實驗教學(xué)演示和重要信號測試。和雷達顯示器配合進行單目標的顯示和觸發(fā)脈沖、方位計數(shù)脈沖、船頭閃光脈沖和視頻信號的實時測量。可在示波器上觀察各脈沖間的對應(yīng)關(guān)系;通過p1口按鈕手動控制，可改變目標距離和特征，以便在示波器上同步觀察對應(yīng)的變化，提高了實驗教學(xué)的效果。

(2)脫機顯示多個動態(tài)目標。依靠單片機軟件計算每個天線周期實時輸出動態(tài)的目標數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)個動態(tài)目標的實時顯示。設(shè)備簡單，目標能動態(tài)運動，實驗教學(xué)效果明顯。

(3)脫機顯示全幅雷達圖像。依靠單片機軟件初始化時計算出一幅雷達圖像的相關(guān)數(shù)據(jù)并存儲到32 kB數(shù)據(jù)緩存器，或者連接主機，由主計算機生成一幅雷達圖像的數(shù)據(jù)并存儲到32 kB數(shù)據(jù)緩存器后脫機，單片機主程序控制32 kB緩存里一幅雷達圖像的實時顯示。

(4)聯(lián)機顯示動態(tài)全幅雷達圖像。連接主機，每個天線周期由主計算機生成一幅雷達圖像的數(shù)據(jù)并存儲到32 kB數(shù)據(jù)緩存器，單片機主程序?qū)崿F(xiàn)32 kB緩存里一幅幅雷達圖像的動態(tài)實時顯示。

3 結(jié)語

以單片機為核心開發(fā)的雷達信號仿真器，替代具有高壓和較大影響雷達使用壽命的收發(fā)機進行雷達信號測量實驗教學(xué)，其方法簡單、經(jīng)濟、安全，又可產(chǎn)生任意地域環(huán)境和不同目標特征的雷達圖像，優(yōu)化了實驗教學(xué)環(huán)境，提高了實驗教學(xué)的綜合效果，該方法也可引用到類似的實驗教學(xué)項目中。

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