基于IP技術(shù)的通用雷達錄取顯控終端的設(shè)計

李秀良

(中國人民解放軍91404部隊， 河北秦皇島066000)

0 引言

終端系統(tǒng)是雷達不可缺少的組成部分，隨著雷達技術(shù)的發(fā)展，對終端設(shè)備的要求越來越高，要求雷達終端架構(gòu)更靈活，處理功能更強，顯示的雷達信息更多。傳統(tǒng)的雷達錄取顯控終端采用自定義并行總線的形式實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)不同功能模塊的板間互聯(lián)，由于不同雷達的信號定義不同，導致雷達終端的通用性較差，擴展困難，已不能滿足現(xiàn)代雷達的發(fā)展需要。

雷達顯控錄取終端主要完成對海對空的雷達視頻錄取、航跡跟蹤、信息顯示、情報上報等功能。為了提高雷達目標的錄取精度和穩(wěn)定跟蹤，需要完成大量的數(shù)據(jù)處理和高速傳輸，基于此，提出了一種基于IP交換技術(shù)的雷達錄取顯控終端技術(shù)。

1 基于IP的雷達錄取顯控終端特點

基于IP的雷達錄取顯控終端是指終端板間的數(shù)據(jù)交互不再用自定義并行總線方式，而是通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，有以下2個特點:

(1)板級設(shè)備的互聯(lián)簡單，通用性好。多個板級設(shè)備互聯(lián)時不再需要大量的連線而采用交換的方式。數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將雷達的處理信號以IP數(shù)據(jù)包的形式在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上進行實時傳送，每個數(shù)據(jù)包都有一個唯一的IP地址，通過IP地址可以在網(wǎng)絡(luò)中進行路由分配，將IP數(shù)據(jù)包送到需要傳送的目的地址［1］。由于背板上只提供網(wǎng)絡(luò)信號線和電源線，因此很容易實現(xiàn)錄取顯控終端各功能電路板的通用和互換，且多塊板之間的交互變得簡單。

(2)板級設(shè)備的物理安裝更為靈活。由于各電路板之間采用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，只要網(wǎng)線足夠長，就可實現(xiàn)遠程互聯(lián)。如將需要與雷達接口連接的單元放在雷達天線附近，而把和雷達操作人員交互的其他終端電路板放在遠端，中間只要通過網(wǎng)線或者光纖互聯(lián)就可以。安裝簡單靈活，且人員的安全性能得到保障。

2 基于IP的雷達錄取顯控終端

2.1 硬件功能組成

基于IP的雷達錄取顯控終端的硬件組成，如圖1所示。系統(tǒng)由雷達接口單元、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板、檢測錄取數(shù)據(jù)處理板、網(wǎng)絡(luò)存儲單元、顯示控制板和電源模塊組成。

為了能夠讓終端的電子機箱單元盡量做到通用，將根據(jù)每部雷達的特點進行接口適配，雷達接口單元單獨放置在電子機箱外面，此時電子機箱單元就變成了一個可以處理雷達網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通用終端設(shè)備。

圖1 硬件組成框圖

2.1.1 雷達接口單元

雷達接口單元主要功能是將雷達的視頻信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號，然后，以IP數(shù)據(jù)包的形式送給電子機箱單元的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板。由于不同雷達的信號特征各不相同，故雷達接口單元無法做成通用設(shè)備，所以將雷達接口單元從電子機箱單元中獨立出來，這樣能保證電子機箱的絕對通用［2］。

2.1.2 顯示控制單元

顯示控制單元主要負責進行雷達回波，用戶交互界面的顯示，以及協(xié)同操控單元對用戶的干預命令實現(xiàn)相應(yīng)操作，界面功能和原傳統(tǒng)雷達終端功能相似。

2.1.3 檢測錄取數(shù)據(jù)處理單元

檢測錄取數(shù)據(jù)處理單元主要負責對雷達視頻數(shù)據(jù)進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，如目標檢測、錄取、航跡跟蹤等。在雷達數(shù)據(jù)處理運算量比較大的情況下，可以考慮采用兩塊以上處理板并行處理。

2.1.4 網(wǎng)絡(luò)存儲單元

網(wǎng)絡(luò)存儲單元是基于IP包的數(shù)據(jù)記錄存儲器，實現(xiàn)記錄、保存、參數(shù)調(diào)用、回放等各種功能。終端中的每個IP節(jié)點設(shè)備都可以對網(wǎng)絡(luò)存儲單元中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進行訪問。

