機(jī)載SAR監(jiān)控軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：在介紹了機(jī)載SAR系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了監(jiān)控軟件的主要功能，給出了監(jiān)控軟件的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對監(jiān)控軟件的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述，特別是監(jiān)控軟件的錯(cuò)誤自恢復(fù)、波束指向角自修正、自動(dòng)控制流程等技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：SAR；監(jiān)控軟件；自恢復(fù)；慣導(dǎo)；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號：TN958

隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，SAR（synthetic aperture radar合成孔徑雷達(dá)）日益成為高分辨率體制雷達(dá)的主流。其全天時(shí)、全天候、高分辨率的優(yōu)良特性使其被廣泛用于戰(zhàn)場偵察、資源勘探、環(huán)境監(jiān)察、城市規(guī)劃等多種領(lǐng)域，SAR在國民經(jīng)濟(jì)和國土防衛(wèi)中起著越來越重要的作用[1]。本文在介紹機(jī)載SAR監(jiān)控軟件系統(tǒng)組成、功能和體系結(jié)構(gòu)時(shí)，對監(jiān)控軟件中的關(guān)鍵技術(shù)作了說明，通過實(shí)際運(yùn)行，該監(jiān)控軟件達(dá)到了良好的實(shí)時(shí)控制效果，證明其在SAR系統(tǒng)中的可靠性與實(shí)用性。

1 監(jiān)控軟件主要功能

本文提出了機(jī)載SAR監(jiān)控軟件的主要功能[2]：（1）完成通信數(shù)據(jù)的解析和處理；（2）響應(yīng)顯控單元的控制指令，并將監(jiān)控軟件采集的狀態(tài)和故障進(jìn)行定時(shí)報(bào)告；（3）可實(shí)現(xiàn)對機(jī)載SAR的工作模式參數(shù)的自動(dòng)設(shè)置：包括條帶工作模式、同時(shí)工作模式、廣域工作模式；（4）可實(shí)現(xiàn)機(jī)載SAR狀態(tài)的自動(dòng)控制：嚴(yán)格按照先后順序完成對天線單元、綜合處理單元和低功率射頻單元的狀態(tài)控制；（5）可實(shí)現(xiàn)聚束模式的自動(dòng)控制功能：監(jiān)控軟件根據(jù)聚束工作參數(shù)和組合慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，經(jīng)過坐標(biāo)變換后，計(jì)算聚束工作態(tài)參數(shù)。當(dāng)聚束工作態(tài)參數(shù)滿足工作條件時(shí)，控制SAR系統(tǒng)進(jìn)入工作態(tài)；當(dāng)聚束工作態(tài)參數(shù)滿足待機(jī)條件時(shí)，控制SAR系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)態(tài)；（6）工作態(tài)錯(cuò)誤的自動(dòng)恢復(fù)處理：監(jiān)控軟件采集到工作態(tài)下的故障時(shí)，重啟天線單元、綜合處理單元和低功率射頻單元后，自動(dòng)控制天線單元、綜合處理單元和低功率射頻單元進(jìn)入工作態(tài)。

2 軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件的總體流程圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控軟件的總體流程圖

