反辐射导弹抗诱骗性测试系统UI设计

谢少毅，张晓发，袁乃昌，薛备

（国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073）

抗诱骗性是反辐射导弹的一个重要指标，而反辐射导弹抗诱骗性的测量也是导弹测试系统的一个重要项目。本文在传统的反辐射导弹抗诱骗性测试系统中，结合当前流行的触摸屏技术，将嵌入式系统引入到反辐射导弹测试系统当中，为系统的使用带来全新体验。同时，为将触摸屏技术完美的与测试系统结合，又需要对雷达模拟信号源进行数字化改造。在以上的背景下，本文设计了一款基于ARM+FPGA平台的反辐射导弹抗诱骗性测试系统界面，并做出实际电路，经使用，测试系统运行正常，各项参数达到要求，人机界面操作方便，简单可靠，反应迅速。

1 设计过程

1.1 整机构成

整个测试系统包括雷达模拟信号源，被测导弹，天线3部分组成。雷达模拟信号源由以下3部分组成：人机交互界面，数字控制及数字视频信号产生和模拟电路部分。人机交互界面在广州友善之臂计算机科技有限公司生产的mini2440嵌入式开发平台[1]上开发完成；数字控制信号及视频信号由Spartan Xc3s400产生；模拟电路部分包括数字可调锁相环，混频器，数字衰减器等部分构成。

本次开发的GUI程序及数字平台是测试系统中的雷达模拟信号源部分中的前两部分。根据实际的反辐射导弹抗诱骗性测试的要求，本文实现了具有图形接口界面的测试控制平台，具有界面美观，交互性强等特点。

1.2 硬件平台

硬件平台分两部分，一部分是以ARM为主的mini2440开发板，用于实现触摸屏人机界面；一部分是以FPGA为主的数字控制及视频信号产生功能模块。ARM开发板采用Samsung公司的S3C2440A[2]微处理器，S3C2440A是基于ARM9的32位RISC型CPU，主频采用400 MHz，安装Wince6.0操作系统及测试系统界面软件，LCD采用分辨率为800x480的7”触摸屏，开发板上还有其它常用外围设备；XC3s400[3]是Xilinx公司的Spartan3系列的现场可编程门阵列，拥有40万门电路构成，其中有8 064个逻辑单元。FPGA功能模块上的串口RS232电平转换芯片采用的是Sipex公司的SP3223[4]，该芯片可以工作在+3.0～+5.5 V的电压范围，外围器件仅需四个0.1 μF的电容即可正常工作，方便快捷，稳定可靠。硬件逻辑结构如图1所示。

图1 硬件逻辑结构Fig.1Hardware logic structure

1.3 软件结构

软件平台采用Wince 6.0操作系统，图形界面采用MFC智能设备应用程序[5]，并安装mini2440开发板带有的wince6.0的sdk，在Visual studio 2008环境下进行交叉编译开发，最后通过Windows Mobile 6.1进行在线程序调试。

由于本文中ARM系统采用的是友善之臂提供的mini2440开发板因此开发过程大大得到简化，开发步骤主要包括：FPGA模块电路板设计与制作，FPGA设计开发；配置VS2008开发环境，GUI应用程序设计；ARM板与FPGA板联调。

2 测试系统GUI设计与实现

根据反辐射导弹抗诱骗性测试系统的功能要求，GUI应包含一下几个可选项：1）雷达信号载波频率；2）雷达信号，诱饵信号1，诱饵信号2脉冲宽度；3）雷达信号诱饵信号功率比；4）重频PRF；5）雷达信号诱饵信号相位关系；6）雷达诱饵信号通道开关；7）是否相参，是否闪烁；8）小键盘，方便用户输入参数。

MFC提供了丰富的窗口控件，这里主要用到了对话框，Button按钮控件，Check Box单选框控件，Image图像控件，Static Text静态文本控件，Edit Control等等。在VS2008中交叉编译通过后，通过windows Mobile6.1连接开发板，进行在线的调试，调试成功后就可以直接拷到mini2440的flash上。运行结果如图2所示。

