基于CAN总线的雷达网络测控系统设计-工业控制

2.2系统原理

　　同其他网络测控系统一样，雷达网络测控系统的主要工作基础是对于相关数据的采集与共享。在这个网络中，依据实际的工作环境与实际情况的需要，每个雷达既可以作为一个独立单元工作，也可以作为网络的节点工作。当雷达成为网络的一个节点工作时，其可以依据网络中共享的数据，与网内的其他雷达共同协同跟踪工作。

　　在一般情况下，网络中的雷达作为独立的节点进行工作，此时网络中的每个雷达是对等的。当出现特殊目标或其他需要多雷达对同一目标进行协同跟踪的情况下，雷达的操作手可以通过雷达网络测控系统向网络发出进入网络工作状态的指令。网内其他雷达收到指令后，操作手可以依据该雷达的具体情况选择继续独立工作或进入网络协同工作。进入网络的雷达之间为主从关系，发出指令与数据的雷达为主雷达，接收共享数据的雷达为从雷达。处于网络状态工作的雷达，也可以随时退出网络工作。

3系统硬件结构

　　由以上对系统原理的分析可以看出，该系统的设计关键技术主要包括：雷达及目标信息的获取与共享，目标数据的计算、校正及基于校正数据的目标跟踪。系统的硬件设计亦基于此进行。

　　图3给出了系统的硬件设计框图。从框图可以看出，该系统主要由单片机模块，雷达接口模块，通信与控制模块，轴角转换模块及人机交互接口组成。

　　系统单片机模块采用Winbond公司的高性能51兼容内核单片机W77E58实现系统控制。该单片机具有两个相互独立的串口，便于与外设通信，同时芯片支持高达40M的时钟且具有倍频模式，能够满足目标信息与控制信息的解算要求。

　　雷达接口模块通过信号转接电路从雷达中截取相关信号送至接口信号处理电路。其中，雷达的数字信号主要通过CPLD处理。我们使用了Altra公司的CPLD芯片EPM7128。其第一个作用是作为信号多路复用器与接口缓冲器。当控制系统状态转换时，其依据雷达的状态，切换形成不同的数据总线开关状态，同时将来自雷达及单片机的数据锁存或缓冲，使雷达与单片机能交换正确的数据。其第二个功能是产生接口逻辑与控制系统的控制逻辑。利用来自雷达的时钟信号、各种时序信号与状态信号，产生接口控制信号，控制接口的数据交换与状态转换，同时依据单片机发来的地址与控制信号，合成控制系统的各种控制逻辑。

　　通信与控制模块是处理后的信息与本雷达及其他雷达交互的接口。控制系统的状态及目标数据等信息由单片机串口输出后，通过MAX232变换送至人机交换模块显示，来自人机接口的控制信息同样通过该接口下行至单片机。控制系统与CAN总线的互连同样经过RS-232接口，并由CAN通信模块完成RS-232协议与CAN协议的转换，从而实现与远端雷达的长距离、实时通信。经过控制系统解算的目标距离信息通过CPLD被雷达获取，目标的角度信息则通过控制模块完成D/A变换，电压隔离与平滑等处理，送至雷达的天控系统，直接推动雷达完成对目标的跟踪。

雷达天线轴角转换使用了两个双精度轴角转换模块，分别完成对雷达天线方位角、高地角的数据提取。当雷达天线受控制系统控制时，该模块构成雷达控制闭环的反馈支路。

　　人机交互模块是操作手与控制系统交互的接口，来自控制系统的数据及状态信息通过交互模块显示，操作手通过交互接口完成对控制系统的装定与操作，当状态转换或出现通信、操作错误时，人机接口将发出提示或报警。

4系统软件设计

　　系统的软件设计主要针对系统状态设计、系统转换流程及数据通信与处理流程三个部分进行。

4.1系统状态设计

　　状态设计主要是针对控制系统工作的各状态，对系统硬件进行相应的操作。该系统主要设置了3个主要状态：单机工作状态，主动工作状态，被动工作状态。

　　在网络尚未组织时，各雷达工作于单机工作状态，网内雷达各自独立工作，相互关系对等。当网络建立后，网内的雷达将具有不同的优先级。其中，提供目标与雷达信息的雷达具有最高的优先级，工作于主动工作状态，网内的其他雷达则工作于被动工作状态。主动状态下的雷达负责组织整个雷达网络，由它向网络发送目标的各种参数及雷达状态信息，被动雷达从网络获取目标及雷达信息，并据此控制雷达工作，直至主动状态雷达撤除网络或操作手强制退出。这种主从工作方式保证了网络的高可靠工作。

4.2系统状态转换流程设计

　　转换流程设计则主要指系统依据目标的特征、性质，操作手的命令和网内其他雷达发来的指令，自动或被动地在各个状态间进行转换的流程设计。图4显示了系统软件状态转换流程。从图中可以看出，单机工作状态是系统的缺省状态，当网络组织后，雷达将进入主动状态或被动状态工作。主动状态或被动状态是动态的，依据目标的不同特性，网络发来的指令及操作手的指令，雷达能够在主动状态与被动状态间进行相互转换，并保证网络中始终保证由一台主动雷达组织。