安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 高啟學(xué) 楊宇紅

引言

情報(bào)雷達(dá)圖傳設(shè)備是情報(bào)雷達(dá)的重要附屬設(shè)備之一，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地將雷達(dá)圖像信號(hào)、情報(bào)數(shù)據(jù)及各種勤務(wù)信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)端,并在錄取顯示器上完整再現(xiàn)雷達(dá)圖像信號(hào)等信息[1]。隨著雷達(dá)技術(shù)快速發(fā)展，所需要傳輸數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，傳統(tǒng)的圖傳設(shè)備已經(jīng)難以滿足需求，因此開(kāi)發(fā)適合新體制雷達(dá)的高帶寬、高可靠性圖傳設(shè)備十分必要。而CPCI總線因具有高速、高可靠性、可熱插拔等出色性能，在計(jì)算機(jī)、通信、測(cè)試等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，鑒于此，本文結(jié)合某項(xiàng)目需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于CPCI數(shù)據(jù)總線的雷達(dá)圖傳設(shè)備。

1.設(shè)計(jì)思路

CPCI（Compact Peripheral Component Interconnect）總線是在桌面型的PCI 總線的基礎(chǔ)上發(fā)展和改進(jìn)而來(lái)的。相比于PCI 總線，CPCI 連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為加固型規(guī)范模塊，具有更高的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性[2]。圖傳設(shè)備充分利用CPCI總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，一是能夠?qū)崿F(xiàn)各功能業(yè)務(wù)模塊之間的實(shí)時(shí)高速數(shù)據(jù)交換；二是可實(shí)現(xiàn)帶電熱插拔，提高設(shè)備可維修性；三是有較強(qiáng)的耐振動(dòng)和沖擊等能力，以提升圖傳設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

圖1 圖傳設(shè)備CPCI總線結(jié)構(gòu)圖

在傳輸帶寬方面，根據(jù)目前雷達(dá)實(shí)際需求和未來(lái)一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)，在成熟通信技術(shù)基礎(chǔ)上，將圖傳設(shè)備總傳輸帶寬設(shè)計(jì)為155Mbps，具有豐富和完善的接口，可以傳輸雷達(dá)圖像、網(wǎng)絡(luò)、串口、話音等數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同型號(hào)的雷達(dá)使用。傳輸信道以無(wú)線微波方式傳輸為主，射頻頻率選擇X波段，該波段頻率較高，干擾較少；采用拋物面板狀天線，設(shè)備在視距無(wú)阻擋的條件下最大傳輸距離可達(dá)50km。設(shè)計(jì)中考慮兼容光纜ITU-T規(guī)定SDH標(biāo)準(zhǔn)，以提高設(shè)備傳輸靈活性。

2.設(shè)計(jì)原理

2.1 電訊設(shè)計(jì)

雷達(dá)圖傳設(shè)備由發(fā)端和收端兩部分組成，其中發(fā)端安裝在雷達(dá)站電子方艙內(nèi)，收端一般放在指揮所或情報(bào)中心，兩端設(shè)備通過(guò)微波信道連接。圖傳設(shè)備信號(hào)傳輸框圖如下所示：

圖2 圖傳設(shè)備信號(hào)傳輸框圖

圖傳發(fā)端首先將所要傳輸?shù)睦走_(dá)圖像進(jìn)行壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)和目標(biāo)方位信息、點(diǎn)跡數(shù)據(jù)、航跡數(shù)據(jù)、PCM話音數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、串口數(shù)據(jù)等進(jìn)行復(fù)接處理，這些多路的同步、異步數(shù)據(jù)被復(fù)接成一路155Mbps基帶碼流，通過(guò)微波信道傳輸?shù)绞斩?；收端將接收到信?hào)恢復(fù)出155Mbps基帶碼流，再分接出雷達(dá)圖像壓縮數(shù)據(jù)、目標(biāo)方位信息、點(diǎn)跡數(shù)據(jù)、航跡數(shù)據(jù)、PCM話音數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、串口數(shù)據(jù)；解壓后的雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)和目標(biāo)方位信號(hào)、點(diǎn)跡數(shù)據(jù)、航跡數(shù)據(jù)一并送入光柵顯示器，重現(xiàn)雷達(dá)顯示器畫(huà)面。

微波信道由中頻調(diào)制解調(diào)、射頻收發(fā)單元、天饋組成。中頻調(diào)制解調(diào)將基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼、QPSK調(diào)制，調(diào)制成中頻信號(hào)后送至射頻收發(fā)單元的發(fā)信部分，經(jīng)上變頻、濾波、功率放大后由天饋發(fā)射出去。收端天饋接收到的射頻信號(hào)送入射頻收發(fā)單元的收信部分，經(jīng)放大、濾波后與收信本振混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)，再經(jīng)濾波及AGC放大后送到中頻解調(diào)單元，進(jìn)行QPSK解調(diào)、解碼，恢復(fù)出155Mbps基帶碼流。圖傳發(fā)端和收端的射頻收發(fā)單元、天饋屬于室外設(shè)備，安裝在室外，和室內(nèi)設(shè)備通過(guò)一根中頻電纜連接，該電纜既可傳輸中頻信號(hào)，同時(shí)又為射頻收發(fā)單元提供電源。

