某雷达远程监控系统的研究与实现

张敏芳 刘 峰 阎 俊 赖 飞 张花妮

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

目前，远程监控系统广泛应用于各个日常生活领域，例如铁路系统、银行系统、电力系统、医疗系统等，现在也逐步进入到各国防军事领域。而在生产任务异常繁重的形势下，某型号雷达作为我国“×××工程”重点项目，集团自上而下都予以了高度的重视。在该型号雷达使用和维护过程中，我们创造性地提出了远程监控系统的应用。远程监控系统通过软件系统和硬件系统的结合，利用发展成熟的网络技术去获得处于远距离雷达上的工作状态，及时了解雷达可能出现的各种问题。

雷达的远程监控系统需要完成远程维护、远程故障报警、远程开关机等功能， 前提是雷达内部分系统能够将自己的各个工作状态进行准确的定位，是处于正常状态还是故障状态，并将该状态上报给雷达的监控中心。这一部分雷达分系统数据采集工作在文献[1-2]中都有所提及，通过设计简单、灵活且可扩展的通信协议来实现对雷达各个参数的监视。

1 监控系统的架构

根据对雷达远程监控系统的需要实现的功能进行分析，该系统由数据采集器、以太网采集模块以及上位工控机组成。系统设计的整体框架如图1所示。

图1 系统整体框架图

图1中的各个数据采集器分别对雷达各个分系统的数据参数进行采集、处理并发送，以太网选择合适的协议将所有数据信息传递给上位工控机，上位工控机将该通信数据进行存储分析，并对收到的数据进行参数设置门限值，超过门限值后报警，提示操作者进行查询、维护、处理。

2 系统的硬件设计和实现

整个雷达监测系统的设计根据功能可以分为三层：

1)感知层：由各个数据采集器构成，实现对雷达系统各个分系统参数的收集，将获得的信息传送给网关设备，并将从网关设备处获得的控制信息转发至终端的传感器。

2)传输层：由网关和以太网组成，主要负责将从感知层传递过来的数据可靠安全的发送至用户处理中心。

3)应用层：主要指上位工控机，它负责将收到的数据进行存储分析， 并设置各参数门限值，超过门限值后报警，提示操作者进行查询、维护、处理。

2.1 感知层

这里的数据采集器系统是利用LABVIEW将各分系统的仪器仪表汇编为一个小系统，将各分系统的参数进行显示提取、显示[3]。

2.2 传输层

传输层连接感知层和应用层，是整个系统很关键的一个部分，负责将目前的各种通信网(例如互联网、移动通信网等等)与感知层的数据采集器相融合。Modbus协议是一种通用型的通信协议，已经广泛应用于如今的工业控制领域。通过该协议，控制器可以经过以太网与其他设备之间进行通信，它可以支持多种接口，如RS232、RS485等，还可以通过双绞线、光纤、无线等各种介质上进行传输。TCP/IP协议能为不同的硬件体系结构和不同的操作系统组成的计算机网络提供通信能力，在网络层使用IP协议，在传输层使用TCP协议，具有广泛的通用性。Modbus TCP协议结合了这两种协议的优点，能够实现大数据量、高实时性的传输特性[4]。

2.3 应用层

上位工控机是整个远程监控系统的中心，负责整个系统的操作、处理和记录。根据它的功能要求，设计主界面为操作者提供远程雷达的工作状态以及各项指标参数，用来判断该雷达系统是否正常运行。

该工控机显示软件在初始化的过程中，要先读取传输层发送过来的数据信息。如图2所示，该软件由以下部分组成。

图2 工控机软件组成框图

1)网络接口：能够完成网络报文的收发功能。

2)网络报文处理：将网络接口收到的网络报文进行数据解析，将解析后的数据存储到数据管理模块。

3)数据管理模块：存储雷达各个分系统的状态信息、各种参数信息等。

4)数据库接口模块：将数据管理模块的中的重要信息进行提取，存储到数据库。

5)监控显示主窗口：是整个软件的人机交互界面，负责创建并管理所有的监控界面。

6)各分系统的监控界面：从数据管理模块中读取雷达的状态信息、各种参数等进行各分系统状态的显示。

3 系统的软件设计和实现

该系统使用C++编译，用面向对象的软件设计方法，将整个监控系统进行分解，将各个功能模块化，划分为几个软件模块，如图3所示。

图3 软件模块划分图

3.1 用户管理模块

该模块主要负责完成用户的管理功能。具体实现如图4：

图4 管理功能图

3.2 消息解析模块

该模块是为用户界面模块服务的，可以为其产生的数据进行打包并发送，也可以对其所需的数据进行解析并分发处理。具体实现如图5：

图5 消息解析模块

3.3 数据包传送模块

该模块主要负责对消息解析模块处理生成的数据包进行传送。具体实现如图6：

图6 传送模块

3.4 雷达监视模块

该模块主要负责从雷达系统中获得各种状态参数等，并将这些数据传送至用户界面模块。具体实现如图7：

图7 雷达监视模块

3.5 雷达控制模块

该模块主要负责将用户界面产生的控制指令发送至雷达各硬件设备中。具体实现如图8：

图8 控制模块

3.6 网络数据传输模块

该模块主要负责将数据进行封装，以便数据传输时的随时调用。具体实现如图9：

图9 传输模块

3.7 文件读取模块

该模块主要负责文件的创建、读写等操作。具体实现如图10：

图10 读取模块

4 结束语

随着雷达系统性能的提升、功能的完善，其控制参数也越来越多，系统复杂性也随之提高，带来的后果就是可靠性下降。这就对现有的雷达提出了进一步的要求：及时了解雷达各个分系统的工作状态，并对其中存在的故障进行定位、解决，提高雷达的可用度、可靠性，也是用户的要求。本文提出的远程监控系统通过硬件和软件的相互融合，可以及时了解远距离外的雷达状况，对雷达各分系统进行实时监控，并在有故障发生时，能快速对故障进行定位，随着数据库的不断完善，更是可以快速对故障进行排除。下一步的工作是对该远程监控系统进行完善，以期达到无人或者少人值守的雷达监控系统，在有突发情况时，可以做出准确的自动应急和报警等智能措施[5]。