相控阵天线主控系统中实时数据交互

万富力，杨嘉妮，谢 镕

（1.国网湖南省电力有限公司输电检修分公司，湖南 衡阳 421200；2.智能带电作业技术及装备（机器人）湖南省重点实验室，湖南 长沙 410000；3.带电巡检与智能作业技术国网公司实验室，湖南 长沙 410000）

0 引 言

机载有源相控阵天线的深入研究中值得注意的一个问题就是在雷达休止期间对于各单元的检查，以此为依据对在线的幅相分布开展实时的细节调整，确保天线的动态工作所做的特性能够维持稳定。为了实现空中预警的目，雷达使用了大功率脉冲工作的方式，以往较为常规的测量设备难以完成该任务，这就要求必须寻找新型的测试设备，并且进行调试。

1 分布式无线波束自动控制管理系统

1.1 波束自动控制系统结构

相控阵天线阵列波束控制的处理系统主要由分布式天线拓扑系统所构架，各个主控阵的系统主要对工作进行当中的实时性天线调度以及远程方式权限控制进行负责和支配，其中主要还包括实时的接收天线所发出的各种信号。将其发送到各个控制阵子控制系统当中，方便天线顺利完成对于处理命令的工作，实现对各个主控天线系统阵列的控制，获得实时数据。两级分布分管主控天线控制矩阵子系统分别位于各个主控天线系统控制子阵上，并分别负责实时控制各个单元主控天线波束相位的工作所提供的参数是否符合要求。各个分部主控制阵所使用的天线波束相位控制系统的逻辑计算方式与天线波束控制相位处理的计算逻辑都极为相似，所设计中的天线工作量是不会随各个主控天线系统阵列具体表面的天线面积不断增加而上升[1]。

系统根据数据通信传输介质的不同可以分为以太网和在微控制器上的局域网络以及总线。以太网所具有的数据通信技术具有高效性、开放性和准确性的优势，用于系统指控控制系统与各个主控制和子系统。控制管理系统通过数据协调来完成通信任务，最终达到系统底层所接收的有关数据控制的信息能够精准地完成传输工作。上一级的现场控制数据信息和下级的实时控制具有密切联系，唯有上下级的信息做到实时精准的传输才能够确保系统的顺利运行。

1.2 主控系统软硬件体系结构

多任务实时调度系统采用了VXWORKS，通过对于优先级的设立方式来达到抢占片段式调度的快速高效切换，与此同时关于优先级的子任务间的功能分组和时间片段的调度切换更加稳定，4大类子任务之间的功能能实时地完成切换功能，使得最终实时工作所具有的效果得以充分展现出来，如此一来可以及时发现将由于出现单一的任务延迟调度导致的系统故障发生，进一步确保整体系统在运行过程当中的快速和稳定[2]。

2 相控阵卫星通信天线的特点

天线是卫星通信航天系统的重要结构部分，是连接通信站点和射频卫星信号的数据输入和信号输出主要通道，天线通信系统整体性能的品质优劣直接影响整个通信卫星系统的整体性能。

相控阵列的卫星通信辐射天线系统就是一种通过测量控制阵列反馈电压和相位改变方向来绘制天线形状的通信天线。相控阵卫星通信专用天线通过改变控制天线相位，以准确达到相位波束指向相位扫描的主要技术目的。在特殊天线应用情况下，也就是通过相对天线的指向电压高于水平、最小极大的数值时的指向位置和整个一条线的方向线在线中图的具体指向形状。用机械式的控制方法进行高速旋转这条控制天线时，惯性大、速度慢，相控阵专用卫星通信天线正好有效克服了这一天线技术上的缺点。它的指向馈电系统参数及其相位一般通过采用小型的微电子天线相位控制计算机技术进行自动控制，相位波束指向扫描变化速度快（毫秒的一个数量级），这也是目前卫星专用天线最大的特点[3]。

3 多节点区域网络无线通信

3.1 多节点区域网络无线通信基本模式

VXWORKS实时网络具有数目较多的实时无线通信处理功能，基于UDP协议的通信建立过程如下文所述。

创建一个接口函数SOCKET。接口函数可以利用一个名为SOCKET的类接口函数使它可以自动建设出与UDP类的接口套接字，使其返回出新型的套接字接口，并且通过文本进行描述，该接口文本类型描述符作为接口函数的唯一接口文本描述标识SOCKET，供其他函数使用接口SOCKET的函数类型接口函数和其他使用标准化的I/O的类接口函数运行。

