某雷達遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

張敏芳 劉 峰 閻 俊 賴 飛 張花妮

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

目前，遠程監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應用于各個日常生活領域，例如鐵路系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等，現(xiàn)在也逐步進入到各國防軍事領域。而在生產任務異常繁重的形勢下，某型號雷達作為我國“×××工程”重點項目，集團自上而下都予以了高度的重視。在該型號雷達使用和維護過程中，我們創(chuàng)造性地提出了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應用。遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的結合，利用發(fā)展成熟的網(wǎng)絡技術去獲得處于遠距離雷達上的工作狀態(tài)，及時了解雷達可能出現(xiàn)的各種問題。

雷達的遠程監(jiān)控系統(tǒng)需要完成遠程維護、遠程故障報警、遠程開關機等功能， 前提是雷達內部分系統(tǒng)能夠將自己的各個工作狀態(tài)進行準確的定位，是處于正常狀態(tài)還是故障狀態(tài)，并將該狀態(tài)上報給雷達的監(jiān)控中心。這一部分雷達分系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集工作在文獻[1-2]中都有所提及，通過設計簡單、靈活且可擴展的通信協(xié)議來實現(xiàn)對雷達各個參數(shù)的監(jiān)視。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的架構

根據(jù)對雷達遠程監(jiān)控系統(tǒng)的需要實現(xiàn)的功能進行分析，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、以太網(wǎng)采集模塊以及上位工控機組成。系統(tǒng)設計的整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

圖1中的各個數(shù)據(jù)采集器分別對雷達各個分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)進行采集、處理并發(fā)送，以太網(wǎng)選擇合適的協(xié)議將所有數(shù)據(jù)信息傳遞給上位工控機，上位工控機將該通信數(shù)據(jù)進行存儲分析，并對收到的數(shù)據(jù)進行參數(shù)設置門限值，超過門限值后報警，提示操作者進行查詢、維護、處理。

2 系統(tǒng)的硬件設計和實現(xiàn)

整個雷達監(jiān)測系統(tǒng)的設計根據(jù)功能可以分為三層：

1)感知層：由各個數(shù)據(jù)采集器構成，實現(xiàn)對雷達系統(tǒng)各個分系統(tǒng)參數(shù)的收集，將獲得的信息傳送給網(wǎng)關設備，并將從網(wǎng)關設備處獲得的控制信息轉發(fā)至終端的傳感器。

2)傳輸層：由網(wǎng)關和以太網(wǎng)組成，主要負責將從感知層傳遞過來的數(shù)據(jù)可靠安全的發(fā)送至用戶處理中心。

3)應用層：主要指上位工控機，它負責將收到的數(shù)據(jù)進行存儲分析， 并設置各參數(shù)門限值，超過門限值后報警，提示操作者進行查詢、維護、處理。

2.1 感知層

這里的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)是利用LABVIEW將各分系統(tǒng)的儀器儀表匯編為一個小系統(tǒng)，將各分系統(tǒng)的參數(shù)進行顯示提取、顯示[3]。

2.2 傳輸層

傳輸層連接感知層和應用層，是整個系統(tǒng)很關鍵的一個部分，負責將目前的各種通信網(wǎng)(例如互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等等)與感知層的數(shù)據(jù)采集器相融合。Modbus協(xié)議是一種通用型的通信協(xié)議，已經廣泛應用于如今的工業(yè)控制領域。通過該協(xié)議，控制器可以經過以太網(wǎng)與其他設備之間進行通信，它可以支持多種接口，如RS232、RS485等，還可以通過雙絞線、光纖、無線等各種介質上進行傳輸。TCP/IP協(xié)議能為不同的硬件體系結構和不同的操作系統(tǒng)組成的計算機網(wǎng)絡提供通信能力，在網(wǎng)絡層使用IP協(xié)議，在傳輸層使用TCP協(xié)議，具有廣泛的通用性。Modbus TCP協(xié)議結合了這兩種協(xié)議的優(yōu)點，能夠實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量、高實時性的傳輸特性[4]。

