■ 馬啟晟

引言

本文旨在根據雷達原理，搭建一種雷達教學實驗平臺系統(tǒng)（以下簡稱為“實驗平臺”）。該實驗設備可以演示雷達的基本構成、信號產生方式、信號逐級傳輸處理過程，實現硬件級故障模擬，配合原理講解課件，達到基礎原理教學目的。貫徹執(zhí)行通用化、模塊化設計思想，結合軟件仿真技術，實現教學系統(tǒng)的真實、全面及實用性。

1 雷達教學實驗平臺系統(tǒng)總體設計

1.1 雷達教學實驗平臺系統(tǒng)功能

雷達教學實驗平臺系統(tǒng)：通過硬件電路展示雷達工作原理，設置測試點，允許對雷達部分工作狀態(tài)（例如：STC 開啟/關閉、中頻放大增益等）進行調整，可設置典型故障，實現硬件級故障模擬，并對故障排查過程進行考核；通過文字、圖片、動畫等方式，講解雷達基本工作原理，與硬件結合，引導學員動手測量，觀察信號逐級變化過程。

1.2 雷達教學實驗平臺系統(tǒng)組成

實驗平臺采用全相參，脈沖多普勒，捷變頻的工作體制，原理如圖1。

共分為顯控分機、發(fā)射分機、接收分機、天線與微波分機、電源模塊五部分，如圖1 所示。

圖1 實驗教學系統(tǒng)雷達工作原理

（1）顯控分機主要功能：實現雷達回波數據、角度、速度距離等雷達狀態(tài)的顯示，對實驗平臺實現操作控制功能。

（2）發(fā)射分機主要功能：產生信號并放大到足夠大的功率，滿足信號發(fā)射的功率要求。

圖2 實驗平臺組成

（3）接收分機主要功能：對接收的信號進行下變頻，濾波，放大；完成對中頻信號的放大，濾波等功能；對各路通道信號進行檢波處理，獲取目標參數。

（4）天線與微波分機主要功能：控制天線轉動，真實呈現雷達工作過程中，天線與伺服系統(tǒng)的工作模式。

（5）電源模塊主要功能：提供各分機工作所需要的電源，通TTL 電平控制開關實現電源故障的模擬。

實驗平臺軟件組成及各臺之間數據傳輸，如圖3、圖4所示。

圖3 實驗平臺軟件組成

圖4 分機數據傳輸圖

圖5 導控軟件流程圖

本論文的主要工作是設計并實現導控軟件、接收分機控制軟件、發(fā)射分機控制軟件的編寫，以下統(tǒng)稱為控制軟件。

2 控制軟件的設計與實現

2.1 導控軟件流程

（1）對網口進行初始化，開啟網口數據監(jiān)聽線程、顯示控制監(jiān)聽線程；

（2）操作人員通過人機交互界面進行操作，顯示控制監(jiān)聽線程會監(jiān)聽到界面有人機交互操作，識別相應操作，進入數據解析及指令生成模塊。

（3）顯控分機、發(fā)射分機、接收分機通過網口向導控軟件發(fā)送狀態(tài)上報報文、故障提交報文，網絡數據接收監(jiān)聽線程會監(jiān)聽到網口有數據傳入，接收數據，進入數據解析及指令生產模塊。

（4）數據解析及指令生成，判斷數據來源并根據相關協(xié)議進行相應處理

2.2 發(fā)射分機、接收分機控制軟件流程

（1）對串口、網口、TTL 進行初始化，開啟串口數據接收監(jiān)聽線程、網口數據監(jiān)聽線程、顯示控制監(jiān)聽線程；

（2）顯控分機通過網口向發(fā)射/接收分機發(fā)送網絡報文，網絡數據接收監(jiān)聽線程會監(jiān)聽到網口有數據包傳入，接收網口數據，進入數據解析及指令生成模塊。

（3）實驗臺內各模塊通過串口發(fā)送串口數據，串口數據接收監(jiān)聽線程會監(jiān)聽到串口有數據傳入，接收串口數據，進入數據解析及指令生成模塊。

（4）操作人員通過人機交互界面進行操作，顯控監(jiān)聽線程會監(jiān)聽到界面有人機交互操作，識別相應操作，進入數據解析及指令生成模塊。

（5）數據解析及指令生成，判斷數據來源并進行相應處理。

2.3 控制軟件相關配置

2.3.1 網口配置

采用UDP 協(xié)議，模擬系統(tǒng)網絡各節(jié)點采用C 類IP 地址，其子網地址是192.168.2.0，子網掩碼是255.255.255.0，各節(jié)點IP 地址、端口號如表1：