2.1.5 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換單元

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換單元實際上就是一個網(wǎng)絡(luò)交換機。終端機箱中所有功能模塊的網(wǎng)絡(luò)都接在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換功能。此外網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板還負責對外的網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)電子機箱和外部數(shù)據(jù)(如指揮所)的網(wǎng)絡(luò)通信。

2.2 工作流程

終端工作時雷達接口單元采集雷達前端的視頻、方位、觸發(fā)以及雷達的操作命令、故障情況等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分割打包，以UDP網(wǎng)絡(luò)包的形式發(fā)送到千兆以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換板接收網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)睦走_數(shù)據(jù)包，將其發(fā)送給顯示控制單元用來顯示雷達回波;發(fā)送給檢測錄取單元，用來對雷達回波進行檢測和目標跟蹤錄取;發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)存儲單元，用來對雷達的回波進行保存。同時，檢測錄取數(shù)據(jù)處理單元將處理后的檢測視頻和錄取后的目標信息送給顯示控制單元用于顯示，工作流程如圖2所示。

圖2 基于IP技術(shù)的通用雷達錄取顯控終端處理流程

3 存在的問題

基于IP的雷達錄取顯控終端優(yōu)點是通用性較好，且安裝、調(diào)試、維修以及系統(tǒng)擴展升級都變得非常簡單方便，但其缺點是:

(1)網(wǎng)絡(luò)的實時性沒有原先并行總線那么好，因為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有一定的延時。解決辦法:通過在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包中加入時間戳的方法，用時間戳來同步數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的延時造成的不同步減小到可以接收的范圍［3］。

(2)網(wǎng)絡(luò)有丟包和阻塞的現(xiàn)象，會影響雷達數(shù)據(jù)的正常傳輸，甚至使網(wǎng)絡(luò)突然癱瘓。解決方法:通過減小每個網(wǎng)絡(luò)包的大小或增加適度的發(fā)送延時，犧牲一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬來減少網(wǎng)絡(luò)丟包和阻塞的現(xiàn)象。也可根據(jù)數(shù)據(jù)包的特點，將頻繁突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包和持續(xù)穩(wěn)定傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分在不同的物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸，就可以大大減小丟包或者網(wǎng)絡(luò)阻塞現(xiàn)象［4］。

4 結(jié)束語

基于IP交換的技術(shù)已成功應(yīng)用于已裝備雷達的錄取顯控終端上，運行可靠穩(wěn)定。實際應(yīng)用表明這種基于IP的通用雷達終端大大減小了硬件人員的設(shè)計和維護工作，只要更換雷達接口單元和相應(yīng)的軟件模塊就可方便地移植到其他雷達中。由于預留了多個擴展槽，為系統(tǒng)功能的擴展提供了硬件基礎(chǔ)。主處理槽和擴展槽各自通用，當需要大量數(shù)據(jù)運算的時候，可以通過多臺計算機并行處理，系統(tǒng)內(nèi)、外的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交互實現(xiàn)共享，大大提高了終端的處理能力。

［1］ 楊小軍.某光柵掃描雷達實時顯控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)［J］.火控雷達技術(shù)，2004，33(3):62-65.Yang Xiaojun.The design and realization of the real-time display and control system for a raster-scan radar［J］.Fire Control Radar Technology，2004，33(3):62-65.

［2］ 孫凌楓，范震坤.基于IP廣域網(wǎng)絡(luò)的機動式系統(tǒng)互連實現(xiàn)［J］. 信息化研究，2013，39(2):34-39.Sun Lingfeng，F(xiàn)an Zhenkun.The realization of maneuvering system interconnection based on IP wide area network［J］.Informatization Research，2013，39(2):34-39.

［3］ 錢 杰.基于多播技術(shù)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的傳輸［J］.現(xiàn)代計算機，2007(9):138-140.Qian Jie.Implement of real time data transmission based on multicast［J］.Modern Computer，2007(9):138-140.

［4］ 朱曉梅，郭宇明，牛立君.基于IP多播視頻系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電信工程技術(shù)與標準化，2006，19(8):56-58.Zhu Xiaomei，Guo Yuming，Niu Lijun.Design and implementation of video system based on IP multicast technique［J］.Telecom Engineering Technics and Standardization，2006，19(8):56-58.