尚凡葵，李正臣

（海裝北京局駐青島地區(qū)第一軍事代表室，山東 青島 266000）

引言

目前，由于我國船用產(chǎn)品功能單一、技術陳舊、工藝落后等因素在實際船舶系統(tǒng)中的應用比例還不到30%，大部分船用產(chǎn)品還是依靠進口。但是，鑒于時長利益等因素，國外船用產(chǎn)品并不愿意于我國簽訂專利協(xié)議，導致我國只能以高價格進口船用產(chǎn)品。尤其是船舶導航配套的電子儀器等，僅有屈指可數(shù)的磁羅儀、計程儀以及測深儀等。鑒于我國船舶導航雷達技術處于落后的情況以及國內(nèi)對導航雷達產(chǎn)品的需求量極大的背景，應大力開展船用雷達系統(tǒng)的研究[1]。本文將著重對傳統(tǒng)雷達顯示控制系統(tǒng)進行設計、測試研究。具體闡述如下：

1 雷達顯示控制系統(tǒng)的總體設計

一般的，傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)的結構如圖1 所示：

圖1 船用雷達系統(tǒng)結構示意圖

如圖1 所示，傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)由系統(tǒng)上單元和下單元兩部分組成。其中，系統(tǒng)上單元主要指的是導航雷達的天線和對應的接收機，具體原理為由天線發(fā)射信后，并由接收機接收信號，通過對發(fā)射信號和接收信號之間的關系進行分析，得出被測目標的方位、距離以及航行速度等參數(shù)。下單元主要包括有數(shù)據(jù)處理模塊和顯示系統(tǒng)。其中，上下單元的通信依靠RS422 通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[2]。本文所研究的雷達顯示控制系統(tǒng)包括有顯示子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)兩部分。

1.1 雷達顯示子系統(tǒng)的總體設計

針對雷達顯示子系統(tǒng)的總體設計具體可從以下三個方面著手：

1）結合當前實際應用的雷達顯示部分的系統(tǒng)情況，提出新型傳統(tǒng)雷達顯示系統(tǒng)的思路。

2）實現(xiàn)雷達顯示子系統(tǒng)硬件與上位機操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。鑒于二者的時鐘不一致，主要采用異步傳輸機制實現(xiàn)硬件與上位機之間的數(shù)據(jù)通信。

3）基于對用戶調(diào)研的基礎上，設計雷達顯示子系統(tǒng)的顯示界面，并對各個功能模塊進行詳細闡述。

目前，傳統(tǒng)雷達顯示系統(tǒng)主要是基于Intel 處理器所設計的工況機模塊，該模塊存在圖像顯示不足、二次開發(fā)成本高的劣勢。為此，本文提出FPGA 數(shù)據(jù)處理模塊與ARM 顯控系統(tǒng)相結合的顯示機制為基礎完成對雷達子系統(tǒng)的設計；同時，F(xiàn)PGA 數(shù)據(jù)處理模塊與ARM 顯控系統(tǒng)采用異步數(shù)據(jù)傳輸機制完成信息的傳輸。

1.2 雷達控制子系統(tǒng)的總體設計

雷達控制子系統(tǒng)的主要任務時對雷達各部分功能的硬件進行統(tǒng)一控制。結合用戶控制需求，雷達控制子系統(tǒng)需具備顯示掃描、系統(tǒng)設置、界面內(nèi)容顯示、功能提示以及其他一些高級功能。其中，顯示掃描功能包括基本掃描模式和中心偏移模式；通過系統(tǒng)設置功能可對雷達門限設置、海浪抑制調(diào)節(jié)、雨雪抑制調(diào)節(jié)、雜波抑制、調(diào)諧控制以及量程選項進行設置；界面內(nèi)容顯示可對待探測目標的角度線、船尾線、尾跡等進行顯示；其他一些高級功能涵蓋了距離的測量、報警、對探測目標的跟蹤以及對其他數(shù)據(jù)的采集等[3]。除此之外，雷達控制子系統(tǒng)還可對天線進行控制，可對天線的參數(shù)進行設置等。

