基于雷达原理对雷达教学实验平台搭建问题研究

2022-05-16马启晟

中国军转民 2022年7期

■ 马启晟

引言

本文旨在根据雷达原理，搭建一种雷达教学实验平台系统（以下简称为“实验平台”）。该实验设备可以演示雷达的基本构成、信号产生方式、信号逐级传输处理过程，实现硬件级故障模拟，配合原理讲解课件，达到基础原理教学目的。贯彻执行通用化、模块化设计思想，结合软件仿真技术，实现教学系统的真实、全面及实用性。

1 雷达教学实验平台系统总体设计

1.1 雷达教学实验平台系统功能

雷达教学实验平台系统：通过硬件电路展示雷达工作原理，设置测试点，允许对雷达部分工作状态（例如：STC 开启/关闭、中频放大增益等）进行调整，可设置典型故障，实现硬件级故障模拟，并对故障排查过程进行考核；通过文字、图片、动画等方式，讲解雷达基本工作原理，与硬件结合，引导学员动手测量，观察信号逐级变化过程。

1.2 雷达教学实验平台系统组成

实验平台采用全相参，脉冲多普勒，捷变频的工作体制，原理如图1。

共分为显控分机、发射分机、接收分机、天线与微波分机、电源模块五部分，如图1 所示。

图1 实验教学系统雷达工作原理

（1）显控分机主要功能：实现雷达回波数据、角度、速度距离等雷达状态的显示，对实验平台实现操作控制功能。

（2）发射分机主要功能：产生信号并放大到足够大的功率，满足信号发射的功率要求。

图2 实验平台组成

（3）接收分机主要功能：对接收的信号进行下变频，滤波，放大；完成对中频信号的放大，滤波等功能；对各路通道信号进行检波处理，获取目标参数。

（4）天线与微波分机主要功能：控制天线转动，真实呈现雷达工作过程中，天线与伺服系统的工作模式。

（5）电源模块主要功能：提供各分机工作所需要的电源，通TTL 电平控制开关实现电源故障的模拟。

实验平台软件组成及各台之间数据传输，如图3、图4所示。

图3 实验平台软件组成

图4 分机数据传输图

图5 导控软件流程图

本论文的主要工作是设计并实现导控软件、接收分机控制软件、发射分机控制软件的编写，以下统称为控制软件。

2 控制软件的设计与实现

2.1 导控软件流程

（1）对网口进行初始化，开启网口数据监听线程、显示控制监听线程；

（2）操作人员通过人机交互界面进行操作，显示控制监听线程会监听到界面有人机交互操作，识别相应操作，进入数据解析及指令生成模块。

（3）显控分机、发射分机、接收分机通过网口向导控软件发送状态上报报文、故障提交报文，网络数据接收监听线程会监听到网口有数据传入，接收数据，进入数据解析及指令生产模块。

（4）数据解析及指令生成，判断数据来源并根据相关协议进行相应处理

2.2 发射分机、接收分机控制软件流程

（1）对串口、网口、TTL 进行初始化，开启串口数据接收监听线程、网口数据监听线程、显示控制监听线程；

（2）显控分机通过网口向发射/接收分机发送网络报文，网络数据接收监听线程会监听到网口有数据包传入，接收网口数据，进入数据解析及指令生成模块。

（3）实验台内各模块通过串口发送串口数据，串口数据接收监听线程会监听到串口有数据传入，接收串口数据，进入数据解析及指令生成模块。

（4）操作人员通过人机交互界面进行操作，显控监听线程会监听到界面有人机交互操作，识别相应操作，进入数据解析及指令生成模块。

（5）数据解析及指令生成，判断数据来源并进行相应处理。

2.3 控制软件相关配置

2.3.1 网口配置

采用UDP 协议，模拟系统网络各节点采用C 类IP 地址，其子网地址是192.168.2.0，子网掩码是255.255.255.0，各节点IP 地址、端口号如表1：

表1 网口配置

2.3.2 串口配置

本系统中，各模块与上位机的接口采用RS422 串口实现，各模块端口号如表2 所示。

表2 串口配置

2.3.3 TTL 配置

本系统采用PCI-1730U 实现TTL 控制，线性电源每路输出通过TTL 均可单独控制，实现每路电源故障模拟。发射实验台可模拟电源故障6 路，接收实验台可模拟电源故障3 路。

PCI-1730 能够提供隔离数字量输入通道和隔离数字量输出通道,隔离保护电压可达到2500VDC,所有输出通道都提供高电压保护。

3 实验平台测试

3.1 导控软件测试

导控系统是为教员配备的高级教学引导系统，可实现对雷达实验平台的控制，可实时监测各分机工作状态，可下发目标指示，可设置故障。本系统在考核过程中可实时监测学员的操作过程，为教员对学员的考核提供参考。导控软件启动后，界面如下图8 所示：

界面功能简介：

左侧实时状态栏：分别显示显控分机、发射分机、接收分机状态，绿色在线，灰色离线。

左侧目标信息装订：包含预定义雷达目标8 种，首先需要引导的指向器（显控分机）在线且处于“导控”状态，然后点击对应目标按钮，按钮背景变为绿色，再点击【开始引导】按钮，即可进入引导模式，退出引导模式则点击【结束引导】。

中间设置故障栏：1、选择故障点，在右侧会出现相应原理图；2、故障最多可同时设置三个，每次只下发一个故障，当收到排故正确上报信息后，间隔5 秒再下发下一条故障，直至全部排故结束；3、点击【取消故障】按钮，可取消所有故障，各分机恢复正常工作状态。

右侧故障考核栏：左侧表格记录老师下发的故障名称、学员排故操作后上报的故障名称及上报用时，此次排故上报错误则该条上报记录标红，正确则标为绿色。当学员排故正确时，排除的故障会在右侧表格记录故障名称、排故时间以及错误次数。当学员故障无法排除，可在对应工作台选择结束上报，此时故障错误次数显示【未排】，方便老师对学员的操作进行考核。点击【清除列表】按钮可清除表格中记录内容；点击【记录存储】按钮会将考核记录保存成为数据文件存储至桌面考核记录文件夹。