1 引言

　　隨著測控技術(shù)的快速發(fā)展,，現(xiàn)代雷達系統(tǒng)對于多雷達高精度協(xié)同測控跟蹤能力的需求越來越高。然而,，現(xiàn)役的大多數(shù)雷達并不具有這樣的功能,?；谀承吞柪走_，我們開發(fā)了基于CAN總線的雷達網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng),。經(jīng)過對雷達加裝該系統(tǒng),，我們構(gòu)建了雷達局域測控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)的雷達間目標(biāo),，狀態(tài)等相關(guān)信息的共享,。利用這些信息，網(wǎng)絡(luò)中各雷達可以進行相互配合工作,，極大地提高了雷達的探測與協(xié)同能力,。

　　2 雷達網(wǎng)絡(luò)測控測控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理

　　2.1 CAN總線測控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與特點

　　從本質(zhì)上看，我們設(shè)計的雷達網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng),，屬于主從式網(wǎng)絡(luò)測試控制系統(tǒng),。與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相比, 控制網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)幀短、數(shù)據(jù)交換頻繁,、有實時約束等特點,。同時雷達本身工作時電磁環(huán)境復(fù)雜，相對距離較遠,，這都對采用的總線形式提出了較高的要求。

　　近20 年來,， 控制網(wǎng)絡(luò)獲得迅速發(fā)展,，特別是作為其主流的現(xiàn)場總線技術(shù)已形成了一系列國際標(biāo)準，CAN總線是其中一種比較有影響的現(xiàn)場總線標(biāo)準,。 CAN總線是一種多主方式的串行通訊總線,，有高的位速率，高抗電磁干擾性,，而且能夠檢測出產(chǎn)生的多種錯誤,。當(dāng)信號傳輸距離達到10Km時，CAN仍可提供高達50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,。 同時CAN總線具有很高的實時性能,，在工業(yè)控制、安全防護等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,。因此我們選擇CAN總線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò),。圖1與圖2分別顯示了雷達網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)與CAN總線的連接關(guān)系及各雷達間互連的拓撲結(jié)構(gòu)。

　　
圖1 網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)與CAN總線的連接

　　
圖2 雷達網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

　　2.2 系統(tǒng)原理

　　同其他網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)一樣,，雷達網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的主要工作基礎(chǔ)是對于相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與共享,。在這個網(wǎng)絡(luò)中，依據(jù)實際的工作環(huán)境與實際情況的需要,，每個雷達既可以作為一個獨立單元工作,，也可以作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點工作,。當(dāng)雷達成為網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點工作時，其可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中共享的數(shù)據(jù),，與網(wǎng)內(nèi)的其他雷達共同協(xié)同跟蹤工作,。

　　在一般情況下，網(wǎng)絡(luò)中的雷達作為獨立的節(jié)點進行工作,，此時網(wǎng)絡(luò)中的每個雷達是對等的,。當(dāng)出現(xiàn)特殊目標(biāo)或其他需要多雷達對同一目標(biāo)進行協(xié)同跟蹤的情況下，雷達的操作手可以通過雷達網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出進入網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)的指令,。網(wǎng)內(nèi)其他雷達收到指令后,，操作手可以依據(jù)該雷達的具體情況選擇繼續(xù)獨立工作或進入網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。進入網(wǎng)絡(luò)的雷達之間為主從關(guān)系,，發(fā)出指令與數(shù)據(jù)的雷達為主雷達,，接收共享數(shù)據(jù)的雷達為從雷達。處于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)工作的雷達,，也可以隨時退出網(wǎng)絡(luò)工作,。

　　3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　由以上對系統(tǒng)原理的分析可以看出，該系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)主要包括：雷達及目標(biāo)信息的獲取與共享,，目標(biāo)數(shù)據(jù)的計算,、校正及基于校正數(shù)據(jù)的目標(biāo)跟蹤。系統(tǒng)的硬件設(shè)計亦基于此進行,。