图2 图形化界面Fig.2GUI interface

当用户触碰需要点击的文本框时，就会弹出一个方便用户输入的小键盘界面。

用户将参数输完后，点击设置键，此时mini2440通过串口将信息发送给FPGA。为同步数据，将每个数据包的开头加入起始位，用来进行同步。数据包如图3所示。

3 FPGA模块设计

此部分是整个系统的中枢，用于将用户命令转换为控制信号来控制各个器件的工作状态，其中被控器件包括数字锁相环，数字衰减器，FPGA[6]同时产生视频信号。

FPGA内部主要包含有3个模块，内部结构框图如图4所示。

图3 数据包格式Fig.3Data package format

图4 FPGA设计框图Fig.4Architecture of FPGA design

在串口模块中，主要分为3大部分，串口底层模块，包头检测，数据存储。其中串口底层模块设计框图[7]如图5所示。

图5 串口模块框图Fig.5Block diagram of UART module

外围器件SP3223将RS232电平转换为CMOS电平并通过Rx传给FPGA。当使能有效时，UART模块首先检测起始位，如果有效，则屏蔽信号监测器，由UART内核按波特率时钟对八位数据位进行同步接收，并判断最后一位终止位是否为‘1’，如果满足要求，则将此帧数据放到数据总线上，并给状态信号上置10个时钟周期的高电平。读完九个数据后，重新使能信号监测器等待下帧数据。本系统中波特率设为19 200，全局时钟为50 MHz，分频器分频系数用以下公式计算divide=freq/baudrate≈2 604。

当串口模块处理完一包数据之后，将数据包以数组的形式传给操作模块，并使能操作模块。操作模块进行数据包解码，将数据包拆包，将数据分别传给视频信号产生器和相应IO端口。

由于三路视频信号之间存在相位关系，因此以第一路雷达信号为基准，设定一个较大的统一延时量，在此基础上进行加减，即为各路视频信号的相位信息。这种方法简单高效。

4 系统测试结果

反辐射导弹抗诱骗信号模拟器整机实物图及触摸屏控制面板如图6所示。

图6 模拟信号源机箱面板Fig.6Front panel of simulating signal generator

对于不同的参数设置，三路信号典型输出波形的测试结果如图7所示，其中从上到下的通道依次为雷达，诱饵1，诱饵2三个通道。

图7 典型输出信号波形Fig.7Typical output waveform

在实际使用当中，本GUI运行正常，操作界面简单易懂，实际操作中，反应速度迅速，没有迟滞感，在点击输入框时出现的小键盘，按键面积大，对输入数据有很大帮助，使用过程中，也没有出现误操作。图7是在不同脉宽，不同相位，不同功率的情况下信号源所产生的结果，由数字示波器采样得到的，测试结果与设置符合一致，达到了设计要求。

5 结论

本文是在原有的反辐射导弹抗诱骗测试系统上，引入触摸屏技术，按照测试系统实际应用要求设计操作界面，简洁高效，操作方式新颖；在雷达模拟源部分采用数字化本振源，用FPGA作为源的控制器及视频信号的产生器，使得界面与系统有机结合，同时系统设计也更加灵活，可靠。最后通过调试安装，系统成功应用于反辐射导弹的测试系统中，为反辐射导弹性能的测试提供了便利。

[1]友善之臂计算科技有限公司.Mini2440用户手册[EB/OL].2010.[2010-10-10].http://www.arm9.net/.

[2]Samsung Electronics Co.Ltd.User’s manual S3C2440x[EB/OL].2004.[2010-10-10].http://www.embedinfo.com/english/download/s3c2440.pdf.

[3]Sipex.SP3223/3243 Datasheet[EB/OL].2003.[2010-10-10].http://www.datasheet5.comproduct_SP3232_9c63cc061043624a.html

[4]Xilinx.Spartan-3 FPGA Family:Complete Data Sheet[EB/OL].2004.[2010-10-10].http://www.xilinx.com/support.

[5]Horton I，Visual C++2005入门经典[M].李颂华，康会光译.北京：清华大学出版社，2007:609-804.

[6]吴子豪，王乔，梁莉.基于双NIOSⅡ核FPGA励磁控制系统的研究与设计[J].陕西电力，2008,36（12）：52-55.WU Zi-hao，WANG Qiao，LIANG Li.Research and design on excitation control system based on FPGA of double NIOSⅡCPU[J].Shaanxi Electric Power，2008，36（12）：52-55.

[7]张洪润，张亚凡，等.FPGA/CPLD应用设计200例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009:382-390.