本机配置函数SOCKET。本机调用BIND这个函数将本地主机的IP地址、端口号等相关信息直接捆绑到本机创建的套接字上。对于网络系统当中所存在的各个节点，同样也创始出与其相对应的本机套接字并对其施加绑定。

实现终端数据信息自动接收与传输。终端系统具有自主对SENDTO与RECVFORM函数调用的功能，该函数分别实现了向终端发送报文的自动数据信息传输，正确地实现与不同端口的终端自动报文数据信息传输。

关闭SOCKET。当所有的数据传输操作结束后，应同时调用指令CLOSE函数释放套接字。

3.2 基于缓冲队列的SOCKET 通信软件架构

VXWORKS系统在使用者进行通信功能时，需要首先完成对于多任务的信息处理控制系统的命令执行，才能够进一步完成对于通信功能的使用。实现循环连续中断运行的自动中断任务，主要功能包括个人的信息处理文件循环接收连续处理发送任务、信息处理文件连续解释间接处理发送任务、信息处理文件连续执行间接处理发送任务和其他单个信息处理文件直接发送等任务。在特定用户应用实际情况下才会有可能实现循环连续运行的自动中断任务。为了有效保证重要缓冲信息的不定时中断丢失，使用一个位于缓冲区的信息储存，随后再进行有关信息队列的依次读取并且执行相关命令。两个缓冲执行队列的端口同时运行，一个用于接收信息，另一个用于发送信息。结合任务的实际情况来设定其发送时间以及执行时间，或是将接收到的信息直接向外界进行传送，为直接收发或与执行缓冲任务两种任务的同时进行提供便利。若需要对所发信息开展特殊的信息处理操作，通过一个新的SOCKET缓冲发送队列端口将其执行发送信息返回[4]。

为每个任务发送接收前和发送信息缓冲后的任务队列和其他任务接收发送前和接收信息缓冲后的任务队列创建与其相对应的计数型信号量，信息缓冲队列中由接收后的其他任务自动进行调用每个信息数量SEMGIVE将其进行减或者加1，信号量的计算型数值及其大小分别代表了发送缓冲后的队列中在信息系统中的每个任务信息数量解释任务数量，只有仅仅是当某个信息数量解释任务数量的统计值最小大于0时，SEMTAKE才可能有一个机会自动进行返回，使用了这个信息解释数量进行解释后的其他任务则其工作也很有可能被自动停止不再执行。

为了使控制软件在工作中做到顺畅以及高效，关于硬件定时器和中断缓冲服务器任务相应的顺序进行优化和更新，将所接收到的任务信息进行统计以及分析，以任务的紧急程度进行分级，对于紧急的任务优先发出指令，将缓冲任务设定定时并且放置队伍的尾列。此种工作方式能够在VXWORKS运行实时调度以及优先响应的多任务状态中更加的合理化和高效化，充分满足了系统对紧急任务进行优先级和响应的强烈需求[5]。

3.3 应用层通信协议

为了使得VXWORKS系统与其他的操作系统之间的通信网络底层通信协议的整体进程更加规范，关于实际应用的底层通信协议的规范必须提上章程，规定特定命令位置上每个字符的基本含义，以便于保证系统下传到的命令和用户上传到的信息之间能够及时得到正确性的接收以及合理分析。有关发送方的逻辑地址中的符号字段高达16位，用于确定各个不同的发送方的逻辑接收地址各不相同，此种发送方式与实际用户中所使用的IP地址有所不同，同样的，接收方的逻辑地址符号字段与发送方相同也具有16位，用于确立每个接收方都有唯一的逻辑接收地址。

4 结 论

为了使得相控阵天线能够具有快速性以及精确性的两者相互转换的功能，本文主要针对于分布式天线拓扑系统构造的嵌入式进行深入研究，并对于实际操作展开了分析，根据实际情况科学合理地设置了两级分布式天线波实时控制系统的应对系统，设计了一种基于系统缓冲程序队列的多节点网络通信处理方法，并根据所需的功能设计并严格制定出了符合底层通信的协议。此种通信处理方式，使得系统的程序队列得到了友善的缓冲，具备了稳定的特点，可以在面对紧急任务时，高效完成紧急任务的处理，对不重要的因素进行延后的命令，系统性规避了由于简单任务之间的通信延迟所导致的主系统出现安全故障的问题发生的几率，基于VXWORKS系统与其他的中性之间构建起了高效并且科学合理的多节点通信网络进行通信。