　　圖3給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖,。從框圖可以看出，該系統(tǒng)主要由單片機模塊,，雷達接口模塊,，通信與控制模塊，軸角轉(zhuǎn)換模塊及人機交互接口組成,。

　　系統(tǒng)單片機模塊采用Winbond公司的高性能51兼容內(nèi)核單片機W77E58實現(xiàn)系統(tǒng)控制,。該單片機具有兩個相互獨立的串口，便于與外設(shè)通信,，同時芯片支持高達40M的時鐘且具有倍頻模式,，能夠滿足目標(biāo)信息與控制信息的解算要求。

　　雷達接口模塊通過信號轉(zhuǎn)接電路從雷達中截取相關(guān)信號送至接口信號處理電路,。其中,，雷達的數(shù)字信號主要通過CPLD處理。我們使用了Altra公司的 CPLD芯片EPM7128,。其第一個作用是作為信號多路復(fù)用器與接口緩沖器,。當(dāng)控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，其依據(jù)雷達的狀態(tài),，切換形成不同的數(shù)據(jù)總線開關(guān)狀態(tài),，同時將來自雷達及單片機的數(shù)據(jù)鎖存或緩沖,，使雷達與單片機能交換正確的數(shù)據(jù)。其第二個功能是產(chǎn)生接口邏輯與控制系統(tǒng)的控制邏輯,。利用來自雷達的時鐘信號,、各種時序信號與狀態(tài)信號，產(chǎn)生接口控制信號,，控制接口的數(shù)據(jù)交換與狀態(tài)轉(zhuǎn)換,，同時依據(jù)單片機發(fā)來的地址與控制信號，合成控制系統(tǒng)的各種控制邏輯,。

　　
圖3 系統(tǒng)硬件框圖

　　通信與控制模塊是處理后的信息與本雷達及其他雷達交互的接口,。控制系統(tǒng)的狀態(tài)及目標(biāo)數(shù)據(jù)等信息由單片機串口輸出后,，通過MAX232變換送至人機交換模塊顯示,，來自人機接口的控制信息同樣通過該接口下行至單片機?？刂葡到y(tǒng)與CAN總線的互連同樣經(jīng)過RS-232接口,，并由CAN通信模塊完成RS-232 協(xié)議與CAN協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)與遠端雷達的長距離,、實時通信,。經(jīng)過控制系統(tǒng)解算的目標(biāo)距離信息通過CPLD被雷達獲取，目標(biāo)的角度信息則通過控制模塊完成D/A變換,，電壓隔離與平滑等處理,，送至雷達的天控系統(tǒng)，直接推動雷達完成對目標(biāo)的跟蹤,。

　　雷達天線軸角轉(zhuǎn)換使用了兩個雙精度軸角轉(zhuǎn)換模塊,，分別完成對雷達天線方位角,、高地角的數(shù)據(jù)提取,。當(dāng)雷達天線受控制系統(tǒng)控制時，該模塊構(gòu)成雷達控制閉環(huán)的反饋支路,。

 　　人機交互模塊是操作手與控制系統(tǒng)交互的接口,，來自控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息通過交互模塊顯示，操作手通過交互接口完成對控制系統(tǒng)的裝定與操作,，當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換或出現(xiàn)通信,、操作錯誤時，人機接口將發(fā)出提示或報警,。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要針對系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)計,、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換流程及數(shù)據(jù)通信與處理流程三個部分進行。

　　4.1 系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)計

　　狀態(tài)設(shè)計主要是針對控制系統(tǒng)工作的各狀態(tài),，對系統(tǒng)硬件進行相應(yīng)的操作,。該系統(tǒng)主要設(shè)置了3個主要狀態(tài)：單機工作狀態(tài),，主動工作狀態(tài)，被動工作狀態(tài),。