2.3 應用層

上位工控機是整個遠程監(jiān)控系統(tǒng)的中心，負責整個系統(tǒng)的操作、處理和記錄。根據(jù)它的功能要求，設計主界面為操作者提供遠程雷達的工作狀態(tài)以及各項指標參數(shù)，用來判斷該雷達系統(tǒng)是否正常運行。

該工控機顯示軟件在初始化的過程中，要先讀取傳輸層發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息。如圖2所示，該軟件由以下部分組成。

圖2 工控機軟件組成框圖

1)網(wǎng)絡接口：能夠完成網(wǎng)絡報文的收發(fā)功能。

2)網(wǎng)絡報文處理：將網(wǎng)絡接口收到的網(wǎng)絡報文進行數(shù)據(jù)解析，將解析后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)管理模塊。

3)數(shù)據(jù)管理模塊：存儲雷達各個分系統(tǒng)的狀態(tài)信息、各種參數(shù)信息等。

4)數(shù)據(jù)庫接口模塊：將數(shù)據(jù)管理模塊的中的重要信息進行提取，存儲到數(shù)據(jù)庫。

5)監(jiān)控顯示主窗口：是整個軟件的人機交互界面，負責創(chuàng)建并管理所有的監(jiān)控界面。

6)各分系統(tǒng)的監(jiān)控界面：從數(shù)據(jù)管理模塊中讀取雷達的狀態(tài)信息、各種參數(shù)等進行各分系統(tǒng)狀態(tài)的顯示。

3 系統(tǒng)的軟件設計和實現(xiàn)

該系統(tǒng)使用C++編譯，用面向對象的軟件設計方法，將整個監(jiān)控系統(tǒng)進行分解，將各個功能模塊化，劃分為幾個軟件模塊，如圖3所示。

圖3 軟件模塊劃分圖

3.1 用戶管理模塊

該模塊主要負責完成用戶的管理功能。具體實現(xiàn)如圖4：

圖4 管理功能圖

3.2 消息解析模塊

該模塊是為用戶界面模塊服務的，可以為其產生的數(shù)據(jù)進行打包并發(fā)送，也可以對其所需的數(shù)據(jù)進行解析并分發(fā)處理。具體實現(xiàn)如圖5：

圖5 消息解析模塊

3.3 數(shù)據(jù)包傳送模塊

該模塊主要負責對消息解析模塊處理生成的數(shù)據(jù)包進行傳送。具體實現(xiàn)如圖6：

圖6 傳送模塊

3.4 雷達監(jiān)視模塊

該模塊主要負責從雷達系統(tǒng)中獲得各種狀態(tài)參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)傳送至用戶界面模塊。具體實現(xiàn)如圖7：

圖7 雷達監(jiān)視模塊

3.5 雷達控制模塊

該模塊主要負責將用戶界面產生的控制指令發(fā)送至雷達各硬件設備中。具體實現(xiàn)如圖8：

圖8 控制模塊

3.6 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊主要負責將數(shù)據(jù)進行封裝，以便數(shù)據(jù)傳輸時的隨時調用。具體實現(xiàn)如圖9：

圖9 傳輸模塊

3.7 文件讀取模塊

該模塊主要負責文件的創(chuàng)建、讀寫等操作。具體實現(xiàn)如圖10：

圖10 讀取模塊

4 結束語

隨著雷達系統(tǒng)性能的提升、功能的完善，其控制參數(shù)也越來越多，系統(tǒng)復雜性也隨之提高，帶來的后果就是可靠性下降。這就對現(xiàn)有的雷達提出了進一步的要求：及時了解雷達各個分系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對其中存在的故障進行定位、解決，提高雷達的可用度、可靠性，也是用戶的要求。本文提出的遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過硬件和軟件的相互融合，可以及時了解遠距離外的雷達狀況，對雷達各分系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，并在有故障發(fā)生時，能快速對故障進行定位，隨著數(shù)據(jù)庫的不斷完善，更是可以快速對故障進行排除。下一步的工作是對該遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行完善，以期達到無人或者少人值守的雷達監(jiān)控系統(tǒng)，在有突發(fā)情況時，可以做出準確的自動應急和報警等智能措施[5]。