某雷達遠程監控系統的研究與實現

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，遠程監控系統廣泛應用于各個日常生活領域，例如鐵路系統、銀行系統、電力系統、醫療系統等，現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，我們創造性地提出了遠程監控系統的應用。遠程監控系統通過軟件系統和硬件系統的結合，利用發展成熟的網絡技術去獲得處于遠距離雷達上的工作狀態，及時了解雷達可能出現的各種問題。

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

1 監控系統的架構

根據對雷達遠程監控系統的需要實現的功能進行分析，該系統由數據采集器、以太網采集模塊以及上位工控機組成。系統設計的整體框架如圖1所示。

圖1 系統整體框架圖

圖1中的各個數據采集器分別對雷達各個分系統的數據參數進行采集、處理并發送，以太網選擇合適的協議將所有數據信息傳遞給上位工控機，上位工控機將該通信數據進行存儲分析，并對收到的數據進行參數設置門限值，超過門限值后報警，提示操作者進行查詢、維護、處理。

2 系統的硬件設計和實現

整個雷達監測系統的設計根據功能可以分為三層：

1)感知層：由各個數據采集器構成，實現對雷達系統各個分系統參數的收集，將獲得的信息傳送給網關設備，并將從網關設備處獲得的控制信息轉發至終端的傳感器。

2)傳輸層：由網關和以太網組成，主要負責將從感知層傳遞過來的數據可靠安全的發送至用戶處理中心。

3)應用層：主要指上位工控機，它負責將收到的數據進行存儲分析， 并設置各參數門限值，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

這里的數據采集器系統是利用LABVIEW將各分系統的儀器儀表匯編為一個小系統，將各分系統的參數進行顯示提取、顯示[3]。

2.2 傳輸層

傳輸層連接感知層和應用層，是整個系統很關鍵的一個部分，負責將目前的各種通信網(例如互聯網、移動通信網等等)與感知層的數據采集器相融合。Modbus協議是一種通用型的通信協議，已經廣泛應用于如今的工業控制領域。通過該協議，控制器可以經過以太網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協議能為不同的硬件體系結構和不同的操作系統組成的計算機網絡提供通信能力，在網絡層使用IP協議，在傳輸層使用TCP協議，具有廣泛的通用性。Modbus TCP協議結合了這兩種協議的優點，能夠實現大數據量、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控系統的中心，負責整個系統的操作、處理和記錄。根據它的功能要求，設計主界面為操作者提供遠程雷達的工作狀態以及各項指標參數，用來判斷該雷達系統是否正常運行。

該工控機顯示軟件在初始化的過程中，要先讀取傳輸層發送過來的數據信息。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)網絡接口：能夠完成網絡報文的收發功能。

2)網絡報文處理：將網絡接口收到的網絡報文進行數據解析，將解析后的數據存儲到數據管理模塊。

3)數據管理模塊：存儲雷達各個分系統的狀態信息、各種參數信息等。

4)數據庫接口模塊：將數據管理模塊的中的重要信息進行提取，存儲到數據庫。

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

6)各分系統的監控界面：從數據管理模塊中讀取雷達的狀態信息、各種參數等進行各分系統狀態的顯示。

3 系統的軟件設計和實現

該系統使用C++編譯，用面向對象的軟件設計方法，將整個監控系統進行分解，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，可以為其產生的數據進行打包并發送，也可以對其所需的數據進行解析并分發處理。具體實現如圖5：

圖5 消息解析模塊

3.3 數據包傳送模塊

該模塊主要負責對消息解析模塊處理生成的數據包進行傳送。具體實現如圖6：

圖6 傳送模塊

3.4 雷達監視模塊

該模塊主要負責從雷達系統中獲得各種狀態參數等，并將這些數據傳送至用戶界面模塊。具體實現如圖7：

圖7 雷達監視模塊

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送至雷達各硬件設備中。具體實現如圖8：

圖8 控制模塊

3.6 網絡數據傳輸模塊

該模塊主要負責將數據進行封裝，以便數據傳輸時的隨時調用。具體實現如圖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建、讀寫等操作。具體實現如圖10：

圖10 讀取模塊

4 結束語

隨著雷達系統性能的提升、功能的完善，其控制參數也越來越多，系統復雜性也隨之提高，帶來的后果就是可靠性下降。這就對現有的雷達提出了進一步的要求：及時了解雷達各個分系統的工作狀態，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。本文提出的遠程監控系統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，對雷達各分系統進行實時監控，并在有故障發生時，能快速對故障進行定位，隨著數據庫的不斷完善，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控系統進行完善，以期達到無人或者少人值守的雷達監控系統，在有突發情況時，可以做出準確的自動應急和報警等智能措施[5]。