反輻射導彈抗誘騙性測試系統UI設計

謝少毅，張曉發，袁乃昌，薛備

（國防科技大學電子科學與工程學院，湖南長沙410073）

抗誘騙性是反輻射導彈的一個重要指標，而反輻射導彈抗誘騙性的測量也是導彈測試系統的一個重要項目。本文在傳統的反輻射導彈抗誘騙性測試系統中，結合當前流行的觸摸屏技術，將嵌入式系統引入到反輻射導彈測試系統當中，為系統的使用帶來全新體驗。同時，為將觸摸屏技術完美的與測試系統結合，又需要對雷達模擬信號源進行數字化改造。在以上的背景下，本文設計了一款基于ARM+FPGA平臺的反輻射導彈抗誘騙性測試系統界面，并做出實際電路，經使用，測試系統運行正常，各項參數達到要求，人機界面操作方便，簡單可靠，反應迅速。

1 設計過程

1.1 整機構成

整個測試系統包括雷達模擬信號源，被測導彈，天線3部分組成。雷達模擬信號源由以下3部分組成：人機交互界面，數字控制及數字視頻信號產生和模擬電路部分。人機交互界面在廣州友善之臂計算機科技有限公司生產的mini2440嵌入式開發平臺[1]上開發完成；數字控制信號及視頻信號由Spartan Xc3s400產生；模擬電路部分包括數字可調鎖相環，混頻器，數字衰減器等部分構成。

本次開發的GUI程序及數字平臺是測試系統中的雷達模擬信號源部分中的前兩部分。根據實際的反輻射導彈抗誘騙性測試的要求，本文實現了具有圖形接口界面的測試控制平臺，具有界面美觀，交互性強等特點。

1.2 硬件平臺

硬件平臺分兩部分，一部分是以ARM為主的mini2440開發板，用于實現觸摸屏人機界面；一部分是以FPGA為主的數字控制及視頻信號產生功能模塊。ARM開發板采用Samsung公司的S3C2440A[2]微處理器，S3C2440A是基于ARM9的32位RISC型CPU，主頻采用400 MHz，安裝Wince6.0操作系統及測試系統界面軟件，LCD采用分辨率為800x480的7”觸摸屏，開發板上還有其它常用外圍設備；XC3s400[3]是Xilinx公司的Spartan3系列的現場可編程門陣列，擁有40萬門電路構成，其中有8 064個邏輯單元。FPGA功能模塊上的串口RS232電平轉換芯片采用的是Sipex公司的SP3223[4]，該芯片可以工作在+3.0～+5.5 V的電壓范圍，外圍器件僅需四個0.1 μF的電容即可正常工作，方便快捷，穩定可靠。硬件邏輯結構如圖1所示。

圖1 硬件邏輯結構Fig.1Hardware logic structure

1.3 軟件結構

軟件平臺采用Wince 6.0操作系統，圖形界面采用MFC智能設備應用程序[5]，并安裝mini2440開發板帶有的wince6.0的sdk，在Visual studio 2008環境下進行交叉編譯開發，最后通過Windows Mobile 6.1進行在線程序調試。

由于本文中ARM系統采用的是友善之臂提供的mini2440開發板因此開發過程大大得到簡化，開發步驟主要包括：FPGA模塊電路板設計與制作，FPGA設計開發；配置VS2008開發環境，GUI應用程序設計；ARM板與FPGA板聯調。

2 測試系統GUI設計與實現

根據反輻射導彈抗誘騙性測試系統的功能要求，GUI應包含一下幾個可選項：1）雷達信號載波頻率；2）雷達信號，誘餌信號1，誘餌信號2脈沖寬度；3）雷達信號誘餌信號功率比；4）重頻PRF；5）雷達信號誘餌信號相位關系；6）雷達誘餌信號通道開關；7）是否相參，是否閃爍；8）小鍵盤，方便用戶輸入參數。

MFC提供了豐富的窗口控件，這里主要用到了對話框，Button按鈕控件，Check Box單選框控件，Image圖像控件，Static Text靜態文本控件，Edit Control等等。在VS2008中交叉編譯通過后，通過windows Mobile6.1連接開發板，進行在線的調試，調試成功后就可以直接拷到mini2440的flash上。運行結果如圖2所示。

