基于PC104的雷達主控單元檢測維修平臺

摘 要： 介紹了一種基于PC104的某型雷達主控單元檢測維修平臺設計方法，重點闡述了該平臺軟、硬件的設計思想和具體實現。平臺選取高性能PC104嵌入式計算機主板作為控制核心，通過雙端口存儲器接口和ISA總線進行各個功能模塊之間的數據交換和工作狀態控制，外部設有操作面板、68芯檢測面板。平臺研制成功后，能夠有效服務于裝備教學和主控單元的檢測維修。

關鍵詞： PC104； 主控單元； 檢測維修平臺； 裝備教學

中圖分類號： TN957.51?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）03?0048?03

Detection and maintenance platform for radar control unit based on PC104

ZHANG Zhong?hua， GAO Xiao?zhuang， WANG Da?peng

（Radar Faculty， Wuhan Ordnance Petty officer School， Wuhan 430075， China）

Abstract： The design method of radar main control unit detection and maintenance platform based on PC104 is introduced. The design idea and implementation method of hardware and software of the platform are elaborated emphatically. The high?performance PC104 embedded computer mainboard is selected as the control core of the platform. The state control and data exchange among all the function modules are executed through ISA bus and dual?port memory interface. A control panel and a 68 core detection panel are designed outside the platform. The platform can effectively serve the teaching of Radar test equipment， and detection and maintenance for the main control unit.

Keywords： PC104； main control unit； detection and maintenance platform； equipment teaching

0 引 言

主控單元是某型雷達三大單元之一，它既是整個雷達站的信息處理和操控中心，同時又是對雷達接收系統送來的目標回波信號進行目標檢測、識別、跟蹤、偏差測量和二次顯示等處理的關鍵設備。還可以對目標和炸點的數據經信息處理和計算后，輸出到信息機，與射擊指揮系統進行聯合作戰。

該單元主要由主控計算機分系統、信號處理分系統、終端顯示分系統、專用鍵盤、面板控制裝置、二次穩壓電源（+5 V，+12 V，-12 V，+200 V）、電源控制保護電路、串行I/O通信接口等設備組成。

單元內部的80186主控計算機上裝有雷達主控工作軟件。通過分布在各系統模塊中的I/O控制端口，主控計算機以集中控制方式調度和管理單元內外其他分系統及功能模塊共同協調工作。

主控單元的工作過程完全受內部主計算機板和主控軟件的管理和控制。正常工作時，通過主控臺的控制面板和專用鍵盤，可以進行雷達六種工作狀態的操作控制和工作參數的調整，以及人機對話數據的輸入、裝定、選擇等操作。

隨著計算機信息技術和集成電子技術的不斷發展，雷達裝備操作使用的信息化、數字化程度日趨復雜，信號處理、終端控制、故障檢測等技術不斷升級，集成化程度不斷提高，對雷達崗位任職人員的信息化操作能力和保障維修技能提出了更高的要求。因此，迫切需要培養電子信息基礎好、專業知識素養高、實踐操作能力強、裝備維修技能高，能夠適應信息化、數字化、一體化條件下雷達裝備保障新趨勢的專業崗位任職人才。然而，受各種條件限制，雷達裝備在教學單位配備較少，目前，各個教學單位和培訓機構雷達教學的培訓層次多、任務重，使得雷達裝備無法滿足正常教學的問題日益突出。因此，研發雷達主控單元檢測維修平臺作為訓練模擬器，配合雷達實裝進行教學，能夠有效豐富專業教學手段，充分緩解學生多，裝備少的矛盾，一定程度上增加學生的實踐上機課時，提高教學效率，強化學生的崗位任職技能。

PC104是一種嵌入式計算機平臺，與PC機兼容，具有靈活的可擴展性，其尺寸小、功能強的特點非常適合嵌入式系統的應用[1?2]。而雷達主控單元檢測維修平臺作為雷達終端處理設備的模擬訓練器，信號運算量大、算法復雜，要求高速、精確、可靠，需要一個處理能力強大的嵌入式平臺，而PC104正好滿足這一要求。

1 平臺整體構架

本文從硬件組成、軟件設計等方面闡述了某型雷達主控單元檢測維修平臺的整體設計構架。

1.1 硬件組成

某型雷達主控單元檢測維修平臺主要由主控單元控制組合、68芯測試面板、鼠標、鍵盤、主控單元19芯測試電纜盒等組成。硬件組成框圖如圖1所示。

某型雷達主控單元檢測維修平臺的功能模塊包括主控計算機板、時序檢查板和信號模擬處理板。外部設備主要由操作面板、68芯檢測面板及液晶顯示器等組成。

主控單元檢測維修平臺的控制核心選取由獨立AC?DC電源模塊供電的高性能PC104嵌入式計算機主板，采用ISA總線和雙端口RAM接口總線技術，對主控計算機、時序檢查和信號模擬處理等功能模塊進行數據交換和狀態控制，通過基于Windows操作系統的可視化檢測軟件，實現主控單元檢測點信號的采集、分析、濾波和計算，完成工作參數及狀態的最終顯示，同時負責采集射頻單元和方位控制單元的故障自檢信息，送主控單元顯示。