表1 網口配置

表1 網口配置

2.3.2 串口配置

本系統(tǒng)中，各模塊與上位機的接口采用RS422 串口實現，各模塊端口號如表2 所示。

表2 串口配置

表2 串口配置

2.3.3 TTL 配置

本系統(tǒng)采用PCI-1730U 實現TTL 控制，線性電源每路輸出通過TTL 均可單獨控制，實現每路電源故障模擬。發(fā)射實驗臺可模擬電源故障6 路，接收實驗臺可模擬電源故障3 路。

PCI-1730 能夠提供隔離數字量輸入通道和隔離數字量輸出通道,隔離保護電壓可達到2500VDC,所有輸出通道都提供高電壓保護。

3 實驗平臺測試

3.1 導控軟件測試

導控系統(tǒng)是為教員配備的高級教學引導系統(tǒng)，可實現對雷達實驗平臺的控制，可實時監(jiān)測各分機工作狀態(tài)，可下發(fā)目標指示，可設置故障。本系統(tǒng)在考核過程中可實時監(jiān)測學員的操作過程，為教員對學員的考核提供參考。導控軟件啟動后，界面如下圖8 所示：

界面功能簡介：

左側實時狀態(tài)欄：分別顯示顯控分機、發(fā)射分機、接收分機狀態(tài)，綠色在線，灰色離線。

左側目標信息裝訂：包含預定義雷達目標8 種，首先需要引導的指向器（顯控分機）在線且處于“導控”狀態(tài)，然后點擊對應目標按鈕，按鈕背景變?yōu)榫G色，再點擊【開始引導】按鈕，即可進入引導模式，退出引導模式則點擊【結束引導】。

中間設置故障欄：1、選擇故障點，在右側會出現相應原理圖；2、故障最多可同時設置三個，每次只下發(fā)一個故障，當收到排故正確上報信息后，間隔5 秒再下發(fā)下一條故障，直至全部排故結束；3、點擊【取消故障】按鈕，可取消所有故障，各分機恢復正常工作狀態(tài)。

右側故障考核欄：左側表格記錄老師下發(fā)的故障名稱、學員排故操作后上報的故障名稱及上報用時，此次排故上報錯誤則該條上報記錄標紅，正確則標為綠色。當學員排故正確時，排除的故障會在右側表格記錄故障名稱、排故時間以及錯誤次數。當學員故障無法排除，可在對應工作臺選擇結束上報，此時故障錯誤次數顯示【未排】，方便老師對學員的操作進行考核。點擊【清除列表】按鈕可清除表格中記錄內容；點擊【記錄存儲】按鈕會將考核記錄保存成為數據文件存儲至桌面考核記錄文件夾。

3.2 發(fā)射分機/接收分機測試

分機上電開機后，啟動分機控制軟件，界面如下圖8 所示，以發(fā)射分機控制軟件為例：

圖7 導控軟件主界面

圖8 發(fā)射臺控制軟件主界面

界面功能簡介：

左側顯控分機狀態(tài)欄：顯控分機狀態(tài)，綠色在線，灰色離線。

左側各模塊狀態(tài)欄：各組件狀態(tài)，綠色工作正常，紅色有故障。

中間選擇故障點欄：1、故障點說明：對所選中的故障點進行具體說明；2、各模塊故障點選擇按鈕；3、【故障上報】按鈕將選擇的故障點上報至顯控分機；4、學生認為故障已完全排除時點擊【排故結束】按鈕。

右側故障上報記錄：記錄顯示故障上報時間、上報故障點名稱。

4 總結

本文從硬件設計、軟件的設計與控制軟件的驗證等方面對系統(tǒng)設計與軟件開發(fā)進行了詳細的介紹，并給出了軟件設計接口、開發(fā)的流程以及現場測試結果，在經過大量的調試，系統(tǒng)各模塊間協(xié)作配合，達到了軟件預期的效果，進而說明本次系統(tǒng)設計和軟件開發(fā)的正確性。