2 雷達顯示控制系統(tǒng)的設計

本節(jié)主要完成雷達顯示控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分的設計。

2.1 雷達顯示控制系統(tǒng)的硬件設計

雷達顯示控制系統(tǒng)的關鍵硬件為ARM 操作系統(tǒng)控制模塊和FPGA 數(shù)據(jù)信號處理模塊。其中，ARM操作系統(tǒng)控制模塊主要是對與雷達相關所有的設備的運行進行控制；FPGA 數(shù)據(jù)信號處理模塊主要任務是對數(shù)據(jù)進行處理，并對控制信息進行顯示。雷達顯示控制系統(tǒng)的整體結構如圖2 所示：

圖2 雷達顯示控制系統(tǒng)硬件結構框圖

如圖2 所示，為保證雷達顯示控制系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮導航、顯示、報警等功能。為ARM操作系統(tǒng)控制模塊配置FLASH、SDRAM、USB、UARTsl、CPLD、NET、UARTs2 模塊，為增強該控制模塊的工作性能為其配置了三星公司的S3C2440 處理器；同樣，為FPGA 數(shù)據(jù)信號處理模塊配置FLASH、DDR、SDRAM、LCD、AD、I/O 模塊。

此外，雷達顯示控制系統(tǒng)的硬件結構的外部時鐘由三部分組成，并設置了對應的外部晶振頻率，如表1 所示：

表1 雷達顯示控制系統(tǒng)硬件外部晶振頻率

2.2 雷達顯示控制系統(tǒng)的軟件設計

雷電顯示控制系統(tǒng)的軟件設計包括對雷達系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)進行不斷的篩選顯示；同時，還對雷達底層硬件功能進行有效控制。

雷達顯示控制軟件從系統(tǒng)上層到驅動層在到中間層最后到底層實現(xiàn)所采集數(shù)據(jù)和控制信號的通信[4]。其中，雷達對待探測目標的相關參數(shù)進行采集，對應的軟件控制流程如圖3 所示。

圖3 雷達數(shù)據(jù)采集軟件流程圖

如圖3 所示，針對雷達顯示控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能，首先需完成對雷達數(shù)據(jù)采集參數(shù)的設置，并在雷達顯示控制系統(tǒng)正常啟動后，由ARM接收所采集的數(shù)據(jù)，并將相關數(shù)據(jù)進行存儲；采集完成后等待下一階段的采集任務。

同時，在實際探測中雷達顯示控制系統(tǒng)還結合以采集的數(shù)據(jù)和實際探測的任務需求對天線系統(tǒng)進行控制，包括對天線的旋轉角度、掃描頻率參數(shù)等進行設置。

3 雷達顯示控制系統(tǒng)的測試

為驗證上文所設計雷達顯示控制系統(tǒng)的性能，本節(jié)將主要對雷達顯示控制系統(tǒng)的顯示功能和控制功能進行測試。

3.1 顯示功能的測試

本文所設計雷達顯示控制系統(tǒng)加裝了LCD 顯示驅動設備，同時在嵌入式ARM操作系統(tǒng)控制模塊的作用下，雷達顯示控制系統(tǒng)所形成的圖像和畫面能夠在15 寸的大屏幕上以高清晰度的狀態(tài)展現(xiàn)。同時，所形成的圖像和畫面最大分辨率可達1 024×768。在實際測試過程中發(fā)現(xiàn)，所形成的圖像和畫面能夠在上位機上及時顯示，不存在卡頓和延時的現(xiàn)象；而且，在圖層疊加的情況下對應的畫面也可正常顯示。

3.2 控制功能的測試

測試人員按照雷達天線參數(shù)設置流程操作完成后進行測試。經(jīng)測試，雷達天線的控制模式可順利由船舶中心基本模式切換為中心偏移模式；而且在實際控制操作中發(fā)現(xiàn)，整個控制響應速度較快，且各項指令傳輸均不存在錯誤[5]?？傮w來說，雷達控制系統(tǒng)滿足現(xiàn)實模式轉變的系統(tǒng)要求。

4 結語

導航系統(tǒng)作為船舶“眼睛”，其性能直接決定船舶運行的安全性和效率。我國在船舶雷達導航系統(tǒng)方面與發(fā)達國家還存在較大的差距，為滿足實際應用需求和強化自身技術的目的，應大力開展針對雷達導航系統(tǒng)的研究和設計。本文基于ARM顯控模塊和FPGA 數(shù)據(jù)采集模塊為核心設計了船用雷達顯示控制系統(tǒng)，并經(jīng)測試該系統(tǒng)在顯示功能和控制功能均能夠滿足實際應用的需求。