操作面板由平臺開關、電源指示燈、高頻信號測試接口等組成。68芯測試面板與主控單元68芯插座一一對應，設有68個銅制測試接頭。

1.2 功能

主控計算機板是檢測維修平臺的控制核心，其中心處理部件為PC104。采用主從控制模式，在主計算機上運行控制軟件，在子計算機進行實時數據交換，對雷達主控單元進行實時控制，完成與雷達操作人員的交互。

時序檢查板是平臺的時序控制模塊，其主要功能包括：振蕩產生頻率為14.989 MHz的時鐘信號并進行濾波處理和驅動放大，通過分頻電路產生其他功能模塊所需的各種時鐘序列信號；通過雙端口存儲器和單片機完成與上位機的實時數據交換，利用單片機和模/數轉換器，對輸出電源進行實時監測，當輸出電源的電壓或電流信號偏離標稱值超過±10%時，通過顯示屏和指示燈顯示電源故障，以實現對主控單元的電源管理[3]。

信號模擬處理板是平臺的信號產生模塊，在PC104計算機的控制下，通過并行接口完成與主控計算機板的數據交換，通過51單片機和MD8274完成與主控臺單元的串行通信，根據主控臺單元的控制指令，按照主控計算機板對目標特性的約定，產生目標多普勒Σ、Δ視頻信號，同時具有BITE自檢功能。

操作面板的高頻測試接口可以進行14.989 MHz時鐘信號和Σ、Δ視頻信號的測試；68芯測試接頭可以測試主控單元輸出的各類信號。

1.3 軟件開發與設計

平臺軟件總的設計思路是下位機以黑箱模式工作，采用模塊化設計，盡量簡化功能，減少對上位機的依賴，增強系統的可靠性[4]。采用WinXPE嵌入式操作系統作為開發環境，通過目標設計器、組件數據庫管理器等WinXPE開發工具，完成檢測維修平臺系統軟件的定制開發。開發后的系統具有啟動速度快、增強寫保護、人機界面友好等功能。

2 性能檢測

某型雷達主控單元檢測維修平臺研制定型后，本文分別對電源模塊的5種電源信號和信號功能模塊的10種主要信號進行了測試，測試結果見表1，表2。

表1和表2的測試結果表明，某型雷達主控單元檢測維修平臺的電源模塊和信號功能模塊的主要信號指標均符合要求[5?6]；將檢測維修平臺與某型雷達主控單元連接后，主控單元的手輪和鍵盤操作響應以及各個工作狀態功能正常，工作穩定，達到了預期設計的效果。

3 平臺特點

某型雷達主控單元檢測維修平臺選取PC104作為控制核心，硬件資源豐富，支持多任務和WinXPE嵌入式實時操作系統，速度快，精度高，功能強大，可以有效運行復雜的雷達信號處理算法；采用主從控制模式與多計算機共總線分布式控制技術相結合，在提高數據傳輸的速度和精度的同時，簡化了系統結構，減少了連線數目，提高了系統的可靠性，通過綜合電源控制技術并利用FPGA、CPLD等先進電子元器件實現了較高的集成度，在保證實時性和可靠性的情況下，有效地減少了系統功耗，降低了成本。

4 結 語

運行情況表明，本文提出的某型雷達主控單元檢測維修平臺，一是作為訓練模擬器，可以脫離雷達整機進行開關機、標定以及各種狀態的操作訓練和檢測維修，能夠服務于操作使用與維修課程的實踐上機訓練，也可以進行專業理論課程的內容演示，豐富了教學手段，創新了教學模式，為增加學生上機操作時間、提高崗位任職技能水平提供了新的途徑；二是平臺使用了高性能的數字電路和高效的故障檢測軟件，結合完善的外部設備，實現對雷達主控單元主要信號和技術性能的檢測，檢測項目覆蓋主控單元的全部功能電路和電壓及高頻信號，故障定位準確迅速，虛警率低，可以用于某型雷達主控單元的檢測與維修；三是平臺建立了某型雷達操作控制單元全系統的電路仿真模型，能夠完全實現該型雷達信號處理、視頻處理、終端控制等工作技術體制，便于教師進行雷達工作原理和信號檢測的演示。通過某型雷達檢測維修平臺在教學及實際訓練中的應用，證明了其合理性和實用性。

參考文獻

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