圖2 圖形化界面Fig.2GUI interface

當用戶觸碰需要點擊的文本框時，就會彈出一個方便用戶輸入的小鍵盤界面。

用戶將參數輸完后，點擊設置鍵，此時mini2440通過串口將信息發送給FPGA。為同步數據，將每個數據包的開頭加入起始位，用來進行同步。數據包如圖3所示。

3 FPGA模塊設計

此部分是整個系統的中樞，用于將用戶命令轉換為控制信號來控制各個器件的工作狀態，其中被控器件包括數字鎖相環，數字衰減器，FPGA[6]同時產生視頻信號。

FPGA內部主要包含有3個模塊，內部結構框圖如圖4所示。

圖3 數據包格式Fig.3Data package format

圖4 FPGA設計框圖Fig.4Architecture of FPGA design

在串口模塊中，主要分為3大部分，串口底層模塊，包頭檢測，數據存儲。其中串口底層模塊設計框圖[7]如圖5所示。

圖5 串口模塊框圖Fig.5Block diagram of UART module

外圍器件SP3223將RS232電平轉換為CMOS電平并通過Rx傳給FPGA。當使能有效時，UART模塊首先檢測起始位，如果有效，則屏蔽信號監測器，由UART內核按波特率時鐘對八位數據位進行同步接收，并判斷最后一位終止位是否為‘1’，如果滿足要求，則將此幀數據放到數據總線上，并給狀態信號上置10個時鐘周期的高電平。讀完九個數據后，重新使能信號監測器等待下幀數據。本系統中波特率設為19 200，全局時鐘為50 MHz，分頻器分頻系數用以下公式計算divide=freq/baudrate≈2 604。

當串口模塊處理完一包數據之后，將數據包以數組的形式傳給操作模塊，并使能操作模塊。操作模塊進行數據包解碼，將數據包拆包，將數據分別傳給視頻信號產生器和相應IO端口。

由于三路視頻信號之間存在相位關系，因此以第一路雷達信號為基準，設定一個較大的統一延時量，在此基礎上進行加減，即為各路視頻信號的相位信息。這種方法簡單高效。

4 系統測試結果

反輻射導彈抗誘騙信號模擬器整機實物圖及觸摸屏控制面板如圖6所示。

圖6 模擬信號源機箱面板Fig.6Front panel of simulating signal generator

對于不同的參數設置，三路信號典型輸出波形的測試結果如圖7所示，其中從上到下的通道依次為雷達，誘餌1，誘餌2三個通道。

圖7 典型輸出信號波形Fig.7Typical output waveform

在實際使用當中，本GUI運行正常，操作界面簡單易懂，實際操作中，反應速度迅速，沒有遲滯感，在點擊輸入框時出現的小鍵盤，按鍵面積大，對輸入數據有很大幫助，使用過程中，也沒有出現誤操作。圖7是在不同脈寬，不同相位，不同功率的情況下信號源所產生的結果，由數字示波器采樣得到的，測試結果與設置符合一致，達到了設計要求。

5 結論

本文是在原有的反輻射導彈抗誘騙測試系統上，引入觸摸屏技術，按照測試系統實際應用要求設計操作界面，簡潔高效，操作方式新穎；在雷達模擬源部分采用數字化本振源，用FPGA作為源的控制器及視頻信號的產生器，使得界面與系統有機結合，同時系統設計也更加靈活，可靠。最后通過調試安裝，系統成功應用于反輻射導彈的測試系統中，為反輻射導彈性能的測試提供了便利。

[1]友善之臂計算科技有限公司.Mini2440用戶手冊[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入門經典[M].李頌華，康會光譯.北京：清華大學出版社，2007:609-804.

[6]吳子豪，王喬，梁莉.基于雙NIOSⅡ核FPGA勵磁控制系統的研究與設計[J].陜西電力，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]張洪潤，張亞凡，等.FPGA/CPLD應用設計200例[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009:382-390.