根據(jù)系統(tǒng)處理流程，將系統(tǒng)劃分如圖所示的功能模塊，各模塊功能描述如下[3]：（1）初始化通信串口。初始化監(jiān)控軟件與天線單元、組合慣導(dǎo)單元、綜合處理單元之間通信串口。（2）初始化定時(shí)器。初始化系統(tǒng)的定時(shí)器，并設(shè)置定時(shí)中斷函數(shù)。（3）初始化慣導(dǎo)數(shù)據(jù)處理線程。創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)線程，完成對慣導(dǎo)數(shù)據(jù)緩區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)解析。（4）串口數(shù)據(jù)檢索與處理。完成與天線單元、綜合處理單元和顯控單元通信串口的數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)解析。（5）工作態(tài)錯(cuò)誤恢復(fù)處理。監(jiān)控軟件控制SAR系統(tǒng)進(jìn)入工作態(tài)后，實(shí)時(shí)監(jiān)測工作的故障信息，若出現(xiàn)故障，進(jìn)行自恢復(fù)處理。（6）聚束定時(shí)處理。在聚束模式下，監(jiān)控軟件根據(jù)聚束模式參數(shù)和組合慣導(dǎo)信息實(shí)時(shí)計(jì)算設(shè)置SAR系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)態(tài)/待機(jī)態(tài)。（7）工作態(tài)定時(shí)處理。監(jiān)控軟件主要按照先后順序完成對天線單元、綜合處理單元和低功率射頻單元進(jìn)入工作態(tài)。（8）待機(jī)態(tài)定時(shí)處理。監(jiān)控軟件主要按照先后順序完成對天線單元、綜合處理單元和低功率射頻單元進(jìn)入待機(jī)態(tài)。（9）狀態(tài)報(bào)告定時(shí)處理。監(jiān)控軟件定時(shí)完成SAR系統(tǒng)的狀態(tài)和故障采集，并將狀態(tài)和故障報(bào)告定時(shí)發(fā)送至顯控單元。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

本文的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)在VxWorks中被創(chuàng)建成一個(gè)自啟動(dòng)的工程[4]，工程內(nèi)部建立一個(gè)主程序main.cpp用于程序入口，其他的源程序包括系統(tǒng)初始化sysinit.cpp、數(shù)據(jù)交互處理interact.cpp、定時(shí)處理timeint.cpp、BIT采集處理bite.cpp、聚束模式的坐標(biāo)變換calcauangle.cpp、串口數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收8250.cpp和全局變量public.cpp。源程序在Tornado中編譯生成可執(zhí)行文件vxworks后，通過網(wǎng)絡(luò)傳送至目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行即可。系統(tǒng)文件組成如圖2所示。

圖2 機(jī)載SAR監(jiān)控軟件系統(tǒng)的源文件

4 結(jié)束語

基于VxWorks系統(tǒng)的機(jī)載SAR監(jiān)控軟件具有很高可靠性和良好的實(shí)時(shí)性，采用了C++語言進(jìn)行開發(fā)，運(yùn)行效率非常高。本文設(shè)計(jì)了基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)和任務(wù)優(yōu)先級的混合調(diào)度算法，這種算法的優(yōu)點(diǎn)是：時(shí)間片輪轉(zhuǎn)可以兼顧所有通信任務(wù)的平均性能，而任務(wù)優(yōu)先級可以保證緊急任務(wù)的實(shí)時(shí)性，所以系統(tǒng)的綜合性能和系統(tǒng)內(nèi)核的效率會大大提高。

設(shè)計(jì)機(jī)載SAR監(jiān)控軟件時(shí)，采用了模塊化的編程思想，在其他應(yīng)用領(lǐng)域具有可繼承性和可擴(kuò)展性，達(dá)到了通用性的目的，避免了重復(fù)勞動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]方志紅，張長耀，俞根苗.條帶SAR成像對偏航角最大誤差要求的理論分析[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2004（02）：33-33.

[2]張?jiān)隼^.基于VxWorks的一種機(jī)載SAR中央控制軟件設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2012（25）：3-5.

[3]崔榮化.無人機(jī)機(jī)載SAR地面終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].信息與電子工程，2010（04）：460-461.

[4]符偉，夏傳浩，王志紅.基于vxworks的雷達(dá)點(diǎn)跡處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（05）：570-570.

作者簡介：唐黎江（1981.10-），男，安徽巢湖人，碩士，2007年4月畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，軟件設(shè)計(jì)師，工程師，主要研究方向：浮空器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、雷達(dá)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、衛(wèi)星通信領(lǐng)域軟件設(shè)計(jì)。

作者單位：中國電子科技集團(tuán)第38研究所，合肥 230088