基于Power PC与FPGA的雷达天线远程操控系统设计实现

2014-07-05陈炜浩王金宁陈雪峰

江苏科技信息 2014年14期

关键词：手轮脉冲数波形

陈炜浩，王金宁，陈雪峰

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京 210007）

1 应用背景

某雷达将需要的雷达信号通过网络送至远程显控台，并在远程显控台对雷达进行远程操控，如图1所示。

图1 雷达远程操控系统示意图

在雷达实际使用过程中，雷达操作员经常会在雷达“手控”模式下，使用手轮操控雷达天线来回反复扫描某个目标，观察目标回波的波形，对目标属性进行判断，如果手轮转动与雷达天线转动有较大延迟，会造成操作员手眼不协调，影响目标属性的判断。

2 延迟的产生

在远程操控系统中，雷达操控台位定时输出在该时间段内手轮转动的脉冲数，雷达接口设备接收到脉冲数后还原为手轮脉冲信号控制雷达天线。

从手轮转动到天线转动的延迟主要由以下几方面产生，如图2所示。

图2 信号延迟示意图

DELAY1为远程显控台从摇动手轮到输出网络报文的延迟，在实际的工作中DELAY1约为50ms；DELAY2为网络传输延迟，一般要求DELAY2小于2ms；DELAY3为雷达接口设备从接收网络报文到输出手轮信号的延迟；

DELAY4为雷达设计时从收到手轮信号到天线转动固定的机械延迟（DELAY4约100～200ms，操作员已经适应了该延迟）；

本文主要针对DELAY3，设计雷达接口设备，在收到遥控终端送来的网络数据后，以很小的DELAY4延迟生成天线所需的信号。

3 方案设计

雷达天线的操控信号为AB相信号，如图3所示。A相位超前为正转，B相位超前为反转。雷达接口设备需要将网络数据转换为AB相信号，以实现雷达天线系统的远程操作控制。

图3 手轮输出波形

为实现较小的延迟，选择具有较强通信能力的PowerPC作处理器，系统采用嵌入式Linux操作系统，结合FPGA进行设计。PowerPC模块主要接收网络送来的脉冲数，解析后通过LocalBus写入到FPGA的寄存器中，FPGA接收到脉冲数后进行处理输出AB相信号，如图4所示。

图4 雷达接口设备信号流程图

4PowerPC系统设计

4.1 硬件设计

PowerPC处理器选用Freescale公司的MPC8377E[1]，该处理器集成e300c4处理器核，片内具有32Kbytes的指令cache和32Kbytes的数据cache，工作主频可达800Mhz。MPC8377E可以支持2GB DDR2内存。MPC8377E的本地LocalBus总线扩展一片NOR FLASH作为系统的存储空间。其作用是用来存储bootloader、操作系统内核、文件系统。通过88E1111网络芯片接入千兆光以太网（见图5）。

图5 PowerPC硬件系统架构

4.2 软件设计

PowerPC处理器运行远程操控控制程序和LocalBus总线驱动程序，远程操控控制程序通过网路接收雷达天线远程操控命令，对命令进行解析翻译，根据命令类型将操控命令通过LocalBus总线驱动程序向FPGA的相应寄存器写入控制命令。

LocalBus总线驱动程序实现主从设备号申请、设备注册、FPGA地址功能映射、设备硬件控制等功能[2]。Linux内核通过一个file_operations结构体组织对设备操作的具体实现函数，该驱动在设备注册时实现FPGA地址功能映射，通过file_operations结构体中fpga_write函数实现用户层内核层数据交互和FPGA数据写入[3]。

LocalBus配置为通用片选机制（GPCM），向FPGA写入手轮值，LocalBus写时序如图6所示。其中参数tWC，tAWCS，tCSWP，tAWE，tWEN可以由软件进行灵活配置，时序简单，易于FPGA设计实现。