　　在網(wǎng)絡(luò)尚未組織時,，各雷達工作于單機工作狀態(tài)，網(wǎng)內(nèi)雷達各自獨立工作,，相互關(guān)系對等,。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立后，網(wǎng)內(nèi)的雷達將具有不同的優(yōu)先級,。其中,，提供目標(biāo)與雷達信息的雷達具有最高的優(yōu)先級，工作于主動工作狀態(tài),，網(wǎng)內(nèi)的其他雷達則工作于被動工作狀態(tài),。主動狀態(tài)下的雷達負責(zé)組織整個雷達網(wǎng)絡(luò)，由它向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送目標(biāo)的各種參數(shù)及雷達狀態(tài)信息,，被動雷達從網(wǎng)絡(luò)獲取目標(biāo)及雷達信息,，并據(jù)此控制雷達工作，直至主動狀態(tài)雷達撤除網(wǎng)絡(luò)或操作手強制退出,。這種主從工作方式保證了網(wǎng)絡(luò)的高可靠工作,。

　　4.2 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程設(shè)計

　　轉(zhuǎn)換流程設(shè)計則主要指系統(tǒng)依據(jù)目標(biāo)的特征、性質(zhì),，操作手的命令和網(wǎng)內(nèi)其他雷達發(fā)來的指令,，自動或被動地在各個狀態(tài)間進行轉(zhuǎn)換的流程設(shè)計。圖4顯示了系統(tǒng)軟件狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程,。從圖中可以看出,，單機工作狀態(tài)是系統(tǒng)的缺省狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)組織后,，雷達將進入主動狀態(tài)或被動狀態(tài)工作,。主動狀態(tài)或被動狀態(tài)是動態(tài)的，依據(jù)目標(biāo)的不同特性,，網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的指令及操作手的指令,，雷達能夠在主動狀態(tài)與被動狀態(tài)間進行相互轉(zhuǎn)換，并保證網(wǎng)絡(luò)中始終保證由一臺主動雷達組織,。

　　
圖4 系統(tǒng)軟件狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程

　　4.3 數(shù)據(jù)通信與處理流程

　　數(shù)據(jù)通信與處理流程也是系統(tǒng)軟件設(shè)計的一個重要部分,，圖5給出了這一流程框圖。從圖中可以看出,，主動狀態(tài)雷達啟動并控制著整個通信過程,。主動狀態(tài)的雷達向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送目標(biāo)

圖5 數(shù)據(jù)通信與處理流程

　　及雷達狀態(tài)數(shù)據(jù)，被動狀態(tài)雷達收到數(shù)據(jù)后,，經(jīng)過預(yù)處理向主動雷達發(fā)出應(yīng)答信號,。如果被動狀態(tài)的雷達收到的數(shù)據(jù)由于干擾等原因存在錯誤,，同時在應(yīng)答信號中要求主動雷達重新發(fā)送。當(dāng)通信錯誤過多時,，被動雷達將通過人機模塊報告錯誤,，請求操作手處理。通信中使用了自定義的通信協(xié)議保證高可靠的加密傳輸,。

　　5 試驗結(jié)論

　　我們使用三臺經(jīng)過雷達網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)改造雷達,，進行了雷達網(wǎng)絡(luò)測控實驗。從目前的實驗結(jié)果看,，經(jīng)過改造的雷達能夠較好地實現(xiàn)與其他雷達的通信與數(shù)據(jù)交換,，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的狀態(tài)切換。主動雷達跟蹤特定目標(biāo)時,，被動雷達能夠進行較為精確的聯(lián)合定位與跟蹤,，基本達到了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。

　　該課題創(chuàng)新地基于CAN總線構(gòu)建了雷達局域測控網(wǎng)絡(luò),，實現(xiàn)了雷達間目標(biāo),，狀態(tài)等相關(guān)信息的共享，及網(wǎng)絡(luò)中雷達的協(xié)同工作,，提高了雷達的效能,，填補了該方向上的空白。