雷達(dá)圖像中占畫(huà)面絕大部分的背景是靜止的,利用這一特點(diǎn)可以大幅度壓縮[3]。這些背景包括氣象雜波、固定地物回波等，相對(duì)于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)來(lái)說(shuō)是無(wú)用的，可通過(guò)游程長(zhǎng)度編碼進(jìn)行有效壓縮，降低數(shù)據(jù)率，有利于傳輸。游程長(zhǎng)度編碼的主要思想是將一個(gè)相同值的連續(xù)串用其值和串長(zhǎng)（重復(fù)的個(gè)數(shù)）的數(shù)用二元組來(lái)替代[4]。經(jīng)過(guò)采樣量化過(guò)的雷達(dá)回波總是由“0”電平和“1”電平組成。其中“0”為白游程，“1”為黑游程。連“0”的個(gè)數(shù)為白游程長(zhǎng)度，連“1”的個(gè)數(shù)為黑游程長(zhǎng)度，對(duì)游程長(zhǎng)度進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a可以達(dá)到回波壓縮的效果。游程長(zhǎng)度編碼方法很多，設(shè)計(jì)中結(jié)合雷達(dá)回波圖像的特點(diǎn)選用相加碼編碼方法，代表長(zhǎng)度的碼字為10個(gè)，代表字首的碼字為5個(gè)，具體編碼時(shí)游程長(zhǎng)度由長(zhǎng)度碼和字首碼組合表示，例如游程長(zhǎng)度59的編碼為1100，1011，1000。

雷達(dá)圖像顯示是圖傳設(shè)備的核心之一，能夠?qū)⑺邮盏降睦走_(dá)信號(hào)進(jìn)行圖像還原，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波的實(shí)時(shí)顯示，同步完成目標(biāo)點(diǎn)跡、航跡信息的及時(shí)顯示[5]，比如目標(biāo)的三座標(biāo)位置、航向、速度、批號(hào)、敵我性質(zhì)等標(biāo)志。雷達(dá)圖像顯示對(duì)雷達(dá)圖像處理后以像素為單位存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，在行、場(chǎng)同步信號(hào)控制下依次讀出，并與雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)混合，R、G、B三色信號(hào)以VGA接口方式送至顯示器，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)畫(huà)面的顯示功能。雷達(dá)圖像顯示基本原理如下：

圖3 雷達(dá)圖像顯示基本原理框圖

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是圖傳設(shè)備設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，良好的設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮CPCI歐洲卡可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，在滿足電性能基礎(chǔ)上使得設(shè)備抗振、散熱能力和電磁兼容性達(dá)到要求。

圖4 雷達(dá)圖傳設(shè)備實(shí)物圖

在尺寸方面，圖傳設(shè)備發(fā)端設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)19英寸寬、6U高分機(jī)，該尺寸和雷達(dá)總體結(jié)構(gòu)要求保持一致，方便安裝在雷達(dá)電子方艙設(shè)備機(jī)柜內(nèi)。收端分機(jī)也為標(biāo)準(zhǔn)19英寸寬、6U高形式，相對(duì)于發(fā)端，收端增加了一塊計(jì)算機(jī)顯卡，并且在正面集成了一臺(tái)加固型液晶顯示器，配置了可翻式防水鍵盤、鼠標(biāo)，做到了信號(hào)接收、處理和顯示、操作一體化。圖傳發(fā)、收端功能模塊均按照CPCI總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，兩端可以共用，減少了品種，提高設(shè)備可靠性和維修性。收端分機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，為了保障有效散熱，分機(jī)采用高性能風(fēng)冷散熱和金屬機(jī)箱自然導(dǎo)熱相結(jié)合方式。

考慮到圖傳設(shè)備架設(shè)時(shí)需要將兩端的室外天線對(duì)準(zhǔn)，比較耗費(fèi)人力和時(shí)間。為了提升效率，使設(shè)備具有一定的機(jī)動(dòng)架設(shè)能力，在天饋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，一方面選用電動(dòng)升降桿，實(shí)現(xiàn)快速升降；同時(shí)，在天線底座增加電子羅盤、GPS/北斗定位設(shè)備和伺服機(jī)構(gòu)。GPS/北斗定位設(shè)備可以獲得所處位置的經(jīng)緯度和高度信息，電子羅盤能夠采集圖傳天線的俯仰和方位角度，兩端自動(dòng)計(jì)算即可獲得相對(duì)的方位和俯仰角度，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)天線實(shí)現(xiàn)定向[6]，避免以往靠人工操作調(diào)整天線，從而實(shí)現(xiàn)天線快速對(duì)準(zhǔn)。

3.應(yīng)用驗(yàn)證

基于CPCI總線結(jié)構(gòu)的圖傳設(shè)備研制完成后，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、環(huán)境試驗(yàn)以及與雷達(dá)整機(jī)的聯(lián)調(diào)及試用，過(guò)程中工作穩(wěn)定可靠，主要功能、性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠滿足使用要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)新體制雷達(dá)需求，利用成熟的CPCI總線技術(shù)、微波通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)顯示技術(shù)，設(shè)計(jì)了新型圖傳設(shè)備，特別是收端集數(shù)據(jù)接收、信號(hào)處理和顯示一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有傳輸容量大、傳輸能力強(qiáng)，傳輸方式多樣化、兼容性好，機(jī)動(dòng)性能高，使用方便等特點(diǎn)，可以滿足不同型號(hào)雷達(dá)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)亩喾N需求。

[1]李冰,樊秋景,田明宏.雷達(dá)圖像傳輸系統(tǒng)的研制[J].電訊技術(shù),2005,(6):49-52.

[2]任群.基于CPCI總線的嵌入式計(jì)算機(jī)通用接口設(shè)計(jì)研究[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,(1):20-22.

[3]劉吉,嵇碧波.數(shù)字視頻壓縮技術(shù)在雷達(dá)圖像遠(yuǎn)程傳輸中的應(yīng)用[J].電子測(cè)量技術(shù),2006,(12):155-156.

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